磁控溅射在镁合金表面处理中的应用

铸造技术

ＦＯＵＮＤＲＹＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶ０１．２７ＮＯ．４Ａｐｒ．２００６

磁控溅射在镁合金表面处理中的应用

王雪敏，曾小勤，吴国松，姚寿山

（上海交通大学轻合金精密成型国家工程中心，上海２０００３０）

摘要：采用磁控溅射制备的合金表面膜层具有防腐蚀性能优异、耐磨性强等优点，其作为镁合金表面处理技术具有良好的发展趋势。简要介绍了磁控溅射的基本原理及其在镁合金表面处理中的一些应用，并着重给出了反应磁控溅射“Ｂｅｒｇ”模型的简化计算方法，最后对国内外磁控溅射的最新技术以及应用于镁合金表面处理的趋势进行了展望。

关键词：磁控溅射；镁合金；表面处理

中图分类号：ＴＮ３０５．８：ＴＧｌ４６．２＋２文献标识码：Ａ文章编号：１０００—８３６５（２００６）０４—０４１２—０４

ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆＭａｇｎｅｔｒｏｎＳｐｕｔｔｅｒｉｎｇｏｎＭａｇｎｅｓｉｕｍＡｌｌｏｙｓＳｕｒｆａｃｅＴｒｅａｔｍｅｎｔＷＡＮＧＸｕｅ－ｍｉｎ，ＺＥＮＧＸｉａｏ－ｑｉｎ，ＷＵＧｕｏ－ｓｏｎｇ，ＹＡＯＳｈｏｕ’ｓｈａｎ（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｅｔａｌＭａｔｒｉｘＣｏｍｐｏｓｉｔｅ，ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏＴｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００３０，Ｃｈｉｎａ）

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｍａｇｎｅｔｒｏｎｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ；Ｍａｇｎｅｓｉｕｍａｌｌｏｙｓ；Ｓｕｒｆａｃｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ

镁合金的耐蚀性差极大地限制了它在各个领域中的应用，其耐蚀性差的主要原因是对电偶腐蚀很敏感［１］。目前，提高镁合金耐蚀性的研究主要集中在２个方面，首先是将镁合金中如铁、镍、铜等杂质的含量降低到某一域值，防止产生电偶腐蚀的条件；其次是在镁合金的表面形成一层保护性的膜层，形成的膜层应具有均匀、无孔隙、自我修复能力和与基体结合良好才能有效隔离基体与外界环境的接触。目前，已经有多种方法应用于镁合金的表面防护，如化学转化膜［２］、电镀［３｜、激光表面改性［４］、溶胶一凝胶法［５］、离子注入［６］、化学气相沉积［７１以及物理气相沉积［８１等。这些方法都有各自的优点和不足，其中磁控溅射是比较重要的物理气相沉积方法，它能沉积各种耐磨、耐蚀、装饰、光学和其它各种功能薄膜，是一种应用极广的大面积薄膜沉积工艺，其沉积温度低，是薄膜工业化应用的主要手段。虽然，利用磁控溅射在镁合金表面形成保护性膜层，以提高合金的防蚀性、耐磨性等已经取得了一些可喜的进展，但制备的膜层还不能很好满足镁合金作为

收稿日期：２００５—１０—２８：修订日期：２００６—０２—０８

作者简介：王雪敏（１９７５一），四川泸州人，博士生．主要从事镁合金金属及其表面性能等方面的研究．

Ｅｍａｉｌ：ｗａｎｇｘｕｅｍｉｎ７５＠ｓｏｈｕ．ｃｏｒｌｌ结构材料使用的需要，因此在这方面还需要进一步研究。本文简要叙述了磁控溅射的基本原理，对直流磁控溅射、射频磁控溅射以及反应磁控溅射的工艺过程进行简要介绍，并着重给出了利用ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ程序简化计算反应磁控溅射“Ｂｅｒｇ”模型［９］的部分结果。最后简要综述了近年来国内外磁控溅射技术的最新进展和应用于镁合金表面处理的趋势，这些新技术的出现，将为提高镁合金表面保护膜层的性能提供更强有力的支持。

１磁控溅射

磁控溅射制备薄膜时，由于到达基体的溅射粒子能量比蒸发镀膜大很多，因而对薄膜的生长和性质产

间的关系可见图１Ｌ１０】。

２磁控溅射制备镁合金表面保护膜

２．１直流磁控溅射法

直流磁控溅射多用于制备金属薄膜，但是制备绝缘材料时，“微液滴溅射”和电弧放电将影响薄膜的质

万方数据

《铸造技术｝０４／２００６王雪敏等：磁控溅射在镁合金表面处理中的应用

致密纤维状组多孔柱

一粒

鬻遐溪铫∽

溅◆

图１溅射薄膜的结构不意图Ｔ－其片温度，Ｔ。一薄膜的熔点

Ｆｉｇ．１

Ｔｈｅｔｅｘｔｕｒｅ

ａｎｄｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆ

ｓｐｕｔｔｅｒｄｅｐｏｓｉｔｅｄ

ｔｈｉｎｆｉｌｍｓ

量和稳定性。通过直流磁控溅射在钢、铝表面沉积保护性膜层的研究表明，真空压力、基片温度、偏压等是影响薄膜性能的重要因素。到目前采用该方法应用于镁合金表面保护膜层。Ｇ．Ｒｅｉｎｅｒｓ等口妇的研究表明，膜层具有良好的结合力和高的耐磨性能；耐腐蚀实验表明，在镁合金表面形成ＴｉＮ膜层后，其性能得到很大提高。耐磨性和耐腐蚀性的提高对于镁合金在工业上的应用是非常重要的。Ｈ．Ａｌｔｕｎ等ｎ２１采用磁控溅射法在ＡＺ３１、ＡＺ６１、ＡＺ６３以及ＡＺ９１表面沉积了工业级２种设备在ＡＺ３１表面沉积了ＣｒＮ、ＴｉＮ、

