了得網工業技術_磁控濺射鎂合金表面改性技術及應用

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由於鎂合金具有良好的生物相容性和可降解性，因而醫用鎂合金在心血管支架、骨植入材料等方面應用廣泛。其中,可控降解是醫用鎂合金的關鍵問題,腐蝕過快難以滿足臨床的需要。為了緩解其腐蝕過程，醫用鎂合金表面腐蝕與改性技術成為當前生物醫用鎂合金的研究熱點。

磁控濺射表面氮化鈦等鍍膜技術可以極大地提升醫用鎂合金材料的防腐蝕性能和生物相容性。

本書根據醫用鎂合金材料的特性與生物降解等功能要求，有針對性地介紹了醫用鎂合金表面各種磁控濺射成膜改性技術的工藝過程、性能對比和機理分析，特別是對直流磁控濺射鎂合金表面鍍Ti-TiN膜和直流磁控濺射制備Ta膜等前沿熱點技術進行了透徹講解。書中闡述的成膜理論、制備工藝參數、性能分析數據，可以為從事醫用鎂合金表面改性技術研發可相關人員提供有益借鋻。

內容簡介

本書內容結合了當今國內外對磁控濺射表面改性材料的研究以及發展情況，著重介紹了近年來作者在磁控濺射表面改性材料方面的基礎理論知識的學習、實驗材料與方法、制備工藝流程、分析檢測方法以及相關的國內外先進技術手段的研究。主要內容包括：鎂合金表面直流磁控濺射Ti-TiN鍍膜研究、鎂合金表面高功率磁控濺射Ti(Si)-TiN-Ti(Si)N鍍膜研究、直流磁控濺射制備Ta膜及其性能分析、高功率脈衝磁控濺射制備Ta膜及其性能分析、高功率脈衝磁控濺射制備多層膜及性能分析。本書涉及多門學科，可為研究磁控濺射表面改性材料的相關人員提供意見和建議，並且為材料領域的研究與應用提供參考資料。

作者簡介

李慕勤，佳木斯大學材料學院，教授院長，博士生導師、龍江學者特聘教授、省人民政府特殊津貼專家、省級教學名師。現任省級重點學科材料加工工程帶頭人，省級教學團隊負責人。科研方向為生物醫學材料和金屬材料表面改性。目前主持國家自然科學基金、省自然科學基金重點項目、中俄國際合作項目各1項；在國內外學術期刊及會議發表論文共計50餘篇，其中SCI/EI收錄25篇；獲得國家發明專利2項；獲省科技進步三等獎3項、省教育廳科技進步一等獎1項，省教學成果二等獎1項。

