氮流量比對(duì)直流/射頻磁控濺射CrN涂層耐腐蝕性的影響

2014-02-19 談淑詠南京工程學(xué)院材料工程學(xué)院

　　采用直流/射頻磁控濺射法，在不同氮流量比條件下制備了CrN涂層。利用掃描電鏡、X射線衍射、顯微硬度計(jì)和電化學(xué)測(cè)試系統(tǒng)研究了氮流量比對(duì)涂層組織和性能的影響，并對(duì)涂層腐蝕機(jī)制進(jìn)行了初步探討。研究結(jié)果表明：不同氮流量比條件下，直流濺射CrN涂層呈現(xiàn)明顯的柱狀晶，組織疏松，而射頻濺射涂層結(jié)構(gòu)都比較致密，導(dǎo)致射頻涂層的耐腐蝕性明顯優(yōu)于直流涂層；在直流條件下，氮流量比為70%時(shí)的CrN涂層耐蝕性最佳。

　　CrN涂層不但具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、較高硬度、良好的耐磨性和抗腐蝕性，而且顯示出優(yōu)越的電性能及其與GaN的良好晶格匹配功能，使其不僅用于機(jī)械制造工業(yè)，還在生物、光電子器件和綠色能源等方面有著廣闊的發(fā)展前景。磁控濺射法具有高速、低溫、低損傷等特點(diǎn)，因此，CrN涂層多采用此法制備。研究表明，磁控濺射法制備CrN涂層時(shí)，氮流量比、工作氣壓、濺射功率和濺射溫度等工藝參數(shù)均會(huì)對(duì)涂層組織和力學(xué)性能產(chǎn)生影響，且氮流量比的影響相對(duì)較大。但氮流量比對(duì)涂層耐腐蝕性的影響卻鮮有研究，為此，本文結(jié)合磁控濺射兩種方法(直流/射頻)，探討氮流量比對(duì)涂層耐腐蝕性能的影響。

1、實(shí)驗(yàn)

　　實(shí)驗(yàn)采用JGP450A2型超高真空磁控濺射儀制備直流/射頻CrN涂層。基片為鏡面304不銹鋼，靶材為純度99.8%的Cr(尺寸為580mm×5mm)。在氮?dú)饬髁勘３?0mL/min不變的情況下，通過(guò)調(diào)節(jié)氬氣流量，制備不同氮流量比(即N2/(Ar+N2)分別為30%~100%)的直流/射頻CrN涂層。涂層沉積過(guò)程中，本底真空度6×10^-4Pa，基底偏壓-50V，工作氣壓0.5Pa，濺射功率150W。為增加涂層與基底的結(jié)合力，在基片上先沉積一層Cr作為中間層，沉積時(shí)間5min。濺射過(guò)程中靶基距均為60mm，基底由水冷卻。

　　涂層采用德國(guó)Bruker公司生產(chǎn)的D8DISCOVER型X射線衍射儀(XRD)進(jìn)行物相分析，選用的輻射源為銅KA，K=1.5406nm，管電壓為40kV，管電流為40mA，采用連續(xù)掃描的方式，2H角掃描范圍為30°~85°。顯微硬度測(cè)試在FM-700數(shù)字式顯微硬度計(jì)上進(jìn)行，載荷為0.098N，測(cè)試6點(diǎn)取平均值。使用Partstat2273電化學(xué)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量氮化鉻涂層在1mol/L鹽酸溶液中的動(dòng)態(tài)極化曲線，試驗(yàn)采用三電極體系，參比電極為飽和甘汞電極(SCE)，輔助電極為不銹鋼電極，工作電極為所測(cè)試樣，工作面積為1cm2，試驗(yàn)時(shí)涂層先浸泡在溶液中20min，獲得穩(wěn)定的開(kāi)路電位后進(jìn)行測(cè)試。掃描電位-1000~200mV，掃描速度1mV/s。本文采用線性極化曲線的方法計(jì)算極化電阻，并利用測(cè)得的動(dòng)態(tài)極化曲線獲得腐蝕電流icorr。采用Sirion場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)觀察涂層腐蝕前后的形貌，并測(cè)定涂層厚度。