Si含量对CrSiN涂层结构和性能的影响

摘要

目的在室温条件下,采用物理气相沉积(PVD)磁控溅射沉积方法,通过控制Si靶功率制备具有不同Si含量的CrSiN涂层,以探究Si元素对涂层结构和性能的影响。方法通过X射线衍射、能谱仪测试、纳米压痕测试、维氏硬度压痕测试和摩擦磨损实验,分别评价CrSiN涂层的结构、硬度、韧性和耐磨性能,并通过扫描电子显微镜对压痕形貌进行分析。结果所有CrSiN涂层均呈(111),(200)取向的Na Cl结构。随着Si含量增加,XRD峰呈宽化趋势,晶粒细化效果明显。随Si元素的加入,CrSiN涂层硬度、模量和韧性均呈先增加后降低的趋势。相比Cr N涂层,Si的原子数分数为3.2%时,CrSiN涂层的硬度由21.4 GPa增至35.7 GPa,模量由337.7 GPa增至383.9 GPa,塑性指数由0.5增至0.55,实现了强韧一体化。加入Si元素,CrSiN涂层的耐磨损性能得到改善,且Si的原子数分数为3.2%,磨损率最低,为1.0×10^(-17)m^3/(N·m),提高了约一个数量级。结论 Si元素的加入可以有效改善CrSiN涂层的结构,提高CrSiN涂层的硬度、韧性和磨损性能,但需加入适量的Si,才可实现性能最优化。