电弧离子镀氧化铬涂层的组织结构及硬度.pdf

第39卷第9期仓属学玫、1．39NO．9
2003年9月979_983页ACTAMETALLURGICASINICASept．2003PP．979-983

电弧离子镀氧化铬涂层的组织结构及硬度木

纪爱玲汪伟宋贵宏汪爱英孙超闻立时
(中国科学院金属研究所，沈阳110016)

摘要采用电弧离子镀方法在不锈钢基体上沉积Cr203薄膜．研究了氧流量和脉冲偏压对薄膜相结构、沉积速率、表面形
貌、薄膜硬度的影响．结果表明，氧流量和脉冲偏压对薄膜的相结构有较大的影响．在氧流量为130cm／s、脉冲偏压为一100
V时，出现Cr203{001}面择优取向；氧流量增高，脉冲偏压增大时，薄膜的表面形貌得到改善；在脉冲偏压为-200V、氧
流量为130cms时，可获得符合Cr203化学计量比的薄膜，其硬度达到36GPa．

关键词Cr203薄膜，电弧离子镀，组织结构，脉冲偏压
中圈法分类号TG174．44，TGl13．2文献标识码A文章编号0412-1961(2003)09-0979-05

MICRoSTRUCTUREANDHARDNESSoFCHRoMIUM
oXIDECoTINGSBYARCIoNPLTING

J／Ailing，WANGWei,SONGGuihong，WANGAiying，SUNChao，WENLishi
InstituteofMetalResearch，TheChineseAcademyofSciences，Shenyang110016
Correspondent：JIAiling，Tel：[phone]，Fax：[phone]，E-mail：[e-mail]
Manuscriptreceived2002-12-02，inrevisedform2003-02-20

ABSTRAcTChromiumoxidethinfilmwasdepositedonstainlesssteelbyarcionplatingrAIP)．
Theefectsoftheflowrateofoxygenandpulsebiasvoltageonthestructure．depositionrateandthe
surfacemorphologyofthinfilmwerestudied．ThemicrohardnessofthinfilmWasmeasuredatdiferent
pulsebiasvoltage．TheresultsshowthattheCr2o3filmhas{001}planetextureattheoxygenflow
rateof130am／sandabiasvoltageof一100V．Thehighertheoxygenflowrateandbiasvoltage．the
lessthebigparticlesinthethinfilm．StoichiometricCr2O3thinfilmobtainedatoxygenflowrateof
130am／sandabiasvoltageof一200Vhasanoptima1hardnessvalueupto36GPa．
KEYWoRDSCr2O3thinfilm，arCionplating，microstructure，pulsebiasvoltage

在所有矿物和氧化物中，Cr203是硬度较高的材料高、沉积速度快、膜层厚度均匀、靶位置不受限制、绕镀
之一【lJ．它具有极好的化学稳定性、抗高温性能、摩擦性好、工艺参数易于调节等优点，已广泛应用于工业生产
系数小等特点，可作为微电子器件的阻挡层和磨损器件的中【J．目前利用电弧离子镀法制备Cr203薄膜的研究
保护层【引．以前研究结果表明，Cr203薄膜耐磨性较少．
能好、摩擦系数低【4j’但硬度低于Cr203块体．最近几本文利用电弧离子镀方法在不锈钢基体上沉积
年，Bhushan等利用溅射法制备200am厚的缺氧Cr203薄膜．着重研究氧气流量和脉冲偏压对薄膜的
Cr203薄膜，其硬度值最高为29．5GPa．Phones等【5J组织结构的影响，初步研究了偏压对Cr203薄膜硬度的
利用溅射法制备出2m左右厚的Cr203薄膜，其硬度影响．
值最高达到32GPa．但是，所得薄膜多呈非晶结构，热
1实验方法
处理后，部分Cr203膜晶化．
现行制备Cr203薄膜的方法主要有溅射法[6-9j、本实验所用薄膜是在MIP-8-800型电弧离子镀膜机
CVD法[10,11】以及等离子喷涂热分解法【】．电弧离子上制备的，阴极靶材为金属Cr(99％)．基体为15一mm×
镀(AIP)是在蒸镀和溅射镀膜技术的基础上逐步改进和10mmx2mm的18-8不锈钢．经金相砂纸研磨抛光，
发展起