电弧离子镀CrSiN薄膜的内应力控制与厚膜化

采用电弧离子镀技术在不锈钢SUS440C基片上沉积了CrSiN薄膜,并在此基础上通过引入Cr应力缓和层制备了CrSiN/Cr多层薄膜,研究了Cr应力缓和层对缓解CrSiN薄膜内部应力、增强膜基结合力、提高薄膜沉积厚度的作用。利用X射线衍射仪及sin2ψ法测试计算了薄膜的内部应力、采用扫描电镜及透射电镜观察了薄膜的显微结构,采用微米划痕仪测试了膜基结合强度。结果表明:20～30 nm极薄Cr层的导入,缓解了CrSiN薄膜内部应力的积累,降低了薄膜整体的内部应力,选择合适的Cr层数,最大可降低内部应力1/2。CrSiN/Cr多层膜仍保持了原有的连续柱状晶生长模式,CrSiN层与Cr层间,界面完整清晰,Si-N非晶部分缓解了CrSiN中CrN晶格与Cr层中Cr晶格间的失配,使得层间结合紧密牢固。划痕仪测试结果表明膜基结合强度与薄膜内部应力呈现出高度的相关性,Cr应力缓和层的导入改善了薄膜的膜基结合力、提高了薄膜可沉积厚度。

CrN和CrSiN薄膜在不同介质下的摩擦学性能

采用中频非平衡反应磁控溅射法在单晶硅P(111)和不锈钢(304SS)基材上制备CrN和CrSiN薄膜;利用球-盘式摩擦磨损试验机(CSM)考察2种薄膜在不同介质(空气、去离子水、质量分数3.5%NaCl溶液)中和WC/Co球对摩的摩擦学性能。结果表明:大气环境下,CrN与CrSiN薄膜的磨损机制主要是磨粒磨损;水润滑下,CrN薄膜主要因机械抛光作用,CrSiN薄膜主要因摩擦化学反应,使得摩擦因数减小;在3.5%NaCl溶液中CrN薄膜易被腐蚀,由于NaCl颗粒析出以及涂层接触区域的腐蚀和磨损产物,作为第三体的润滑作用,导致摩擦磨损发生明显变化,而CrSiN薄膜不易被腐蚀,主要因摩擦化学反应,使得摩擦磨损性能发生显著变化。