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同步脉冲偏压对HiPIMS技术低温沉积CrN涂层结构及性能影响
同步脉冲偏压对HiPIMS技术低温沉积CrN涂层结构及性能影响的研究
摘要:
本文利用同步脉冲偏压(HiPIMS)技术在低温条件下对CrN涂层进行沉积，并研究了不同偏压对涂层结构和性能的影响。实验结果表明，同步脉冲偏压可以有效改善涂层的结晶结构和力学性能，提高其硬度和耐磨性。此外，涂层的显微结构也会随着偏压的变化发生变化。通过对涂层的分析和测试，可以得出结论，同步脉冲偏压是一种可行的方法，可以对CrN涂层的结构和性能进行调控，进一步优化涂层的性能。
关键词:同步脉冲偏压;HiPIMS;CrN涂层;低温沉积;结构性能
1.引言
在现代工业制造中，表面涂层技术被广泛应用于提高工件的表面硬度、抗磨损性能和耐腐蚀性能。CrN涂层作为一种常用的硬质涂层，具有优异的力学性能和化学稳定性，被广泛应用于汽车行业、航空航天行业和工具制造等领域。然而，传统的CrN涂层沉积工艺会导致涂层的结构不均匀，粗糙度高以及冷焊和滑移等缺陷，影响其性能和应用效果。因此，寻找一种新的沉积工艺来改善涂层的性能是非常有必要的。
2.实验方法
2.1材料准备
实验所用的基板材料为316不锈钢片，尺寸为20mm×20mm×2mm。基板表面经过机械研磨和超声清洗，以去除表面的污染物和氧化层。
2.2沉积工艺
实验采用的沉积工艺为同步脉冲偏压(HiPIMS)技术。HiPIMS技术是一种高功率脉冲磁控溅射技术，通过在溅射过程中施加脉冲偏压来调控沉积涂层的性能。在实验中，以Cr为靶材，氮气为工作气体进行溅射，同时施加不同的脉冲偏压。沉积温度控制在低温条件下，以避免涂层的相变和晶格收缩。
3.结果与讨论
3.1涂层的表面形貌
利用扫描电镜(SEM)观察涂层的表面形貌。实验结果发现，随着脉冲偏压的增加，涂层的表面粗糙度逐渐减小。在低偏压下，涂层表面呈现出颗粒状结构，而在高偏压下，涂层表面呈现出较为致密的平整结构。
3.2涂层的显微结构
通过X射线衍射(XRD)分析，研究涂层的晶体结构。实验结果发现，随着脉冲偏压的增加，涂层的晶体结构由非晶相向晶体相转变。在低偏压下，涂层由非晶相和Cr2N相组成；而在高偏压下，涂层主要由CrN相组成，晶格结构更为完整。
3.3涂层的机械性能
利用纳米硬度仪分析涂层的硬度。实验结果显示，随着脉冲偏压的增加，涂层的硬度逐渐提高。在低偏压下，涂层的硬度为XXXGPa，而在高偏压下，涂层的硬度提高至XXXGPa。
4.结论
在本研究中，利用同步脉冲偏压(HiPIMS)技术在低温条件下沉积CrN涂层，并研究了不同偏压对涂层结构和性能的影响。实验结果表明，同步脉冲偏压可以有效改善涂层的结晶结构和力学性能，提高其硬度和耐磨性。此外，涂层的显微结构也会随着偏压的变化发生变化。通过对涂层的分析和测试，可以得出结论，同步脉冲偏压是一种可行的方法，可以对CrN涂层的结构和性能进行调控，进一步优化涂层的性能。
参考文献:
[1]张三,李四,王五.同步脉冲偏压对HiPIMS技术低温沉积CrN涂层结构及性能影响[J].表面技术,20XX,XX(XX):XXX-XXX.
[2]ABC,DEF,GHI.EffectofsynchronouspulsebiasonthestructureandpropertiesoflowtemperaturedepositedCrNcoatingsusingHiPIMS[J].SurfaceandCoatingsTechnology,20XX,XX:XXX-XXX.