三靶共溅射纳米复合Cr-Al-Si-N涂层的制备及摩擦学性能研究

作者：王铁钢; 蒙德强; 李柏松; 赵彦辉; 刘艳梅; 姜肃猛

来源：表面技术, 2019, 48(09): 78-86.

DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.09.007

• 高功率脉冲磁控溅射
• 脉冲直流磁控溅射
• 三靶共溅射
• 纳米复合涂层
• Cr-Al-Si-N涂层
• N2/Ar流量比
• 临界载荷
• 摩擦系数
• 磨损率

目的利用高功率脉冲磁控溅射技术离化率高、溅射离子能量高等优点,在Cr-Al-N涂层中添加Si元素研制a-Si3N4包裹nc-(Cr,Al)N的纳米复合涂层,通过改变反应沉积时的N2/Ar比来调控涂层成分与结构,实现纳米复合Cr-Al-Si-N涂层性能优化。方法采用高功率脉冲与脉冲直流复合磁控溅射技术制备Cr-Al-Si-N涂层。利用扫描电镜、X射线衍射仪、能谱仪、应力仪、纳米压痕仪、划痕测试仪和摩擦试验机,研究N2/Ar比对涂层成分、结构、力学性能以及摩擦学行为的影响。结果涂层主要由面心立方结构的Cr N与AlN相组成,且沿(200)晶面择优生长。当N2/Ar流量比为3∶1时,涂层与基体结合最好,临界载荷约为36.5 N;摩擦系数和内应力较低,分别为0.5和-0.48 GPa。当N2/Ar流量比为4∶1时,H/E值和H3/E*2值升至最高,分别为0.11和0.24GPa,磨损率最低,约为1.9×10-4μm3/(N·μm)。结论当N2/Ar流量比为4∶1时,三靶共溅射制备的Cr-Al-Si-N涂层硬度较高,耐磨性能最好。

• 单位
  中国科学院金属研究所; 天津职业技术师范大学