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不锈钢表面纳米多层镀膜技术应用
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佳达

时间 : 2020-08-24 23:10 浏览量 : 1

 在钢制工件表面,特别是不锈钢工件上形成耐磨耐腐蚀和抗氧化涂层的传统方法是在表面镀硬铬,但电镀过程中产生的六价铬会严重污染环境 CrN(氮化铬)涂层具有硬度高,韧性好,耐磨性好,内应力低,抗氧化性能好,耐腐蚀性好,化学稳定性好等优点。

 与一般 TiN 涂层相比,摩擦系数较低,耐腐蚀性较好,耐磨性和抗冲击性良好。阴极电弧离子镀具有高的靶电离率和强的膜基键合力的优点,但是在沉积过程中产生了许多大颗粒,这影响了膜的表面粗糙度。磁控溅射具有成膜粗糙度小,无大颗粒,光滑均匀的特点。然而,反应磁控溅射具有高反应性气体或金属靶的电离率,并且所获得的膜往往具有许多空隙和缺陷,这倾向于导致不充分和致密的膜结构和差的耐腐蚀性。目前,两种技术主要用于去除大颗粒污染。第二种是在运输过程中对液体颗粒进行磁过滤。过滤阴极真空电弧沉积是一种磁场,引导等离子体绕过障碍物,而大颗粒由于电中性而与障碍物碰撞,从而去除大颗粒并避开薄膜。然而,磁过滤真空阴极电弧沉积涂层效率低的技术缺陷限制了其商业化和应用;而且,未彻底过滤的大颗粒容易被管壁反弹,从而导致靶和腔的污染。 最近的研究表明,通过高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)沉积制备的 CrN 涂层更致密,更均匀和更光滑。HIPIMS 技术是一种磁控溅射技术,它使用高脉冲峰值功率和低脉冲占空比来产生高溅射金属电离率。同时,HIPIMS 的峰值功率约为 1000-3000W/cm2,是普通磁控溅射的 100 倍。HIPIMS 的低能离子束电流可以提高沉积原子的表面扩散 能力,提高涂层的致密性和均匀性;同时,离子轰击可以促进沉积原子的重复成核和再结晶,从而抑制柱状晶粒渗透到涂层中,促进晶粒细化,并改善涂层性能。HIPIMS 的问题是涂层的沉积速率大大降低。

 纳米多层镀膜技术研究进展 近年来,多层膜技术,特别是纳米多层膜技术,由于其综合性能如硬度和韧性而备受关注。与单层薄膜涂层相比,多层薄膜涂层具有以下优点:首先,多层涂层可与基材形成良好的粘合。形成如 Ti/TiN/TiC、Cr/CrN 等多层膜涂层体系;其次,多层薄膜涂层可以获得不同的涂层材料的功能组合,例如,使用中间层来改善涂层支撑力,热稳定性等,通过顶层薄膜提供高硬度或润滑抗磨损性能在多层膜系统中存在平行于基板表面的多个界面,其可以有效地抑制裂缝的产生和膨胀,匹配涂层的硬度和韧性,并获得适度的残余应力水平。从而提高涂层整体力学性能。此外,纳米多层薄膜涂层还具有“应力阻挡”效应,可有效降低涂层外表面和次表面的应力,从而提高其承载能力。 为了改善二元金属氮化物膜的性能,将多种元素添加到二元膜中以制备多组分硬质金属氮化物膜。

 特别近年来,已经发现在 CrN 基膜中掺杂 C, Al 和 Si 可以极大地改善诸如基于 CrN 的高温抗氧化性,耐磨性和水润滑性的机械性能。现有(Cr, Al)N 薄膜的制备方法主要是基于传统的离子镀工艺,重点关注抗摩擦和耐磨性的微观机理以及 Al, Si 或 C 元素的掺杂效应,尤其是此外,虽然现有的(Cr,Si)N 薄膜的制备方法已经在离子镀复合工艺中得到了研究,但它仍然专注于解决(Cr,应用 Si)N 薄膜的力学性能


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