| 基体偏压对高功率脉冲磁控溅射制备CrAlN薄膜性能的影响 |
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| 引用本文： | 张辉,巩春志,王晓波,张炜鑫,田修波.基体偏压对高功率脉冲磁控溅射制备CrAlN薄膜性能的影响[J].中国表面工程,2022,35(5):200-209. |
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| 作者姓名： | 张辉 巩春志 王晓波 张炜鑫 田修波 |
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| 作者单位： | 哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室 哈尔滨 150001;中国工程物理研究院材料研究所 绵阳 621900 |
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| 基金项目： | 黑龙江省自然科学基金联合引导项目(LH2019A014)和国家自然科学基金(11875119 和 12075071)资助项目 |
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| 摘 要： | 为了防止氢扩散导致金属材料的失效，通常在其表面制备一层 CrN 阻氢薄膜。但是 CrN 涂层的热稳定性较差，抗氧化温度低于 600 ℃。采用高功率脉冲磁控溅射技术，利用 Cr 和 Al 双靶共沉积 CrAlN 薄膜来提高其高温抗氧化性能。试验变量为基体负偏压的大小，分别为-100 V、-200 V、-300 V 和-400 V。结果表明，四组 CrAlN 薄膜均为柱状晶结构，随着基体偏压提高，膜层的致密度提高，但同时薄膜沉积速率下降；CrAlN 薄膜的择优生长方向为 Cr(200)晶面法线方向。四组 CrAlN 薄膜的氢抑制率均超过 70%，氢原子扩散系数最低比 316L 不锈钢基体低 3 个数量级。当基体偏压为-300 V 时，可以同时获得最优的氢抑制率(87.4%)和最低的氢原子扩散系数(6.188×10?10 cm2 / s)。600 ℃、氧气气氛下保温 60 min，CrAlN 膜基结合面处氧含量仅为表面处的 30%左右。相比于 CrN 薄膜，在相同基体偏压下，CrAlN 薄膜的氢原子扩散系数更小；高偏压下制备的 CrAlN 薄膜氧增重量仅为 316L 不锈钢基体的 10%，抗氧化性能更好。
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| 关 键 词： | CrAlN 高功率脉冲磁控溅射 基体偏压 阻氢 高温抗氧化 |
Effect of Substrate Bias on the Properties of Craln Films Prepared by High Power Pulsed Magnetron Sputtering |
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| ZHANG Hui,GONG Chunzhi,WANG Xiaobo,ZHANG Weixin,TIAN Xiubo.Effect of Substrate Bias on the Properties of Craln Films Prepared by High Power Pulsed Magnetron Sputtering[J].China Surface Engineering,2022,35(5):200-209. |
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| Authors: | ZHANG Hui GONG Chunzhi WANG Xiaobo ZHANG Weixin TIAN Xiubo |
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| Affiliation: | State Key Laboratory of advanced welding and joining, Harbin Institute of Technology,Harbin 150001 , China;Institute of Materials, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 621900 , China |
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