Để đánh giá ảnh hưởng của công suất phún xạ lên cấu trúc tinh thể của lớp màng TiN trên bề mặt hợp kim Ti-6Al-4V, nhiễu xạ tia X (XRD) được sử dụng. Hình 3.1 mô tả kết quả phân tích nhiễu xạ tia X của lớp màng TiN trên bề mặt hợp kim Ti-6Al- 4V tại 50, 100 và 200 W. Phần mềm JCPDS (International Centre for Diffraction Data) được sử dụng để xác định hướng tinh thể tại các vị trí 2θ. Kết quả cho thấy tất cả các lớp màng đều có vị trí các đỉnh tại các vị trí 2θ giống nhau, bao gồm TiN(111), Ti(002) và Ti(101) với các cường độ khác nhau.
Hình 3.1. Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) của lớp màng TiN phủ trên hợp kim Ti-6Al-4V.
Ngoài ra, kết quả cũng cho thấy định hướng tinh thể và cường độ các đỉnh phụ thuộc vào công suất phún xạ. Cường độ đỉnh tại vị trí 2θ của TiN(002) thay đổi không đáng kể khi thay đổi công suất phún xạ các màng TiN. Trong khi đó, cường độ đỉnh tại vị trí 2θ của TiN(101) giảm mạnh và cường độ đỉnh tại vị trí 2θ của TiN(111) tăng mạnh khi tăng công suất phún xạ. Kết quả cho thấy việc tăng công suất phún xạ làm tăng năng lượng di chuyển và va chạm của các nguyên tử. Khi năng lượng của các nguyên tử này tăng lên làm tăng các nguyên tử hấp phụ. Điều này dẫn đến hiện tượng cường độ đỉnh tại vị trí 2θ của TiN(002) thay đổi không đáng kể, cường độ đỉnh tại vị trí 2θ của TiN(101) giảm mạnh và cường độ đỉnh tại vị trí 2θ của TiN(111) tăng mạnh khi tăng công suất phún xạ. Hiện tượng này sẽ làm giảm các khuyết tật bên trong lớp phủ, đồng thời nó cũng làm cho bề mặt lớp phủ trở nên chắc, đồng đều hơn
36 và đặc biệt là dính chặt lên bề mặt hợp kim Ti-6Al-4V, kết quả này sẽ làm tăng điện trở bề mặt như tóm tắt trong Hình 3.2 và hiệu suất bảo vệ ăn mòn của hợp kim Ti- 6Al-4V.
Hình 3.2. Kết quả phân tích điện trở bề mặt của lớp màng TiN phủ trên hợp kim Ti- 6Al-4V bằng phương pháp bốn đầu dò.
Hình 3.2 cho thấy điện trở bề mặt của lớp màng TiN phủ trên hợp kim Ti-6Al-4V tăng khi tăng công suất phún xạ. Kết quả phân tích hiển vi lực nguyên tử (AFM) của lớp màng TiN phủ trên hợp kim Ti-6Al-4V tại công suất phún xạ 50, 100 và 200 W thể hiện trong Hình 3.3. Kết quả phân tích cho thấy độ gồ ghề của bề mặt giảm mạnh khi tăng công suất phún xạ lớp màng TiN phủ trên hợp kim Ti-6Al-4V. Kết quả phân tích hiển vi lực nguyên tử của lớp màng TiN phủ trên hợp kim Ti-6Al-4V tại công suất phún xạ 50 W cho thấy hạt nhỏ, sắc và nhọn, bề mặt gồ ghề và chứa nhiều khuyết tật. Khi tăng công suất phún xạ lên 100 và 200 W thì bề mặt chứa ít khuyết tật và bề mặt trở nên nhẵn hơn khi so sánh kết quả của lớp màng TiN được phủ tại công suất phún xạ 50 W. Ngoài ra, kết quả cũng cho biết giá trị Ra của lớp màng TiN phủ trên hợp kim Ti-6Al-4V tại công suất phún xạ 50, 100 và 200 W là 2,406; 1,933 và 1,211 nm. Kết quả cho thấy khi tăng công suất phún xạ từ 50 lên 200 W, bề mặt của lớp màng TiN phủ trên hợp kim Ti-6Al-4V trở nên đồng đều hơn. Kết quả thu được có thể do sự kết hợp của TiN(002), TiN(101) và TiN(111) làm lớp phủ trở nên chắc, đồng đều hơn và đặc biệt làm giảm các khuyết tật trong lớp phủ. Kết của này cũng khá phù hợp với kết quả phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) ở trên. Do đó, kết quả phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) và hiển vi lực nguyên tử (AFM) cho biết lớp màng TiN phủ trên hợp kim Ti-6Al-4V trở nên chắc, đồng đều và dính chặt hơn lên bề mặt chất
37 nền, cũng như giảm các khuyết tật bên trong lớp phủ khi tăng công suất phún xạ lớp màng TiN phủ trên hợp kim Ti-6Al-4V và sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất chống ăn mòn của hợp kim Ti-6Al-4V trong dung dịch giả định cơ thể người.
(a) (b) (c)
Hình 3.3. Kết quả phân tích hiển vi lực nguyên tử (AFM) của lớp màng TiN phủ trên hợp kim Ti-6Al-4V tại công suất phún xạ (a) 50, (b) 100 và (c) 200 W.
38