直流溅射沉积CrAlN和CrN薄膜微观结构与摩擦性能分析研究（英文）

任兴润¹，黄柱¹，刘美霞¹，羊建高^2,3，陈颢^1,2,3

1. 江西理工大学2. 钨资源高效开发及应用技术教育部工程研究中心3. 中南大学

摘 要：采用直流反应溅射在304不锈钢表面沉积CrAlN和CrN薄膜。利用X射线衍射仪（XRD）,扫描电子显微镜（SEM）,X射线光电子能谱仪（XPS）,原子力显微镜（AFM）等表征Al元素的加入对CrN薄膜成分与组织结构的影响。采用摩擦磨损试验机和3 mm的Si₃N₄作为对偶球测试其在不同环境下的摩擦性能,并利用Nanomap 500LS三维轮廓仪表征磨痕轮廓。研究结果表明,CrN薄膜主要物相是CrN和Cr₂N相,CrAlN薄膜主要物相是CrAlN和Cr₂N相。CrN薄膜的（200）晶面的CrN相呈择优取向,而CrAlN薄膜的（200）晶面的CrAlN相也呈择优取向。在CrAlN沉积的过程中,部分的Cr原子被Al原子替代形成有利于细化晶粒和提高薄膜的综合性能。因此,在所有的实验环境中,CrAlN薄膜都比CrN薄膜具有更好的抗磨损性能和低的磨损率。

关键词：磁控溅射;CrAlN薄膜;CrN薄膜;显微结构;摩擦性能;