鎂合金表面磁控濺射離子鍍碳膜工藝及性能研究.pdf

1、Mg-Gd-Y-Zr系列稀土鎂合金由于其優(yōu)良的高溫強度以及抗蠕變性能，得到了廣泛的研究與應(yīng)用。然而其較差的耐腐蝕和耐磨損性能極大地限制了發(fā)展，表面改性是改善稀土鎂合金耐蝕耐磨性能最有效的方式之一。
　　本文采用閉合場非平衡磁控濺射離子鍍技術(shù)，在GW83鎂合金表面制備碳膜來達到提高其耐蝕耐磨性能的目的。同時，對磁控濺射離子鍍沉積碳膜的工藝進行了系統(tǒng)研究，主要分析了清理偏壓、基體負偏壓、靶電流、不同過渡層對碳膜的表面形貌、硬度及彈性模

2、量、膜基結(jié)合強度、耐蝕性、耐磨性等的影響，并獲得了最佳制備工藝。
　　實驗結(jié)果表明，鍍膜前施加合適的清理偏壓可以有效清理基體表面，從而減少薄膜缺陷，提高薄膜致密度。在鍍膜過程中給基體施加負偏壓，能增強離子對薄膜的轟擊作用，使得薄膜致密度及與基體的結(jié)合強度提高，從而其耐蝕性得到提高；但過大的基體偏壓會造成對基體過高的能量轟擊，不利于薄膜致密度及耐蝕性的提高。合適的靶電流可以對薄膜形成適當(dāng)?shù)恼x子轟擊，且能保持合適的沉積速率，從而形成

3、孔隙率低并與基體結(jié)合良好的膜層。本文中基體偏壓為-40 V靶電流為3.5 A下制備的C/Al薄膜綜合性能最佳，硬度及彈性模量分別為880.9 HV和68.8 GPa，在3.5 wt％NaCl溶液中的腐蝕電位為-1624 mV，腐蝕電流密度為198μA cm-2。2 N，1800 s磨損環(huán)境下磨痕寬度為0.93 mm。
　　相比于C/Al、C/Ti膜層，C/Cr膜層具有更高的硬度及耐磨性能，這是由于高硬度的Cr作為金屬過渡層時可以有

4、效提高基體承載能力。C/Al膜層具有更高的膜基結(jié)合強度及耐腐蝕性能，這是由于 Al的物理性能(如硬度、彈性模量)與Mg最接近，Al易于沉積在鎂合金上，同時Al與Mg電極電位接近，減小了電偶腐蝕的影響。
　　將磁控濺射與化學(xué)鍍相結(jié)合，制備了致密均勻，表面孔隙率極低的Ni+C復(fù)合膜層，其表面碳層為典型的類石墨結(jié)構(gòu)。在復(fù)合膜層中，表面碳層與Ni層結(jié)合良好，在3.5 wt% NaCl溶液中的腐蝕電位由GW83鎂合金的-1673 mV正移到