磁控濺射Ti-Cu-N納米膜制備及性能研究.pdf

1、鈦合金如Ti6Al4V由于具有比強度高、生物相容性好、耐蝕性能優(yōu)良等優(yōu)點，而被廣泛用于生物醫(yī)用領(lǐng)域。然而其耐磨性差，植入人體后有發(fā)生感染的危險。為此，從材料表面著手，尋求更為理想的表面改性工藝是極有前途的一種方法。本文通過直流磁控反應(yīng)濺射方法，采用Ti-Cu鑲嵌靶在鈦合金表面濺射沉積不同Cu含量的Ti/Cu/N薄膜，并對薄膜的組織結(jié)構(gòu)及基本力學(xué)性能進行測試，重點研究Cu含量對鍍膜樣品的膜基結(jié)合性能、摩擦磨損性能和抗菌性能的影響，并對薄膜

2、的抗菌機理進行了初步探討，得出以下結(jié)論:
　　(1)三種不同Cu含量的Ti-Cu合金靶均獲得了均勻致密的Ti/Cu/N復(fù)合薄膜，表面改性層均由Ti/Cu膜層和Ti/Cu/N膜層組成，并且Ti/Cu/N膜層中均形成了TiN物質(zhì)。另外，隨著靶材中Cu棒材所占面積比的增加，薄膜中Cu含量隨之增多，主要元素Ti、N含量也發(fā)生變化。
　　(2)薄膜中Cu含量的變化，對膜層的表面形貌產(chǎn)生了一定的影響。宏觀上，樣品呈現(xiàn)不同的色澤;微觀上，

3、隨著銅含量的增加，薄膜的粗糙度增大。
　　(3)在0.25 N載荷下，鍍膜樣品的表面復(fù)合硬度提高，隨著Cu含量的增加，硬度減小。
　　(4)對鍍膜樣品的膜基結(jié)合能力進行研究，得到不同樣品薄膜的臨界載荷Lc分別約為19.5N，18.2 N和17.1N，差別較小。但樣品的劃痕失效形貌差距較大，而劃痕過程中樣品的失效形貌均體現(xiàn)薄膜的塑性變形性能，并且都出現(xiàn)了薄膜內(nèi)聚力失效的失效形式。
　　(5)對鍍膜樣品進行摩擦磨損性能對比

4、與分析，在大氣和在Hank's溶液環(huán)境介質(zhì)中，濺射沉積鍍膜后樣品的摩擦系數(shù)都低于基材，表明在兩種不同的摩擦條件下，薄膜具有明顯的減摩作用。同時樣品C2在兩種環(huán)境介質(zhì)中的表現(xiàn)出了良好的耐磨性能。但在Hank's溶液環(huán)境介質(zhì)中樣品和基體的磨損性能都比大氣條件下好。
　　(6)對鍍膜樣品進行抗菌性能研究，并與Ti6Al4V基體進行對比，研究結(jié)果表明薄膜有很好的抗菌效果，且Cu在抗菌過程中起到關(guān)鍵作用，Cu含量越高，樣品抗菌效果越好。根據(jù)