Cr CrN多層膜的構(gòu)造及侵蝕性能鉆研(1)
CrN地膜因其存在的良好的機(jī)械性能和抗侵蝕性能劣勢，被寬泛用來切割和成型家伙名義改性，在電弧離子鍍零碎中，基體能夠維持在較高溫度，不僅不會(huì)莫須有資料的機(jī)械性能，同聲可以大幅度普及硬度和耐磨損性能。然而，PVD(電弧離子鍍)步驟制備CrN地膜時(shí)，不行防止的會(huì)場產(chǎn)生應(yīng)力、孔隙、針孔、裂紋等構(gòu)造缺點(diǎn)，重大的莫須有了地膜的抗侵蝕性能。隨著輕工業(yè)技能的進(jìn)一步停滯，必須改善CrN地膜的力學(xué)性能和抗侵蝕性能。最近Jehn下結(jié)論了最近十年改善地膜抗侵蝕性能的步驟。其中，用PVD步驟制備多層構(gòu)造和多相構(gòu)造來改善侵蝕性能是最無意思和最優(yōu)化的技能。
德國鴻儒W.Brandl等和法國鴻儒J.Creus等用化學(xué)鍍Ni作為旁邊層沉積CrN，別離在1moL/LH2SO4溶液和3%NaCl溶液中電化學(xué)測試表明：增添旁邊層后，涂層體系防護(hù)性能顯著普及。同聲證實(shí)運(yùn)用氮化物地膜(如TiN)做過渡層，對普及基體的抗侵蝕性能是毫無心思的：臺(tái)灣鴻儒Yin-Yuchang等經(jīng)過對CrN離子注入Nb元素，生成了Cr-Nb-N相，存在非晶性質(zhì)和化學(xué)惰性，普及了CrN在3%NaCl溶液中的抗侵蝕性能。臺(tái)灣學(xué)S.Han等用鍍銀Cr(6μm)做旁邊層沉積CrN，在3%NaCl溶液中電化學(xué)測試表明：開路電位(OCP)正向挪動(dòng)450mv，沒有旁邊層的CrN僅僅挪動(dòng)了90mv，鍍銀Cr膜作為鈍化層，能夠無效防護(hù)基體。
固然鍍銀Cr、化學(xué)鍍Ni和離子注入都可以普及地膜的抗侵蝕性能，但增多了額定的鍍膜歲序，使不得在真空室內(nèi)一次實(shí)現(xiàn)，同聲失蹤鍍膜無凈化的劣勢，綜合思忖，純非金屬作為旁邊層是一個(gè)很好的停滯位置。思忖CrN硬質(zhì)涂層不僅在大氣條件下運(yùn)用,也可能在侵蝕介質(zhì)條件下運(yùn)用，因而鉆研其侵蝕特點(diǎn)，豈但有實(shí)踐意思,更具實(shí)用價(jià)格。
白文采納電弧離子鍍設(shè)施，在45#鋼基體上制備了兩種調(diào)制比的Cr/CrN多層膜，在綜合了地膜的相構(gòu)造、名義及橫截面形貌的根底上，在模仿淡水中評估其抗侵蝕性能，綜合其侵蝕機(jī)理，探討了Cr旁邊層對CrN地膜的抗侵蝕性能的莫須有。1、試驗(yàn)步驟
基體資料為45#鋼，尺寸為Ф30mm×5mm，合金元素的品質(zhì)(wt.%)：C:0.42～0.50；Cr:≤0.25；Mn:0.50～0.80；Ni:≤0.25；P:≤0.035；S:≤0.035；Si:0.17～0.37。順次采納水砂布逐級磨至1000#，并用0.1μm的金剛熟石膏拋光解決。為去除名義可能的污漬，用低聲波在鹽酸安非拉酮和無水乙醇別離蕩滌10min，水環(huán)式真空泵并用去離子水蕩滌，烘干，隨后放入真空設(shè)施中。
運(yùn)用自行研制的等離子體體-離子束源加強(qiáng)沉積設(shè)施。靶材純度為99.9%的鉻。鍍膜前基體被加熱到150℃，背底真空2×10-3Pa，通入高純氬氣，在1000V直流負(fù)偏壓下對樣品繼續(xù)轟擊，以去除名義吸附的氣體和雜質(zhì)，隨后偏壓維持在-200V，作業(yè)氣壓0.45Pa，負(fù)極弧直流電為75A，掌握氮?dú)馔〝嚅g歇噓氣，制備出5min/10min和5min/15min兩種通斷距離的Cr/CrN多層地膜，以次簡稱為Cr/CrN(5/10)和Cr/CrN(5/15)，沉積工夫均為120min。
