氮气流量对热丝增强等离子体磁控溅射制备CrN_x薄膜组织结构与性能的影响

采用热丝增强等离子体磁控溅射技术在SKD61钢基体上制备了CrN_x薄膜,并分析研究了不同氮气流量对薄膜相结构、组织形貌、粗糙度、厚度、耐磨性、膜基结合力以及纳米硬度和弹性模量的影响。结果表明:在较宽的氮气流量变化范围内可制备出厚度均匀、结构致密、高硬度及高耐磨性的CrN_x薄膜。随氮气流量增加,薄膜由Cr2N及CrN双相组成转变为CrN单相。由于复杂相及相取向的存在,氮气流量为90 mL/min的CrN_x薄膜内应力最大,膜基结合力最低。CrN_x薄膜使SKD61钢的纳米硬度、弹性模量及耐磨性能均大幅提高,最高纳米硬度及弹性模量分别达36 GPa,477 GPa。通过对材料韧性的综合评价,氮气流量为75 mL/min条件下所制得的以Cr_2N相为主的薄膜的韧性最佳。