基于HPPUMS技术在不锈钢衬底上制备CrN_x薄膜及其性能研究

【摘要】：近年来,非平衡磁控溅射(UMS)技术已经成为主要的薄膜制备方法之一,涉及了金属材料、陶瓷材料、半导体材料及其他功能性薄膜,涉及的应用领域方面则包括了薄膜的机械应用、电子学应用、磁学应用和光学应用等不同方面。现在,薄膜综合性能的好坏成为了考量薄膜制备技术是否优越的标准之一,由此,高功率脉冲非平衡磁控溅射(HPPUMS)技术应用而生。 高功率脉冲非平衡磁控溅射(HPPUMS)具有很高的离化率,溅射粒子能量大,能够制备出结构致密、较小的表面粗糙度、很强的膜基结合力等综合性能优良的薄膜,因此受到国内外众多学者的关注。本文采用高功率脉冲非平衡磁控溅射(HPPUMS)技术制备了一系列在不同N2流量下的CrNx薄膜,并对薄膜结构及性能进行了研究。 本文利用HPPUMS技术在不锈钢基体上制备CrNx薄膜,分别研究了不同的N2流量对薄膜的沉积速率、微观结构、摩擦系数、显微硬度及耐腐蚀性能的影响。采用台阶仪对薄膜厚度进行测量,并计算出薄膜的沉积速率；X射线衍射仪(XRD)对薄膜的微观结构进行分析,并通过测量衍射峰的半峰宽计算出薄膜的晶粒尺寸；摩擦磨损试验仪及显微硬度仪对薄膜的摩擦系数和显微硬度进行测量；电化学腐蚀系统测试了薄膜的耐腐蚀强度。 研究结果表明,基于HPPUMS技术制备的CrNx薄膜,其沉积速率随N2流量的增大而减小,但整体沉积速率较低,与其他文献中提到的结果一致；薄膜主要由Cr和Cr2N两相构成,随N2流量的增加没有较大变化,由Cr2N(202)衍射峰的半峰宽计算出的晶粒尺寸随N2流量的增大而减小,表明薄膜的质量逐渐变差；薄膜的摩擦系数略大于基体,但总体较小,均在0.15到0.25之间,随N2流量的增加没有显著变化；由于薄膜很薄,导致薄膜硬度不高；薄膜在厚度较小的情况下依然显示出了很强的耐腐蚀性,其腐蚀电位随N2流量的增加而减小。