使用组合的纳米硬度测试和扫描力显微镜表征在涂层系统

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讨论主题

背景

涂层系统与纳米硬度测试仪（NHT）从瑞士CSM仪器和集成的扫描力显微镜（SFM）的目标已经表明，桩的影响，测量压痕载荷-位移曲线的力学性能有重要的后果。这是因为计算压头和样品之间的接触面积不考虑任何变化，由于桩或材料在水槽周围的压痕网站。

本文着重于薄膜厚度200nm的钛沉积在Si [100]基板上。已执行的缩进使用一个Berkovich（三面）锥体压痕深度从25纳米到1225纳米，这是总的测量范围为这个特殊的样本NHT工具。

结果

等离子体沉积钛其实是比Si衬底上沉积和形式立即从反应堆取出的样品的氧化膜（通常是 _二氧化钛）生产的高内部讲，由于更难。可持续森林管理的图像（图1）清楚地表明沉积涂层的表面形貌和粮食结构。

扬程= 50纳米成像缩进，残余的印记隐约可见，一个类似幅度的表面粗糙度（〜20 nm的）。正如扬程增加，没有明显的堆积影响是显着的，直到到达基板，这表明，塑料流量远远超过了柔和的涂料（如铝或金）的限制。对于深处其中扬程> 200海里（薄膜厚度），逐渐桩的增加量，但可以看出，堆砌材料的表面形貌仍然是相同的，围绕着它。这表明，相反的较软的材料显然是推压头的两侧涂料，该材料具有发生隆起由于基板上卸货松弛。

这进一步证实了印凹边缘。

AZoNano - A到Z的纳米技术 - 可持续森林管理的最大深度（一）50纳米，（B）（D）175纳米，（C）400毫微米，1225纳米（扬程）的残余痕迹的图像。该样本是溅射在Si [100]基板上钛膜（厚度为200纳米）。

图1。 可持续森林管理（一）50纳米的最大深度（扬程），（B）175纳米，（C）400纳米，和（d）1225纳米的残余痕迹的图像。该样本是溅射在Si [100]基板上钛膜（厚度为200纳米）。

深度远远比薄膜厚度

对于深度比薄膜的厚度（例如，图1（d）项），桩的相对量明显变小，因为变形量较大部分是在Si衬底上。与穿透深度桩的演变，是代表图。 2，通过成像印绘制截面型材的选择。在水深大于膜的厚度，涂层与基体之间的过渡是清晰可见，是使在接口配置文件中的一个凸起的Si衬底上的弹性松弛。

AZoNano - A到Z的纳米技术 - 一个横截面的型材，通过选择深度成像缩进（扬程）从50上升到1225纳米。注意深度超过钛膜厚度（200纳米）的Si衬底上的影响越来越大。

图2： 通过成像压痕深度从50到1225纳米（扬程）截面型材的选择。注意深度超过钛膜厚度（200纳米）的Si衬底上的影响越来越大。

硬度和弹性模量的变化

硬度和弹性模量的变化图绘制。作为一个功能薄膜的厚度，TF标准化的最大穿透深度，扬程3。对于硬度情节，一个陡峭的下降是从接近16 GPa的价值在约11 GPa的深度浅，在涂层衬底的界面观察。扬程/ TF> 1的值，硬度逐渐下降到9 GPA的价值，这是基材的硬度下降。更大的分散在深度较浅的实验点可以归结为表面粗糙度的影响和不同的表面氧化层，这种薄膜，很可能扩展到涂层一个显著的距离影响。弹性模量的变化，如图所示。 3（B），从270 GPa的下降到140 GPa时，涂层衬底的界面没有明显的不连续性。这些结果证实NHT的适用性，功能的深度在一个精确的和符合逻辑的方式的测量机械性能。

AZoNano - 溅射到A到Z的纳米技术 - 硬度（A）和弹性模量（B）的变化作为一个规范化的深入功能为钛膜（扬程/ TF）绘制在Si [100]基板。