氮气含量对反应射频磁控溅射制备CrNx薄膜组织与性能的影响

陈 勇，李 晖，许洪斌，王 松

(重庆理工大学材料科学与工程学院，重庆 400054)

CrN涂层具有韧性高，耐磨性好，抗粘着、抗高温氧化性能和抗腐蚀性能良好的特点，已被广泛应用于耐磨和防腐等领域［1－4］。CrN 薄膜与TiN薄膜相比，具有更好的高温抗氧化性、耐蚀性以及较小的残余应力［5－6］。PVD技术制备CrN薄膜的方法主要有3种:磁控溅射镀、离子镀、离子辅助沉积。其中磁控溅射制备薄膜具有工作参数动态调节范围大、沉积速率和膜层厚度易控制、膜层均匀、表面质量好、基片温升小、膜层内应力小等优点，得到了广泛运用［7］。采用磁控溅射法制备CrN薄膜时，通过控制工作气压、氮气含量、温度、靶功率等工艺参数获得所需组织和性能的薄膜，其中氮气含量在溅射沉积CrN薄膜过程中起到非常重要的作用［8］。为了研究工艺参数特别是氮气含量对CrN薄膜的力学性能的影响，采用反应射频(RF)磁控溅射法制备一系列CrNx薄膜，通过扫描电镜和粗糙度仪分析了CrNx薄膜的表面和截面形貌特征，利用多功能纳米材料性能测试系统分析了CrNx薄膜的纳米硬度、弹性模量、结合强度等力学性能。

1 实验材料及方法

1.1 实验材料

本文实验以调质40Cr钢作为基体材料，硬度为28～33 HRC，尺寸为15 mm×15 mm×5 mm。基体经热碱液超声波清洗除油，砂纸打磨至1500号，机械抛光，表面光洁度 Ra≤0.02 μm，先后在丙酮、乙醇中经超声波清洗，进一步除去基体表面残余的油脂和污物，得到平整光洁表面。采用纯度为99.8%的 Cr金属靶，尺寸为 Φ100 mm×5 mm。反应溅射气体均采用高纯Ar气和N2气，纯度为99.99%。……