開啟磁場非失調磁控濺射偏壓對CrN鍍層附著學性能莫須有
采納TeerUDP650型閉合場非失調磁控濺射離子鍍設施沉積CrN鍍層,經過調變偏壓失掉相反構造和性能的CrN鍍層。嘗試用劃痕法測定了鍍層聯合強度、用球-盤步驟測定了鍍層附著系數和比磨損率、用壓入法評估鍍層韌性,硬度測試在維氏硬度計上繼續。試驗后果表明,隨著濺射偏壓的升高,離子速流普及,偏壓過低或過高均使沉積速率上升,-50V～-70V偏壓時沉積速率根本維持穩固。CrN鍍層的硬度隨偏壓的升高而升高,但隨同著韌性的上升。高偏壓下沉積的鍍層附著系數呈上升趨向,偏壓在-40V～-70V間制備的鍍層對磨WC球時簡直不磨損,但當偏壓從-70V普及到-80V時,磨損顯然加深。
與輕工業利用最早的TiN硬鍍層相比,CrN鍍層因為Cr元素和鋼中Fe的親和力比Ti高,有可能進一步普及膜基聯合強度;Cr與氧的親和力比Ti低,可能普及鍍層抗氧化威力,同聲CrN硬度固然比TiN低,但韌性可能高,CrN不如TiN脆,也使得鍍層內應力低,從而能夠制備薄厚較大的鍍層,Cr和氮低親和力也可普及靶抗酸中毒性能。諸多的長處使CrN鍍層失掉了越來越寬泛的利用。
相反制備步驟失掉CrN鍍層的性能存在較大的差異,泛濫文獻對CrN鍍層的組成、宏觀構造、硬度和致密度及附著學性能與鍍層沉積步驟和工藝參數間的關系繼續了較為詳盡的鉆研。R.Hoy等的鉆研后果覺得隨偏壓的升高,CrN鍍層硬度和致密度普及,偏壓小于-50V時,離子能量和束流均很小,但勝于-50V后因存在二次等離子體而使得內應力顯然上升。J.J.Olaya覺得非失調磁控濺射沉積CrN鍍層時,脈沖偏壓能量對Cr/N比無莫須有,強加-100V偏壓時,CrN鍍層呈顯然的(200)取向,但鍍層晶粒尺寸有所長大,鍍層的硬度和耐蝕性普及了。JyhWeiLee也發現了偏壓對硬度莫須有顯然,-290V時硬度普及到20GPa,取向從(111)向(200)轉變,但偏壓對聯合力無顯然莫須有,有無偏壓時鍍層聯合強度均較高。MinJ.Jung覺得鋼基體上CrN鍍層在100V偏壓時取向由(200)變為(220),但在玻璃和Si基體上鍍層取向不隨偏壓而變遷;E.Forniés等鉆研了偏壓對CrN鍍層磁控濺射沉積速率、鍍層構造、硬度以及耐磨性的莫須有,后果表明偏壓過高時,會所以離子束流能量太高而導致二次濺射。同聲高N2流量條件下也可能因靶酸中毒而導致沉積速率上升。還發現偏壓增多,鍍層構造由柱狀晶變為等軸晶,硬度普及,N2高流量時磨損率會上升。S.Ortmann1的鉆研后果指出,無偏壓時CrN呈多孔型構造,各柱狀晶間彼此金雞獨立;偏壓升高到-150V后柱狀晶被顯然壓致密了,而且涌現了多面體構造,晶粒尺寸約50nm,并涌現類針狀構造,偏壓接續普及到-300V后晶粒長大到250nm-300nm,此時鍍層名義變得毛糙。
上述文獻在偏壓對CrN鍍層的致密度、晶粒度和取向、以及硬度、耐蝕性等獲得了一些鉆研成績,然而嘗試后果也不甚統一,對鍍層韌性和附著學性能鉆研波及不多,而該署性能對鍍層的輕工業利用起到要害作用。白文利用閉合磁場非失調磁控濺射零碎制備了相反偏壓條件下的系列鍍層,綜合鉆研偏壓對鍍層沉積速率、聯合強度、硬度和附著系數、磨損率以及鍍層韌性的莫須有法則,為該類鍍層的輕工業利用提供實踐根據。1、試驗步驟
