鎂合金表面磁控濺射沉積Cr基涂層的結(jié)構(gòu)與特性研究.pdf

1、Mg合金是未來(lái)最有潛力的結(jié)構(gòu)材料之一，但表面質(zhì)軟和易腐蝕是需要解決的重要問(wèn)題。雖然當(dāng)前應(yīng)用在Mg合金上的表面處理技術(shù)改善了Mg合金表面的性能，但所制備的涂層在結(jié)合性能、摩擦磨損以及機(jī)械性能均不能滿足Mg合金在關(guān)鍵零部件領(lǐng)域的應(yīng)用。磁控濺射是目前主流的PVD表面處理技術(shù)之一，制備的涂層具有結(jié)合性能強(qiáng)和致密度高的優(yōu)點(diǎn)；所需的沉積溫度低，可以滿足Mg合金低工藝溫度的要求。因此，磁控濺射技術(shù)沉積硬質(zhì)涂層為改善Mg合金表面的摩擦磨損提供了一種思路

2、。
　　 在目前的研究工作中，采用平面磁控濺射技術(shù)在Mg合金上沉積CrNx涂層和CrNxOyCz涂層，并通過(guò)掃描電鏡(SEM)、光電子能譜(XPS)以及X-射線衍射(XRD)等分析技術(shù)對(duì)涂層的結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行了表征。采用非平衡閉合磁場(chǎng)磁控濺射離子鍍技術(shù)沉積CrTiAlN涂層，通過(guò)透射電鏡(TEM)、顯微硬度儀以及摩擦磨損實(shí)驗(yàn)研究涂層在Mg上的界面結(jié)構(gòu)、機(jī)械性能以及摩擦磨損性能。此外，還討論了柱狀晶的生長(zhǎng)和表面輪廓的演化特征。主要研究

3、結(jié)果如下：
　　 ①CrNx涂層的結(jié)構(gòu)特性取決于沉積的工藝，包括襯底溫度、N2濃度、靶電流密度以及襯底偏壓。沉積速度是電流密度的二次增長(zhǎng)函數(shù)關(guān)系，而增加的N2含量導(dǎo)致沉積速度呈指數(shù)的衰減。在Mg合金上的CrNx涂層隨著N2濃度的增加則趨向于形成更為開放的邊界。
　　 ②CrN涂層的沉積涉及到Cr橋接層、CrNx過(guò)渡層以及化學(xué)比的CrN層。Cr膜在鎂合金上的柱狀生長(zhǎng)起源于網(wǎng)狀膜，CrN涂層的柱狀生長(zhǎng)機(jī)制包括遮蔽和吞并。面內(nèi)

4、平均直徑和粒度的方差σ2均與厚度呈線性關(guān)系，表面的粗糙度值與厚度呈現(xiàn)指數(shù)的關(guān)系。
　　 ③襯底表面輪廓在涂層表面的演化取決于涂層的厚度，表面輪廓隨著涂層的增厚趨于平滑。由于相內(nèi)粗化，表面粗糙度隨著涂層的增厚而增加，同時(shí)偏置功率的增加也會(huì)導(dǎo)致表面輪廓的偏差減小。CrNx涂層的表面粗糙度與N原子濃度呈線性關(guān)系，與厚度呈指數(shù)關(guān)系。
　　 ④CrNxOyCz涂層為柱狀生長(zhǎng)，涂層中含有CrN、Cr2N、Cr3C2、Cr2O3、Cr

5、O2以及CrNxOy相；污染或氧化的O和C原子濃度在表面的深度分布服從衰減的一階指數(shù)函數(shù)，涂層中的Cr3C2和Cr2N屬于非穩(wěn)定相。涂層的摩擦磨損特性比CrNx涂層的要差。
　　 ⑤AZ31-Mg合金的標(biāo)準(zhǔn)磨損率SWR達(dá)到1055×10-15m3·N-1·m-1，而在Mg合金上的CrTiAlN涂層的SWR只有2.4×10-15m3·N-1·m-1。偏壓在-50V時(shí)CrTiAlN涂層的結(jié)合力達(dá)到10N。
　　 ⑥當(dāng)在中N2