ZrN 薄膜是一種新型的結(jié)構(gòu)材料，它不但硬度高、熔點(diǎn)高、化學(xué)穩(wěn)定性好，而且具有金黃色金屬光澤，在機(jī)械加工、電子和光學(xué)方面都有廣泛的應(yīng)用。正是由于ZrN 薄膜具有如此優(yōu)異的綜合性能，ZrN 薄膜的制備、性能和理論方面的研究一直受到人們的關(guān)注。

　　常用于制備氮化鋯薄膜的方法有磁控濺射法、電弧離子鍍法、化學(xué)氣相沉積法、離子束沉積法，脈沖激光沉積法等，其中磁控濺射屬于低溫沉積工藝，在低溫下就能沉積性能優(yōu)良、膜層均勻及附著力好的氮化鋯薄膜。近年來，V.Kouznetsov 等人提出了高功率脈沖磁控濺射（highpower pulsed magnetron sputtering）技術(shù)，解決了傳統(tǒng)磁控濺射濺射材料離化率低、粒子可控性差等問題。它采用的峰值功率是普通磁控濺射的100 倍，其等離子體密度可達(dá)1018 m- 3 以上，濺射材料離化率最高可達(dá)90%以上，且這個(gè)高密度的離子束流中不含大顆粒。經(jīng)過國內(nèi)外學(xué)者多年的研究與發(fā)展，已經(jīng)逐漸被認(rèn)能夠制備光滑、致密，性能優(yōu)異薄膜的新方法。目前，HPPMS 技術(shù)廣泛的被用來制備CrxN、Ti- Si- C、nc- (Ti,Al)N/a- Si3N4 等硬質(zhì)薄膜，制備的薄膜光滑致密，并表現(xiàn)出杰出的硬度、耐磨性及耐腐蝕性，并作為一種提高結(jié)合力的預(yù)處理工藝得到廣泛研究。但是目前采用高功率復(fù)合脈沖磁控濺射技術(shù)制備ZrN 薄膜的研究還未見報(bào)道。

　　本文采用高功率復(fù)合脈沖磁控濺射技術(shù)在不銹鋼基體上制備了ZrN 薄膜，通過對(duì)比DCMS制備的ZrN 薄膜，發(fā)現(xiàn)其更平整光滑、致密，缺陷較少。此外，研究了不同的Ar/N 對(duì)薄膜耐磨耐蝕性的影響，發(fā)現(xiàn)制備的薄膜具有很高的硬度，較好的耐磨性及耐腐蝕性。

3、結(jié)論

　　本文采用高功率復(fù)合脈沖磁控濺射的方法在不銹鋼基體上制備了ZrN 薄膜，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)制備的ZrN 薄膜表面平整光滑、致密，無大顆粒，晶粒尺寸較小；薄膜主要以ZrN(111)和ZrN(220)兩個(gè)晶面競相生長，并表現(xiàn)出多晶面共同生長的現(xiàn)象。薄膜具有很高的硬度，最高達(dá)33.1 GPa，摩擦系數(shù)小于0.2，腐蝕電位比基體提高0.27 V。隨N2 流量的不斷增加，薄膜的耐磨性出現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，而薄膜的腐蝕電位提高，腐蝕電流降低，表現(xiàn)出較好的耐腐蝕性能。

　　【作者】 吳忠振； 田修波； 段偉贊； 鞏春志； 楊士勤；

　　【Author】 WU Zhong-zhen,TIAN Xiu-bo,DUAN Wei-zan,GONG Chun-zhi,YANG Shi-qin(State Key Lab.of Advanced Welding Production & Technology,Harbin Institute of Technology, Harbin 150001,China)

　　【機(jī)構(gòu)】 哈爾濱工業(yè)大學(xué)現(xiàn)代焊接生產(chǎn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；

　　【摘要】 采用高功率復(fù)合脈沖磁控濺射的方法(HPPMS)在不銹鋼基體上制備ZrN薄膜,對(duì)比DCMS方法制備的ZrN薄膜,得出HPPMS制備的薄膜表面更平整光滑、致密,既無空洞、又無大顆粒等缺陷。Ar/N對(duì)薄膜相結(jié)構(gòu)及硬度、耐磨耐蝕等有較大影響。XRD結(jié)果顯示,薄膜主要以ZrN(111)和ZrN(220)晶面擇優(yōu)生長,并呈現(xiàn)出多晶面競相生長的現(xiàn)象。制備的ZrN薄膜的硬度最高可達(dá)33.1 GPa,同時(shí)摩擦系數(shù)小于0.2,耐腐蝕性也有很大提高,腐蝕電位比基體提高了0.27 V,腐蝕電流下降到未處理工件的1/5。存在一個(gè)合適的Ar/N比,使得制備的ZrN薄膜具有較好的耐磨性和耐腐蝕性。

　　【Abstract】 ZrN films were deposited by HPPMS(high power pulsed magnetron sputtering) process on the surface of stainless steel parts as substrate.Compared with the ZrN films deposited by DCMS,the surface of the same films by HPPMS is flatter,smoother and void-free without large-size particles found.The influence of the ratio Ar/N on the phase structure,wear ability and corrosion resistance of the films was obvious.XRD patterns showed that the grains of the films grow mainly toward the preferred orientation ZrN(111) and ZrN(220),and that many crystal planes grow in competition.The films have very high hardness up to 33.1GPa and low friction coefficient less than 0.2.The corrosion resistance is improved that the corrosion potential is increased by 0.27V but the corrosion current is decreased to just 1/5 of the substrate without the film.In the HPPMS process the proper value of the ratio Ar/N makes both the wearability and corrosion resistance of the films higher.

　　【關(guān)鍵詞】 高功率脈沖磁控濺射； 氮化鋯薄膜； 微觀結(jié)構(gòu)； 表面性能；

　　【Key words】 HPPMS； ZrN thin film； microstructure； surface properties；

　　【基金】 國家自然科學(xué)基金(10775036和50773015)