工業(yè)純鐵Cr-N薄膜表面改性.pdf

1、為了提高工業(yè)純鐵耐腐蝕性，本論文采用非平衡磁控濺射技術(shù)在工業(yè)純鐵表面制備不同成分和結(jié)構(gòu)的Cr—N單層膜，Cr/CrN多層膜和Ti/TiN/Cr/CrN多層復(fù)合薄膜。采用表面輪廓儀測(cè)量薄膜的厚度和殘余應(yīng)力。利用X射線(xiàn)衍射（XRD）和X射線(xiàn)光電子能譜（XPS）表征薄膜的結(jié)構(gòu)和成分。使用維氏顯微硬度儀、銷(xiāo)盤(pán)式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)和劃痕試驗(yàn)機(jī)評(píng)價(jià)薄膜的硬度、耐磨性和膜基結(jié)合強(qiáng)度。采用電化學(xué)腐蝕和高溫水蒸氣循環(huán)腐蝕檢測(cè)材料的耐腐蝕性能。依據(jù)電化學(xué)腐蝕中

2、的極化曲線(xiàn)，選取合適的范圍，用電量法計(jì)算薄膜的孔隙率。獲得的主要結(jié)論如下： 1．不同的氮?dú)饬髁肯轮苽湟幌盗蠧r—N薄膜發(fā)現(xiàn)，氮?dú)饬髁繛?sccm時(shí)，薄膜主要相組成物為Cr和Cr2N，具有高的壓應(yīng)力和高的硬度；氮?dú)饬髁吭龃蟮?0sccm，薄膜組成相為Cr2N和CrN，薄膜具有優(yōu)良的耐磨損和抗腐蝕性能，應(yīng)力為較小的拉應(yīng)力；氮?dú)饬髁坷^續(xù)增大到30sccm時(shí)，薄膜相組成為CrN，薄膜具有優(yōu)良的耐磨損和抗腐蝕性能，最高的膜基結(jié)合強(qiáng)度。偏壓

3、從—50V增大到—100V和—150V后，薄膜拉應(yīng)力變?yōu)閴簯?yīng)力，薄膜硬度提高，由于較大的壓應(yīng)力，薄膜的耐磨性能和耐腐蝕性能降低。 2．為了抑制單層膜中柱狀晶的生長(zhǎng)，在鐵基體表面沉積調(diào)制周期不同的Cr/CrN薄膜多層膜。調(diào)制周期為180s所制備的Cr/CrN薄膜呈現(xiàn)了很好的周期性，膜基結(jié)合強(qiáng)度更大。在純鐵基體表面制備多層Cr/CrN多層薄膜可以明顯提高基體在30g/LNaCl溶液中的耐腐蝕性。高溫水蒸氣循環(huán)腐蝕結(jié)果表明，調(diào)制周期為

4、180s所制備的Cr/CrN薄膜可以為鐵基體提供最好的保護(hù)。Cr/CrN多層膜孔隙率也遠(yuǎn)低于CrN單層膜，充分證明了適宜周期制備的多層膜表面致密，擁有優(yōu)異的耐腐蝕性能。 3．對(duì)鐵樣品進(jìn)行氮離子注入和薄膜制備的復(fù)合處理后發(fā)現(xiàn)，復(fù)合處理的后的樣品具有更優(yōu)良的耐磨損和耐腐蝕性能。厚度大致相同的情況下，Cr/CrN多層膜與Ti/TiN/Cr/CrN多層復(fù)合膜相比，前者具有更好的耐腐蝕性能和更低的孔隙率，后者擁有更優(yōu)良的硬度和耐磨損性能。