第十四届全国表面工程大会

130 / 2022-09-17 15:30:57

PEMS制备CrAlN薄膜结构和性能的研究

等离子体增强磁控溅射,CrAlN薄膜,结构,性能

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目的 通过在钴钨硬质合金表面制备CrAlN薄膜，提高钴钨硬质合金在海洋中的耐腐蚀性和摩擦磨损性能。方法 采用等离子体增强磁控溅射（PEMS）技术，以氮气作为反应气体，通过溅射CrAl合金靶，在Si片和钴钨硬质合金表面沉积CrAlN薄膜。采用X射线光电子能谱仪（XPS）分析薄膜的化学态，利用X射线衍射仪（XRD）测定薄膜的相结构，通过扫描电子显微镜（SEM）观察薄膜的表面和截面形貌，并测量薄膜的厚度；利用纳米压痕仪测量薄膜的硬度和弹性模量，采用大载荷划痕仪测量薄膜的膜-基结合力，通过电化学工作站考察薄膜的耐腐蚀性能，采用多功能摩擦磨损试验机和白光干涉仪表征薄膜的摩擦磨损性能。结果 CrAlN薄膜的相结构主要由CrN相和AlN相组成；CrAlN薄膜表面光滑平整，无明显缺陷，结构致密，厚度约为578 nm；CrAlN薄膜的力学性能优异，硬度和弹性模量分别为37.69 GPa和310.98 GPa，H/E和H³/E*²分别为0.121和0.487；通过划痕法测量CrAlN薄膜的膜-基结合力，划痕两侧无明显剥落，膜-基结合力大于100 N；CrAlN薄膜在3.5wt%的NaCl溶液中腐蚀电流密度和腐蚀电位分别为0.312 μA/cm²和-21 mV，均远低于基体，能够显著提高钴钨硬质合金的耐腐蚀性；CrAlN薄膜的耐磨性优异，在空气中和3.5wt%的NaCl溶液中的磨损率分别为3.23×10^-6和6.84×10^-7 mm³·N^-1·m^-1。结论 PEMS制备的CrAlN薄膜结构致密，力学性能优异，能够显著提高钴钨硬质合金在NaCl溶液中的耐腐蚀性能。