第1章醫用鎂合金及磁控濺射技術概述1

1.1鎂合金材料的特點及表面處理技術1

1.2磁控濺射技術及應用6

1.3氮化鈦和Ti-Si-N薄膜及性能8

1.4Ta及Ta膜的研究與應用9

1.5醫用鎂合金的表面處理存在問題及解決方法11

參考文獻12

第1章醫用鎂合金及磁控濺射技術概述1

1.1鎂合金材料的特點及表面處理技術1

1.2磁控濺射技術及應用6

1.3氮化鈦和Ti-Si-N薄膜及性能8

1.4Ta及Ta膜的研究與應用9

1.5醫用鎂合金的表面處理存在問題及解決方法11

參考文獻12

第2章直流磁控濺射鎂合金表面鍍Ti-TiN膜19

2.1實驗設計20

2.2AZ31鎂合金鍍膜前處理對結合狀態的影響20

2.2.1濺射清洗對鈦膜結合狀態影響20

2.2.2氮離子注入對AZ31鎂合金結合狀態的影響25

2.3鍍Ti-TiN膜參數設計及實驗過程29

2.4鍍鈦時間對Ti-TiN鍍膜組織結構及性能影響30

2.4.1鍍鈦時間對Ti-TiN鍍膜組織結構的影響30

2.4.2鍍鈦時間對Ti-TiN膜耐蝕性的影響31

2.5Ar/N2流量比對Ti-TiN鍍膜組織結構及性能影響34

2.5.1Ar/N2流量比對Ti-TiN鍍膜組織結構的影響35

2.5.2Ar/N2流量比對Ti-TiN鍍膜性能的影響37

2.6負偏壓對Ti-TiN鍍膜組織結構及性能影響42

2.6.1負偏壓對Ti-TiN鍍膜組織結構的影響42

2.6.2負偏壓對Ti-TiN鍍膜性能的影響44

參考文獻48

第3章高功率磁控濺射鍍Ti(Si)-TiN-Ti(Si)N膜51

3.1Ti(Si)-TiN-Ti(Si)N鍍膜制備過程51

3.2Ar/N2流量比對Ti(Si)-TiN-Ti(Si)N鍍膜的影響52

3.2.1鍍膜組織結構分析52

3.3.2鍍膜腐蝕性能分析54

3.2.3摩擦磨損性能分析57

3.2.4鍍膜納米壓痕實驗58

3.3直流磁控濺射與高功率磁控濺射鍍膜對比59

參考文獻60

第4章直流磁控濺射制備Ta膜63

4.1Ta膜表面SEM形貌觀察及能譜分析63

4.1.1Ta膜表面SEM形貌觀察63

4.1.2Ta膜能譜分析64

4.2Ta膜斷面SEM形貌觀察及沉積速率分析66

4.2.1Ta膜斷面SEM形貌觀察66

4.2.2膜層沉積速率分析67

4.3Ta膜相結構的分析68

4.4Ta膜納米硬度的測定69

4.5Ta膜耐磨性的分析71

4.6Ta膜結合力的測定72

4.7工藝參數對Ta膜耐蝕性的影響74

4.8討論76

參考文獻77

第5章高功率脈衝磁控濺射制備Ta膜81

5.1Ta膜表面SEM形貌觀察及能譜分析81

5.1.1Ta膜SEM表面形貌觀察81

5.1.2能譜分析83

5.2Ta膜截面形貌觀察及沉積速率分析83

5.2.1Ta膜截面形貌觀察83

5.2.2沉積速率分析85

5.3工藝參數對Ta膜相結構的影響86

5.4工藝參數對Ta膜納米硬度的影響87

5.5對Ta膜耐磨性的分析88

5.6Ta膜結合力的測定90

5.7工藝參數對Ta膜耐蝕性的影響92

5.8直流磁控濺射與高功率磁控濺射鍍膜對比94

參考文獻97

第6章高功率脈衝磁控濺射鍍Ta/Ti-Si多層膜99

6.1多層膜表面SEM形貌觀察及能譜分析99

6.1.1多層膜表面SEM形貌觀察99

6.1.2多層膜能譜分析100

6.2多層膜截面形貌觀察及沉積速率分析102

6.2.1多層膜截面形貌觀察102

6.2.2沉積速率分析104

6.3多層膜表面AFM形貌觀察及粗糙度分析106

6.3.1多層膜表面AFM形貌觀察106

6.3.2粗糙度分析106

6.4脈衝偏壓對多層膜相結構的影響108

6.5脈衝偏壓對多層膜納米硬度的影響110

6.6脈衝偏壓對多層膜耐磨性的影響111

6.7脈衝偏壓對多層膜耐蝕性的影響114

6.8直流磁控濺射與高功率磁控濺射鍍膜對比116

參考文獻118

前言

當代科學技術迅速發展，隨著生活水平的提高，人們對材料表面的各種性能的要求越來越高，對其進行研究已經成為材料科學研究的一個重要領域。表面改性技術研究的重要性在於在不改變材料基本性能的基礎上采用各種技術方法改善或提高材料的表面性能。金屬材料的表面改性可以提高材料的耐蝕性和耐磨性、抗菌和抗黏附功能等，提高經濟效益。其中，磁控濺射技術是改變材料表面性能的一種重要方法。磁控濺射極大地提升了材料的相關性能，拓寬了材料的適用範圍，促進了材料產業的進步和發展。由此可見，磁控濺射表面改性材料的發展具有廣闊的發展前景和應用市場。

本書根據醫用鎂合金材料的特性與生物降解等功能要求，有針對性地介紹了醫用鎂合金表面各種磁控濺射成膜改性技術的工藝過程、性能對比和機理分析，特別是對直流磁控濺射鎂合金表面鍍Ti-TiN膜和直流磁控濺射制備Ta膜等前沿熱點技術進行了透徹講解。書中闡述的成膜理論、制備工藝參數、性能分析數據，可以為從事醫用鎂合金表面改性技術研發的相關人員提供有益借鋻。

當代科學技術迅速發展，隨著生活水平的提高，人們對材料表面的各種性能的要求越來越高，對其進行研究已經成為材料科學研究的一個重要領域。表面改性技術研究的重要性在於在不改變材料基本性能的基礎上采用各種技術方法改善或提高材料的表面性能。金屬材料的表面改性可以提高材料的耐蝕性和耐磨性、抗菌和抗黏附功能等，提高經濟效益。其中，磁控濺射技術是改變材料表面性能的一種重要方法。磁控濺射極大地提升了材料的相關性能，拓寬了材料的適用範圍，促進了材料產業的進步和發展。由此可見，磁控濺射表面改性材料的發展具有廣闊的發展前景和應用市場。

本書根據醫用鎂合金材料的特性與生物降解等功能要求，有針對性地介紹了醫用鎂合金表面各種磁控濺射成膜改性技術的工藝過程、性能對比和機理分析，特別是對直流磁控濺射鎂合金表面鍍Ti-TiN膜和直流磁控濺射制備Ta膜等前沿熱點技術進行了透徹講解。書中闡述的成膜理論、制備工藝參數、性能分析數據，可以為從事醫用鎂合金表面改性技術研發的相關人員提供有益借鋻。

全書由佳木斯大學的張德秋、李慕勤執筆完成。其中，第1～4章由張德秋執筆，第5～6章由李慕勤及指導的研究生王龍權執筆。全書由張德秋負責統稿，李慕勤校對。

感謝佳木斯大學材料科學與工程學院秦湘閣教授、王濤博士、吳明忠高級工程師、李海濤博士、袁士丹老師、田春英高級工程師及哈爾濱工業大學田修波教授及其團隊成員在實驗過程中給予的大力支持和幫助。

本書的編寫工作還得到了國家自然科學基金項目（31370979）、黑龍江省教育廳項目基本科研業務費基礎研究項目（2019-KYYWF-1395）的資助。

由於作者水平有限，書中難免有些不足之處，敬請各位專家和讀者朋友們批評指正。

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