目的研究Ti AlN/CrN多層膜及Ti AlN、Cr N單一膜層的微觀組織和電化學(xué)性能區(qū)別,分析不同結(jié)構(gòu)薄膜材料的耐腐蝕性影響因素。基于電化學(xué)參數(shù)、組織結(jié)構(gòu)和腐蝕形貌特征,為開發(fā)新型腐蝕性薄膜提供理論依據(jù)。方法采用多弧離子鍍方法,在316不銹鋼基底上先沉積150 nm Cr薄膜作為過渡層,然后交替沉積Cr N薄膜和Ti AlN薄膜,制備單層厚度為10 nm的Ti AlN/CrN多層膜。作為對(duì)比,制備單一Ti AlN、CrN薄膜。通過SEM、XRD表征薄膜斷面形貌、組織結(jié)構(gòu),并分析耐蝕機(jī)理,結(jié)合極化曲線和阻抗譜對(duì)三種涂層進(jìn)行電化學(xué)性能分析,最后對(duì)涂層進(jìn)行浸泡腐蝕試驗(yàn)。結(jié)果 Ti Al N/Cr N納米多層膜為面心立方結(jié)構(gòu),呈現(xiàn)共格外延生長(zhǎng),且呈（200）擇優(yōu)取向。納米多層膜的動(dòng)電位極化曲線測(cè)量結(jié)果與不銹鋼基體和單層薄膜相比,其腐蝕電位正移為-0.36 V,腐蝕電流密度降低為0.501μA/cm²,極化電阻為120 kΩ·cm²。阻抗譜試驗(yàn)結(jié)果表明,相比較于單層膜和基體,Ti Al N/Cr N多層膜的CPE值最低,為29.83×10^... 

【文章來(lái)源】：表面技術(shù). 2020,49(08)北大核心EICSCD

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【部分圖文】：

三種涂層的XRD測(cè)試結(jié)果

采用多弧離子鍍沉積裝置（Oerlikon Balzers mini），分別在單晶硅片(100)和鏡面拋光后的不銹鋼基體（10 mm×10 mm×6 mm）上沉積TiAlN、CrN單一膜以及調(diào)制周期為20 nm的TiAlN/CrN多層膜。所用靶材為粉末冶金方法制備的Cr和Ti0.5Al0.5合金靶材，工作氣體采用高純N2氣和Ar氣，以N2為反應(yīng)氣體，Ar為濺射氣體，沉積溫度為300℃。裝置配有兩個(gè)圓形陰極弧源，沉積單一薄膜時(shí)放置同種靶材，即TiAlN涂層使用Ti0.5Al0.5合金靶材，CrN涂層使用純Cr靶材，TiAlN/CrN涂層分別放置兩個(gè)靶材，通過控制時(shí)間來(lái)控制膜厚。圖1是多層涂層鍍膜時(shí)的示意圖�；w先用丙酮和無(wú)水酒精清洗10 min，烘干后裝入真空室。預(yù)熱基體至300℃，首先對(duì)基體進(jìn)行鍍膜前的刻蝕清洗，爐腔真空度至1.0 Pa，通入高純Ar氣，基體偏壓150 V，刻蝕靶材電流80 A，清洗時(shí)間20 min；然后進(jìn)行鍍膜，通入高純N2氣，總氣壓保持在3.0 Pa。在沉積TiAlN/CrN納米多層膜前，首先在基體上沉積約150 nm厚的Cr過渡層，以提高薄膜和基體之間的結(jié)合力。通過控制兩個(gè)靶材的燃弧時(shí)間來(lái)調(diào)整膜層厚度。在相同的鍍膜條件下制備單層的TiAlN和CrN涂層作為參考。詳細(xì)的沉積工藝參數(shù)如表1所示。

圖3a為多弧離子鍍制備的單一涂層TiAlN、CrN以及納米多層涂層TiAlN/CrN的掠入射XRD測(cè)試結(jié)果。由圖可知，三種涂層的XRD譜相似，為面心立方結(jié)構(gòu)（face centered cubic,fcc），主要呈現(xiàn)(111)、(200)、(220)和(311)四種晶面的生長(zhǎng)取向。根據(jù)公式(1)，對(duì)涂層的掠入射XRD測(cè)試結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)粉末卡片對(duì)比進(jìn)行織構(gòu)計(jì)算，得出四種晶面的織構(gòu)系數(shù)如圖3b所示。從圖3b可以看出，CrN涂層(111)、(200)晶面的織構(gòu)系數(shù)大于1，說(shuō)明擇優(yōu)取向?yàn)?111)和(200)，其中(200)晶面生長(zhǎng)更快。TiAlN涂層具有(111)擇優(yōu)取向，對(duì)于B1晶格結(jié)構(gòu)材料，(200)晶面具有最低能[14]，但是對(duì)于TiAlN涂層不是擇優(yōu)取向。這是由于Al原子占據(jù)TiN晶格中Ti原子的位置引起晶格畸變，為了緩解晶格畸變，晶格的生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰扛叩?111)晶面。而TiAlN/CrN納米多層涂層中，TiAlN涂層的生長(zhǎng)不斷地受到CrN涂層的打斷，導(dǎo)致涂層的界面能量密度提高，原子擴(kuò)散到能量較低的位置上形核長(zhǎng)大，從而表現(xiàn)出(200)面擇優(yōu)生長(zhǎng)。圖3 三種涂層的XRD測(cè)試結(jié)果

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[2]多弧離子鍍沉積Ti/TiN多層薄膜的摩擦磨損及電化學(xué)性能[J]. 史鑫,戴劍鋒,吳貴智,張廣安,陳建敏.  中國(guó)表面工程. 2016(03)
[3]Nanoindentation analysis of TiN,TiAlN,and TiAlSiN coatings prepared by cathode ion plating[J]. KONG DeJun,FU GuiZhong.  Science China（Technological Sciences）. 2015(08)



本文編號(hào)：3258568