采納島津XRD-6000X射線衍射儀對膜層相構(gòu)造繼續(xù)綜合，儀器參數(shù)為：CuKα，電壓40.0kV，直流電30.0mA，掃描步長0.02°；利用JSM-5600LV掃描電子顯微鏡(SEM)對地膜名義形貌繼續(xù)了綜合；用EPMA-1600型電子探針繼續(xù)成份綜合。在3.5%的NaCl溶液中，采納M273A恒電位/恒直流電儀測量零碎，直固定電位格式，飽和甘汞電極(SCE)用作參比電極，鉑電極用作輔助電極測定膜層的電化學(xué)性能，試樣名義積為1cm2，先測出試樣穩(wěn)固后的自侵蝕電位，再以60mV/min的進(jìn)度繼續(xù)陽極極化掃描，電位掃描規(guī)模從-700mV到1200mV。2、構(gòu)造與探討2.1、地膜相構(gòu)造綜合
利用X射線衍射儀綜合CrN膜層相構(gòu)造，衍射圖譜如圖1所示，兩種工藝條件制備的Cr/CrN多層膜重要是由CrN(f.c.c)、Cr2N(hex)、Cr(b.c.c)組成，真空機(jī)組以Cr2N(111)為擇優(yōu)取向，Cr衍射峰的涌現(xiàn)歸功于表層以次Cr旁邊層的存在，根據(jù)真空技能網(wǎng)的文獻(xiàn):在Cr-N二元地膜體系中，Cr2N相的硬度是很高的，而Cr相硬度絕對較低，存在細(xì)致晶粒構(gòu)造的Cr2N和Cr兩相物質(zhì)的地膜在侵蝕和附著條件下存在優(yōu)異的性能。與單層CrN地膜相比可知：固然多層沉積并不行以改觀膜層的擇優(yōu)取向，然而有可能改觀膜層的性能。
圖1Cr/CrN多層膜的X射線衍射圖譜2.2、Cr/CrN多層膜的形貌
圖2為Cr/CrN(5/10)膜層的掃描電鏡形貌圖像，能夠視察到地膜名義存在電弧離子鍍特有的大顆粒，除此之外名義平坦致密；圖3中EPMA綜合后果預(yù)示：Cr元素與N元素成份對應(yīng)起伏穩(wěn)定，地膜的調(diào)制構(gòu)造為Cr層-過渡層-CrN層的“三明治”構(gòu)造，這與工藝親密有關(guān)。在沉積多層膜的內(nèi)中中，采納了較高的偏壓，Cr離子在向基體名義靜止的內(nèi)中中失掉了很高的能量，從而對成長名義產(chǎn)生了較強(qiáng)的離子轟擊，地膜沉積內(nèi)中中使得名義原子團(tuán)級聯(lián)碰撞，引發(fā)原子團(tuán)放散，從而招致Cr與CrN之間存在一富Cr的過渡層。另外因?yàn)椴杉{通葬送氣的形式，當(dāng)沉積Cr層時(shí)，固然氮?dú)庀鄬νＡ羲腿�，然而因�(yàn)檎婵帐覂?nèi)氮?dú)夂恐芷谛宰冞w，也會(huì)招致過渡層的涌現(xiàn)。膜層薄厚大概11μm(8對層)。
另外，對樣品名義繼續(xù)電子探針成份綜合(×500)表明：無論單層CrN地膜，還是Cr/CrN多層膜，N原子團(tuán)含量為28.5%，Cr原子團(tuán)含量71.5%，N/Cr原子團(tuán)比約為0.39，遠(yuǎn)小于CrN中N/Cr原子團(tuán)比，而瀕臨Cr2N的化學(xué)計(jì)量比，表明膜層構(gòu)造是以Cr2N為重要相，這與XRD的后果相吻合。從之上綜合后果表明：咱們所制備的Cr/CrN多層地膜，是以Cr2N(111)為擇優(yōu)取向，含有大批的CrN；存在Cr層-過渡層-CrN層的“三明治”調(diào)制構(gòu)造；與45#鋼基體一起形成了一個(gè)膜層防護(hù)體系(substrate+Cr/CrN)。
圖2Cr/CrN（5/10）多層膜的名義形貌（SEM）圖3Cr/CrN（5/10）多層膜橫截面元素散布（EPMA）
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