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利用磁控溅射技术在钛合金制备多层素CrN薄膜的性能

热丝增强等离子体；磁控溅射；多层素CrN薄膜；硬度；耐磨性

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目的 提高钛合金表面硬度，改善其耐磨性，并优化CrN薄膜的制备方法。方法 通过调控基体偏压，采用热丝增强等离子体磁控溅射技术制备CrN薄膜。采用扫描电子显微镜观察薄膜的表面及截面形并用附带能谱仪分析成分，利用X射线衍射仪测定薄膜的相组成，利用划痕仪及超景深显微镜测试膜基结合强度，利用显微硬度计及纳米压痕仪测量硬度，并利用ABAQUS软件模拟薄膜冲击响应，采用球-磨磨损试验机及台阶仪检测耐磨性。结果 基体偏压为-50V时，薄膜表面呈现出较疏松的棱边和棱角；基体偏压为-100V和-50V/-100V周期性改变时，薄膜表面较致密，并且基体偏压为-50V/-100V时，截面呈现出明显的多层结构。随着基体偏压从-50V增加到-100V时，CrN薄膜的择优取向由（111）面向（200）面转变。基体偏压为-50V/-100V周期性改变制备的多层素CrN薄膜膜基结合强度最好，膜基结合力高达68.6N；硬度、弹性模量及耐磨性也优异，400nm处的纳米硬度高达23.7GPa，弹性模量为309.6 GPa，磨损率最低。结论 基体偏压可影响CrN薄膜的择优取向、硬度及耐磨性等性能，在钛合金上制备CrN薄膜可明显提高其硬度及耐磨性，并且通过周期性调节基体偏压大小制备的多层素CrN薄膜性能优于单一基体偏压下制备的薄膜。