开启磁场非失调磁控溅射偏压对CrN镀层附着学性能莫须有
采纳TeerUDP650型闭合场非失调磁控溅射离子镀设施沉积CrN镀层,经过调变偏压失掉相反构造和性能的CrN镀层。尝试用划痕法测定了镀层联合强度、用球-盘步骤测定了镀层附着系数和比磨损率、用压入法评估镀层韧性,硬度测试在维氏硬度计上继续。试验后果表明,随着溅射偏压的升高,离子速流普及,偏压过低或过高均使沉积速率上升,-50V～-70V偏压时沉积速率根本维持稳固。CrN镀层的硬度随偏压的升高而升高,但随同着韧性的上升。高偏压下沉积的镀层附着系数呈上升趋向,偏压在-40V～-70V间制备的镀层对磨WC球时简直不磨损,但当偏压从-70V普及到-80V时,磨损显然加深。
与轻工业利用最早的TiN硬镀层相比,CrN镀层因为Cr元素和钢中Fe的亲和力比Ti高,有可能进一步普及膜基联合强度;Cr与氧的亲和力比Ti低,可能普及镀层抗氧化威力,同声CrN硬度固然比TiN低,但韧性可能高,CrN不如TiN脆,也使得镀层内应力低,从而能够制备薄厚较大的镀层,Cr和氮低亲和力也可普及靶抗酸中毒性能。诸多的长处使CrN镀层失掉了越来越宽泛的利用。
相反制备步骤失掉CrN镀层的性能存在较大的差异,泛滥文献对CrN镀层的组成、宏观构造、硬度和致密度及附着学性能与镀层沉积步骤和工艺参数间的关系继续了较为详尽的钻研。R.Hoy等的钻研后果觉得随偏压的升高,CrN镀层硬度和致密度普及,偏压小于-50V时,离子能量和束流均很小,但胜于-50V后因存在二次等离子体而使得内应力显然上升。J.J.Olaya觉得非失调磁控溅射沉积CrN镀层时,脉冲偏压能量对Cr/N比无莫须有,强加-100V偏压时,CrN镀层呈显然的(200)取向,但镀层晶粒尺寸有所长大,镀层的硬度和耐蚀性普及了。JyhWeiLee也发现了偏压对硬度莫须有显然,-290V时硬度普及到20GPa,取向从(111)向(200)转变,但偏压对联合力无显然莫须有,有无偏压时镀层联合强度均较高。MinJ.Jung觉得钢基体上CrN镀层在100V偏压时取向由(200)变为(220),但在玻璃和Si基体上镀层取向不随偏压而变迁;E.Forniés等钻研了偏压对CrN镀层磁控溅射沉积速率、镀层构造、硬度以及耐磨性的莫须有,后果表明偏压过高时,会所以离子束流能量太高而导致二次溅射。同声高N2流量条件下也可能因靶酸中毒而导致沉积速率上升。还发现偏压增多,镀层构造由柱状晶变为等轴晶,硬度普及,N2高流量时磨损率会上升。S.Ortmann1的钻研后果指出,无偏压时CrN呈多孔型构造,各柱状晶间彼此金鸡独立;偏压升高到-150V后柱状晶被显然压致密了,而且涌现了多面体构造,晶粒尺寸约50nm,并涌现类针状构造,偏压接续普及到-300V后晶粒长大到250nm-300nm,此时镀层名义变得毛糙。
上述文献在偏压对CrN镀层的致密度、晶粒度和取向、以及硬度、耐蚀性等获得了一些钻研成绩,然而尝试后果也不甚统一,对镀层韧性和附着学性能钻研波及不多,而该署性能对镀层的轻工业利用起到要害作用。白文利用闭合磁场非失调磁控溅射零碎制备了相反偏压条件下的系列镀层,综合钻研偏压对镀层沉积速率、联合强度、硬度和附着系数、磨损率以及镀层韧性的莫须有法则,为该类镀层的轻工业利用提供实践根据。1、试验步骤
用TeerUDP550型非失调磁控溅射离子镀零碎制备CrN镀层,试样基体为M42高速钢圆片和(100)单晶硅片,钢质基体名义用1μm金刚石研磨抛光,用来镀层薄厚、附着系数、比磨损率测试,在硅片试样上采纳压入法测定四角裂纹长短以直接评估镀层韧性。所有试样装置在同一个能够三轴转动的试样架上。镀膜时背底真空度2.7×10-3Pa,作业气压4×10-1Pa,Cr靶输出功率214kW,氩气旋量10sccm。镀膜内中中经过检测靶名义溅射原子团激起时产生的辉光强弱来调节反响气体N2的流量,以维持等离子体体中溅射粒子数的静态恒定,从而达成准确掌握镀层成份的目标。尝试中靶名义辉光绝对强度用OEM值表征,假如未通入反响气体(本试验反响气体为N2)时,靶名义溅射离子某跨度的辉光强度为100%,当通入定然流量的反响气体结束沉积后,靶名义溅射离子该跨度的辉光强度因全体溅射离子与反响气体反响生成了复合物而将升高到定然值,此值即界说为OEM值。CrN镀层沉积时OEM值设置为60%恒定一成不变,经过改观基体脉冲偏压大小曲节离子对镀层成长时的轰击强度,调变镀层组织构造以及性能,脉冲偏压效率250Hz,脉冲幅度500ns。相反镀层样品的沉积参数如表1。
表1 镀层工艺及地膜薄厚
用球坑仪测量镀层薄厚。在MH-5型显微硬度计用努氏压头测定镀层硬度,压入载荷25g。用英国Teer公司研制的ST2200划痕仪定量测量镀层的联合强度,载荷从10N加到85N,滑行进度10mm·min-1。用POD2I型球盘附着磨损尝试测定镀层附着系数,并在磨损轨迹上做球坑以确定镀层的比磨损率SWR(Specificwearrate),附着配副为直径5mm的WC26%Co球,载荷20N,绝对附着进度200mm·s-1,附着工夫30min。镀层韧性采纳在硅片试样上用维氏压头在定然载荷下压入后,测定压坑四角裂纹总长的步骤来直接评估。2、试验后果2.1、相反偏压下偏压直流电和沉积速率的变迁
图1为CrN地膜在非失调磁控溅射沉积中的基体偏压和偏压直流电的关系。因为镀膜内中中采纳了相反的三轴转举动业台,试样单位、形态一成不变,因而能够觉得整个负极(作业台)名义积定然,那样就用偏压直流电直接评估试样名义失掉的离子轰击束流密度。后果表明,普及基体偏压,离子束流逐步增多,但随着偏压的进一步增多,离子束流增多进度逐步减慢。从图1中相反偏压下镀层的沉积速率变迁曲线可见,普及基体偏压,结束时沉积速率呈上升趋向,-50V～-70V偏压沉积速率根本稳固,接续增多偏压又结束上升。
图1 偏压直流电,沉积速率和偏压关系曲线 图2 偏压对CrN镀层联合强度莫须有2.2、偏压对镀层联合强度的莫须有
图2的镀层联合强度随偏压的变迁法则表明,强加-40V～-50V偏压时镀层联合强度很好,临界载荷均达成85N,偏压胜于-50V后结束涌现划痕边缘剥落景象(见图2上方划痕轨迹照片),然而即便
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