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【应用案例】离子减薄法定位减薄纯铜镀层
发布时间：
2025-04-18
纯铜金属作为一种广泛应用于电气、电子及热传导等领域的传统材料，其摩擦学性能的改善尤为关键。通过先进的表面处理技术，如电镀、溅射等，可在纯铜基体上形成纳米孪晶镀层。随后，利用透射电子显微镜（TEM）等手段，可直观地观察并分析纳米孪晶结构的形态特征、分布规律以及晶体学取向，进而深入探究纳米结构对摩擦学性能的具体影响机制。
镀层样品减薄前的预处理，通常采用对粘的方法进行取样、预减薄等工作，以增加目标镀层的区域，便于定位。不经过对粘的样品，能够用于减薄的范围较小，增加了定位减薄的难度。
- 预处理
用户提供的原始样品镀层厚度小于100μm，已进行截面取样、减薄等预处理，最终厚度约80μm，且薄片两面已做腐蚀，便于识别镀层与定位。该样品镀层为电镀纯铜，镀层之上镀了多层保护层（图2.2.1(a)从上自下依次为基材、目标镀层、多层保护层），使样品尺寸足够大，便于固定与后续的穿孔程序监控。
图1.纯铜镀层离子减薄前腐蚀形貌
- 离子减薄
样品正式减薄前需要对减薄仪离子束轰击位置的确认，使用30μm厚的铜箔样品测试直至穿孔，如图2(a)，并画2条直线垂直相交于穿孔位置，正式减薄前将样品目标镀层区域（图1的绿框区域）置于2条标记线的交点，如图2(b），夹紧并上机减薄。
图2.(a)确认试验穿孔示意图 ，(b)纯铜镀层样品装夹示意图
原样品厚度较厚，离子减薄时间较长，穿孔后使用低电压、低角度进行修整，以获得更大的薄区，整体参数如下表。
|
电流mA |
加速电压kV |
研磨时间min |
倾斜角度 |
设阈值 |
设破孔 |
|
0.4 |
8 |
120 |
15° |
235 |
6 |
|
7 |
180 |
10° |
235 |
6 |
|
|
4 |
60 |
10° |
/ |
/ |
- 结果
减薄后的样品使用TEM进行观察，HRTEM图像展示了纯铜有序且规则的纳米孪晶结构特征。
图3.纯铜镀层离子减薄后TEM图（左为形貌图，右为HRTEM图像）
备注：
以上离子减薄参数仅做参考，可根据机械减薄后的样品厚度与表面状态的具体情况进行调整。
本文减薄前的定位方法对目标区域的大小与形状都有限制，不建议套用所有样品。
本次试验所用设备如下：
鼎竑GU-AI9000离子减薄仪
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