高功率脉冲反应磁控溅射CrNx涂层的放电特性与组分结构

高功率脉冲反应磁控溅射技术具有放电等离子密度高、溅射材料离化率高和绕镀性好的特点,已被广泛用于金属氮化物强化涂层的设计制备,但受沉积过程实时在线诊断困难,决定涂层结构性能的关键等离子体特性尚不清晰。基于自主研制的高功率脉冲磁控溅射装备,采用 Langmuir 探针研究不同 N₂流量下 CrN_x涂层的反应等离子体放电特性与组分结构变化。固定溅射功率为 3 kW,随着 N₂流量从 10 mL / min 增加至 75 mL / min,放电峰值功率密度和电子能量分布函数中的高能电子比例均呈现先上升后降低趋势,在 55 mL / min N₂流量时达到最高值,其峰值功率密度为 320 W / cm² 。分析表明,当通入过量 N₂时,靶中毒程度加剧,因表面生成 CrN_x化合物的二次电子发射系数低于 Cr,近基体区电子密度从 3.9×1017 / m³逐渐下降至 2.2×1017 / m³ ,低密度离子入射降低了沉积粒子的热扩散迁移长度,使得涂层呈现 CrN(220)晶面择优柱状生长。     

Ni含量对CrNiN涂层结构与性能的影响

目的研究Ni元素在CrNiN涂层中的存在形式,阐明Ni含量对CrNiN涂层的微观结构、力学性能和耐腐蚀性能的影响。方法采用磁控溅射技术,在控制Cr靶功率不变的条件下,通过改变NiCr靶电流制备3种不同Ni含量的CrNiN涂层。利用X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）、聚焦离子束显微镜（FIB）、透射电子显微镜（TEM）、纳米压痕仪、电化学工作站等测试方法表征涂层的成分、组织结构、力学性能和耐腐蚀性能。结果当NiCr靶电流由0.5A增加到1.0A时,CrNiN涂层中的Ni含量（均用原子数分数表示）由6.84%增加到13.36%,CrNiN涂层具有明显的（200）择优取向。CrNiN涂层主要由CrN相组成,存在少量的Cr2N相和Ni金属相。随着Ni含量的增加,CrNiN涂层的硬度先增大后减小,当Ni含量为8.57%时,CrNiN涂层的硬度相对于CrN涂层提高了36%,达到了（16.9±0.7）GPa,韧性和抗塑性变形能力也明显提高;CrNiN涂层的腐蚀电流密度逐渐减小,耐腐蚀性增强。当Ni含量为13.63%时,涂层的自腐蚀电位为-0.096V,腐蚀电...