氮流量比對直流/射頻磁控濺射CrN涂層耐腐蝕性的影響
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(xiàn)衍射、顯微硬度計和電化學(xué)測試系統研究了氮流量比對涂層組織和性能的影響，并對涂層腐蝕機制進(jìn)行了初步探討。研究結果表明：不同氮流量比條件下，直流濺射CrN涂層呈現明顯的柱狀晶，組織疏松，而射頻濺射涂層結構都比較致密，導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(zhù)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均會(huì )對涂層組織和力學(xué)性能產(chǎn)生影響，且氮流量比的影響相對較大。但氮流量比對涂層耐腐蝕性的影響卻鮮有研究，為此，本文結合磁控濺射兩種方法(直流/射頻)，探討氮流量比對涂層耐腐蝕性能的影響。
1、實(shí)驗
實(shí)驗采用JGP450A2型超高真空磁控濺射儀制備直流/射頻CrN涂層�；瑸殓R面304不銹鋼，靶材為純度99.8%的Cr(尺寸為580mm×5mm)。在氮氣流量保持10mL/min不變的情況下，通過(guò)調節氬氣流量，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B(niǎo)ruker公司生產(chǎn)的D8DISCOVER型X射線(xiàn)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，采用連續掃描的方式，2H角掃描范圍為30°~85°。顯微硬度測試在FM-700數字式顯微硬度計上進(jìn)行，載荷為0.098N，測試6點(diǎn)取平均值。使用Partstat2273電化學(xué)測試系統測量氮化鉻涂層在1mol/L鹽酸溶液中的動(dòng)態(tài)極化曲線(xiàn)，試驗采用三電極體系，參比電極為飽和甘汞電極(SCE)，輔助電極為不銹鋼電極，工作電極為所測試樣，工作面積為1cm2，試驗時(shí)涂層先浸泡在溶液中20min，獲得穩定的開(kāi)路電位后進(jìn)行測試。掃描電位-1000~200mV，掃描速度1mV/s。本文采用線(xiàn)性極化曲線(xiàn)的方法計算極化電阻，并利用測得的動(dòng)態(tài)極化曲線(xiàn)獲得腐蝕電流icorr。采用Sirion場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)觀(guān)察涂層腐蝕前后的形貌，并測定涂層厚度。
3、結論
(1)射頻磁控濺射CrN涂層的耐腐蝕性?xún)?yōu)于直流涂層。
(2)在直流磁控濺射條件下，氮流量比為70%的CrN涂層腐蝕電流最低，耐腐蝕性最佳。
(3)射頻涂層的結構致密性是其耐腐蝕的關(guān)鍵，涂層厚度對耐腐蝕性影響不大。
