磁控溅射镁合金表面改性技术及应用

由于镁合金具有良好的生物相容性和可降解性，因而医用镁合金在心血管支架、骨植入材料等方面应用广泛。其中,可控降解是医用镁合金的关键问题,腐蚀过快难以满足临床的需要。为了缓解其腐蚀过程，医用镁合金表面腐蚀与改性技术成为当前生物医用镁合金的研究热点。 磁控溅射表面氮化钛等镀膜技术可以极大地提升医用镁合金材料的防腐蚀性能和生物相容性。 本书根据医用镁合金材料的特性与生物降解等功能要求，有针对性地介绍了医用镁合金表面各种磁控溅射成膜改性技术的工艺过程、性能对比和机理分析，特别是对直流磁控溅射镁合金表面镀Ti-TiN膜和直流磁控溅射制备Ta膜等前沿热点技术进行了透彻讲解。书中阐述的成膜理论、制备工艺参数、性能分析数据，可以为从事医用镁合金表面改性技术研发可相关人员提供有益借鉴。

本书内容结合了当今国内外对磁控溅射表面改性材料的研究以及发展情况，着重介绍了近年来作者在磁控溅射表面改性材料方面的基础理论知识的学习、实验材料与方法、制备工艺流程、分析检测方法以及相关的国内外优选技术手段的研究。主要内容包括：镁合金表面直流磁控溅射Ti-TiN镀膜研究、镁合金表面高功率磁控溅射Ti(Si)-TiN-Ti(Si)N镀膜研究、直流磁控溅射制备Ta膜及其性能分析、高功率脉冲磁控溅射制备Ta膜及其性能分析、高功率脉冲磁控溅射制备多层膜及性能分析。本书涉及多门学科，可为研究磁控溅射表面改性材料的相关人员提供意见和建议，并且为材料领域的研究与应用提供参考资料。

第1章医用镁合金及磁控溅射技术概述1
1.1镁合金材料的特点及表面处理技术1
1.2磁控溅射技术及应用6
1.3氮化钛和Ti-Si-N薄膜及性能8
1.4Ta及Ta膜的研究与应用9
1.5医用镁合金的表面处理存在问题及解决方法11
参考文献12
第2章直流磁控溅射镁合金表面镀Ti-TiN膜19
2.1实验设计20
2.2AZ31镁合金镀膜前处理对结合状态的影响20
2.2.1溅射清洗对钛膜结合状态影响20
2.2.2氮离子注入对AZ31镁合金结合状态的影响25
2.3镀Ti-TiN膜参数设计及实验过程29
2.4镀钛时间对Ti-TiN镀膜组织结构及性能影响30
2.4.1镀钛时间对Ti-TiN镀膜组织结构的影响30
2.4.2镀钛时间对Ti-TiN膜耐蚀性的影响31
2.5Ar/N2流量比对Ti-TiN镀膜组织结构及性能影响34
2.5.1Ar/N2流量比对Ti-TiN镀膜组织结构的影响35
2.5.2Ar/N2流量比对Ti-TiN镀膜性能的影响37
2.6负偏压对Ti-TiN镀膜组织结构及性能影响42
2.6.1负偏压对Ti-TiN镀膜组织结构的影响42
2.6.2负偏压对Ti-TiN镀膜性能的影响44
参考文献48
第3章高功率磁控溅射镀Ti(Si)-TiN-Ti(Si)N膜51
3.1Ti(Si)-TiN-Ti(Si)N镀膜制备过程51
3.2Ar/N2流量比对Ti(Si)-TiN-Ti(Si)N镀膜的影响52
3.2.1镀膜组织结构分析52
3.3.2镀膜腐蚀性能分析54
3.2.3摩擦磨损性能分析57
3.2.4镀膜纳米压痕实验58
3.3直流磁控溅射与高功率磁控溅射镀膜对比59
参考文献60
第4章直流磁控溅射制备Ta膜63
4.1Ta膜表面SEM形貌观察及能谱分析63
4.1.1Ta膜表面SEM形貌观察63
4.1.2Ta膜能谱分析64
4.2Ta膜断面SEM形貌观察及沉积速率分析66
4.2.1Ta膜断面SEM形貌观察66
4.2.2膜层沉积速率分析67
4.3Ta膜相结构的分析68
4.4Ta膜纳米硬度的测定69
4.5Ta膜耐磨性的分析71
4.6Ta膜结合力的测定72
4.7工艺参数对Ta膜耐蚀性的影响74
4.8讨论76
参考文献77
第5章高功率脉冲磁控溅射制备Ta膜81
5.1Ta膜表面SEM形貌观察及能谱分析81
5.1.1Ta膜SEM表面形貌观察81
5.1.2能谱分析83
5.2Ta膜截面形貌观察及沉积速率分析83
5.2.1Ta膜截面形貌观察83
5.2.2沉积速率分析85
5.3工艺参数对Ta膜相结构的影响86
5.4工艺参数对Ta膜纳米硬度的影响87
5.5对Ta膜耐磨性的分析88
5.6Ta膜结合力的测定90
5.7工艺参数对Ta膜耐蚀性的影响92
5.8直流磁控溅射与高功率磁控溅射镀膜对比94
参考文献97
第6章高功率脉冲磁控溅射镀Ta/Ti-Si多层膜99
6.1多层膜表面SEM形貌观察及能谱分析99
6.1.1多层膜表面SEM形貌观察99
6.1.2多层膜能谱分析100
6.2多层膜截面形貌观察及沉积速率分析102
6.2.1多层膜截面形貌观察102
6.2.2沉积速率分析104
6.3多层膜表面AFM形貌观察及粗糙度分析106
6.3.1多层膜表面AFM形貌观察106
6.3.2粗糙度分析106
6.4脉冲偏压对多层膜相结构的影响108
6.5脉冲偏压对多层膜纳米硬度的影响110
6.6脉冲偏压对多层膜耐磨性的影响111
6.7脉冲偏压对多层膜耐蚀性的影响114
6.8直流磁控溅射与高功率磁控溅射镀膜对比116
参考文献118