CrC中间层碳含量对CrC/a-C∶H涂层附着力的影响

目的提高氢化非晶碳涂层的附着力,研究不同碳含量的CrC中间过渡层对CrC/a-C∶H涂层附着力的影响。方法用反应磁控溅射结合射频PECVD方法制备CrC/a-C∶H涂层,通过调节C2H2流量(0、10、20、30m L/min)在高速钢基材上获得具有不同碳含量CrC中间层的CrC/a-C∶H涂层。用压痕法和划痕法测量涂层的附着力,并用拉曼光谱、原子力显微镜、扫描电镜和纳米压痕等方法对涂层进行表征。结果随着中间层CrC碳含量的增加,涂层的附着力先增加后减小,当C2H2流量为20 mL/min时,CrC/a-C∶H涂层具有最大的附着力,划痕附着力为70.5 N,压痕附着力为HF1,此时涂层的硬度为23.4 GPa,表面光洁度为RMS36.9 nm。通过高斯曲线拟合拉曼图谱得到ID/IG为0.54,G峰位置在1535.9 cm~(-1)。扫描电镜观察结果表明,CrC/a-C∶H涂层有两个明显的界面,即基材/CrC中间层界面与CrC中间层/a-C∶H顶层界面,中间层CrC为柱状晶结构,a-C∶H顶层为玻璃态。结论 CrC中间层碳含量对CrC/a-C∶H涂层的附着力有显著影响,具有合适碳含量的CrC中间层有助于提高涂层的附着力,当含碳量过高时,中间层会由晶态转变为非晶态,不利于承载来自于a-C∶H顶层的薄膜内应力,导致CrC/a-C∶H涂层附着力急剧下降。CrC/a-C∶H涂层附着失效主要发在CrC中间层/a-C∶H顶层界面。CrC中间层碳含量影响CrC/a-C∶H涂层的光洁度,相同a-C∶H涂层工艺条件下,光滑涂层具有更好的附着力。