基体偏压对高功率脉冲磁控溅射CrN薄膜结构及阻氢性能的影响

摘要

氢在金属材料中主要做原子扩散,而在陶瓷材料中主要做分子扩散,因此渗透率相对于金属材料比较低,因此可以通过在金属材料表面溅射一层陶瓷薄膜,降低氢的扩散系数,从而起到保护基体材料的效果。本文采用高功率脉冲磁控溅射技术在316L不锈钢基体上溅射CrN薄膜。Cr靶外加直流复合脉冲式HiPIMS电源,控制基体偏压分别为100、200、300和400V,时间为60 min,四组CrN薄膜的渗氢抑制率均超过75%,最高可达94.8%,氢原子扩散系数最高可比316L不锈钢基体低3个数量级。此外,针对高温时氮化物薄膜会因为发生氧化反应生成其他化合物而导致薄膜阻氢性能下降的问题,本文在600℃、纯氧气气氛下验证薄膜的高温抗氧化性。结果表明本文制备的CrN阻氢薄膜在相同条件下氧的增重量仅为316L不锈钢基体的50%,本身具备优良的抗氧化性能。