用TeerUDP550型非失調磁控濺射離子鍍零碎制備CrN鍍層,試樣基體為M42高速鋼圓片和(100)單晶硅片,鋼質基體名義用1μm金剛石研磨拋光,用來鍍層薄厚、附著系數、比磨損率測試,在硅片試樣上采納壓入法測定四角裂紋長短以直接評估鍍層韌性。所有試樣裝置在同一個能夠三軸轉動的試樣架上。鍍膜時背底真空度2.7×10-3Pa,作業氣壓4×10-1Pa,Cr靶輸出功率214kW,氬氣旋量10sccm。鍍膜內中中經過檢測靶名義濺射原子團激起時產生的輝光強弱來調節反響氣體N2的流量,以維持等離子體體中濺射粒子數的靜態恒定,從而達成準確掌握鍍層成份的目標。嘗試中靶名義輝光絕對強度用OEM值表征,假如未通入反響氣體(本試驗反響氣體為N2)時,靶名義濺射離子某跨度的輝光強度為100%,當通入定然流量的反響氣體結束沉積后,靶名義濺射離子該跨度的輝光強度因全體濺射離子與反響氣體反響生成了復合物而將升高到定然值,此值即界說為OEM值。CrN鍍層沉積時OEM值設置為60%恒定一成不變,經過改觀基體脈沖偏壓大小曲節離子對鍍層成長時的轟擊強度,調變鍍層組織構造以及性能,脈沖偏壓效率250Hz,脈沖幅度500ns。相反鍍層樣品的沉積參數如表1。
表1 鍍層工藝及地膜薄厚
用球坑儀測量鍍層薄厚。在MH-5型顯微硬度計用努氏壓頭測定鍍層硬度,壓入載荷25g。用英國Teer公司研制的ST2200劃痕儀定量測量鍍層的聯合強度,載荷從10N加到85N,滑行進度10mm·min-1。用POD2I型球盤附著磨損嘗試測定鍍層附著系數,并在磨損軌跡上做球坑以確定鍍層的比磨損率SWR(Specificwearrate),附著配副為直徑5mm的WC26%Co球,載荷20N,絕對附著進度200mm·s-1,附著工夫30min。鍍層韌性采納在硅片試樣上用維氏壓頭在定然載荷下壓入后,測定壓坑四角裂紋總長的步驟來直接評估。2、試驗后果2.1、相反偏壓下偏壓直流電和沉積速率的變遷
圖1為CrN地膜在非失調磁控濺射沉積中的基體偏壓和偏壓直流電的關系。因為鍍膜內中中采納了相反的三軸轉舉動業臺,試樣單位、形態一成不變,因而能夠覺得整個負極(作業臺)名義積定然,那樣就用偏壓直流電直接評估試樣名義失掉的離子轟擊束流密度。后果表明,普及基體偏壓,離子束流逐步增多,但隨著偏壓的進一步增多,離子束流增多進度逐步減慢。從圖1中相反偏壓下鍍層的沉積速率變遷曲線可見,普及基體偏壓,結束時沉積速率呈上升趨向,-50V～-70V偏壓沉積速率根本穩固,接續增多偏壓又結束上升。
圖1 偏壓直流電,沉積速率和偏壓關系曲線 圖2 偏壓對CrN鍍層聯合強度莫須有2.2、偏壓對鍍層聯合強度的莫須有
圖2的鍍層聯合強度隨偏壓的變遷法則表明,強加-40V～-50V偏壓時鍍層聯合強度很好,臨界載荷均達成85N,偏壓勝于-50V后結束涌現劃痕邊緣剝落景象(見圖2上方劃痕軌跡照片),然而即便
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