N掺杂对磁控溅射Ta涂层微观结构与耐磨损性能的影响

杨莎莎^1,2，杨峰³，陈明辉⁴，牛云松¹，朱圣龙¹，王福会⁴

1. 中国科学院金属研究所2. 中国科学技术大学材料科学与工程学院3. 沈阳理工大学装备工程学院4. 东北大学沈阳材料科学国家研究中心东北大学联合研究分部

摘 要：采用磁控溅射技术,以AISI304不锈钢为基体,通过在溅射过程中引入不同流量的N2,制备出不同程度N掺杂的Ta涂层,研究了少量N掺杂对Ta涂层微观结构、物相组成、力学及磨损性能的影响。结果表明,无N掺杂时,Ta涂层中的物相组成为α-Ta,晶粒粗大,（211）和（110）晶面竞争生长;N掺杂后涂层中的物相组成为TaN0.1,晶粒细小并呈（110）择优取向。少量N掺杂可以显著提高Ta涂层的硬度和弹性模量,并大幅度改善其抗磨损性能。涂层硬度和弹性模量的提高与晶粒细化、N原子固溶及涂层中存在的压应力有关。N掺杂后涂层的磨损机制由磨粒磨损向黏着磨损转变。

关键词：Ta涂层;磁控溅射;N掺杂;磨损;