（ＴｉＡｌ）Ｎ、ＮｂＮ一（ＴｉＡｌ）Ｎ、ＣｒＮ—Ｔｉ（ＣＮ）、ＴｉＮ／Ａ１Ｎ、

ＮｂＮ／ＣｒＮ多种膜层。其实验结果表明，大多数膜层具有良好的结合力、硬度，合金的表面耐腐蚀性能得到一定程度的提高，其中ＣｒＮ和（ＴｉＡｌ）Ｎ膜层具有最好膜层厚度达到４弘ｍ时，才具有实际的工业应用价值。２．２射频磁控溅射法

气体辉光放电的一种镀膜方法，它利用靶材和基体在溅射过程中的冲放电过程，克服了由于电荷积累而引起的电弧放电和“微液滴溅射”的发生。这种方法被广泛应用于制备各种功能薄膜，如ＣＮ：、ＺｎＯ、ＴｉＯ：、ＩＴＯ、Ｓｉ。Ｎ。、ＭｇＨ。等，影响其薄膜性能的主要因素包

术可很容易获得蒸气压较低的各种绝缘化合物薄膜，但是采用化合物作为靶材时，一般获得的薄膜成分都有一定的偏离，而且溅射化合物的效率比较低。Ｗｕ等［１４１采用多种磁控溅射法在ＡＺ３１表面沉积了Ａｌ：Ｏ。／Ａ１和Ａｌ。０。／Ｔｉ２种膜层。相应的力学性能表明，膜层能提高ＡＺ３１合金表面的力学性能，并且Ａ１。Ｏ。／Ｔｉ膜层优于Ａｌ：Ｏ。／Ａｌ膜层；耐腐蚀结果表明，Ａ１：Ｏ。／Ａｌ膜层能有效提高ＡＺ３１的耐腐蚀性能，而造成合金腐蚀的原因主要是膜层中存在的孔洞和裂纹。Ｍ．ｎＨ．Ｌｅｅ等［１朝采用射频磁控溅射法制备了耐腐蚀的镁膜层。其结果表明，膜层的晶粒取向和结构不仅与Ａｒ。气压有关，而且还与偏压有关：随着Ａｒ。气压的升高，镁膜层结构从柱状晶转变为粒状晶；偏压增加产生的影响与降低Ａｒ。气压类似。所有沉积膜层的耐腐蚀性能都得到了明显的提高。２．３反应磁控溅射法

种磁控溅射方法被称为反应磁控溅射法。在反应溅射镀膜的过程中，溅射原子和反应气体的分子都具有较通过控制反应气体的分压获得不同化合价的氧化物、生长方式［１６｜，因此是一种重要的磁控溅射镀膜方法。关于反应磁控溅射已有多种理论模型，其中“Ｂｅｒｇ”模型具有简单和有效的特点，它根据靶方程、基体表面收集方程以及反应气体质量方程３个经典唯象的稳态方程，预测了反应溅射过程中各种参数之间的相互关系，其模型计算结果与实验较好地吻合。但是，在“Ｂｅｒｇ”模型中，各个参数之间的关系比较复杂。

通过分析发现，若采用总反应气体流量作为因变量，其它参数为自变量，则得出它们之间的关系将大大简化，采用ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ程序即可计算出来。在实验参数相同的情况下，计算出的结果与Ｂｅｒｇ完全相同。

反应溅射法虽已广泛应用于制备各种功能薄膜以７｜，但是利用反应溅射法制备镁合金表面保护膜层的相关研究还很少，几乎都集中于利用反应溅射法制备氧化镁膜层，如Ｙ．Ｗ．Ｃｈｏｉ等ｎ８１采用反应溅射法制备了氧化镁膜层。其结果表明，采用反应溅射法可高速沉积氧化镁膜层，并且膜层具有高的密度和良好的二次电子发射系数。Ｐ．Ｇｈｅｋ—ｉｅｒｅ等口叼采用反应溅射法制备了沿［１１１］取向生长的氧化镁膜层，相应的ＦＷＨＭ：午为１９．６。，Ｘ为７．８。。

万方数据

ＦＯＵＮＤＲＹＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶ０１．２７Ｎｏ．４Ａｐｒ．２００６

３磁控溅射制备的镁合金表面膜层的特点

采用磁控溅射沉积的镁合金表面膜层具有稳定性

困难，因而利用磁控溅射制备的镁合金表面膜层大多

致密、无孔隙和耐蚀性能优越、耐磨性强的镁合金表面膜层时，就需要研究这２个因素的影响，从而优化制备的工艺参数，得到性能优异的镁合金表面保护膜层。

４磁控溅射的最新技术及可能在镁合金表面处理中的应用

传统的合金靶、复合靶，由于膜层的反溅射率、附

射技术。此技术的各个靶之间相互独立，特别适合制备多层膜和混合膜，而且采用中频多靶磁控溅射可以在较高速率下沉积ＣＮ：、ＴｉＯ。、ＩｎＳｂ等光学薄膜［２１’２２｜。近年来，又出现了非平衡磁控溅射（ＵＢＭＳ）技术和脉

体被完全约束在靶材区域内（一般为靶材表面６ＣｌＴＩ范

心磁场强度，将部分二次电子引向基体，等离子体不再被约束在靶材表面，而是部分能在电子的带动下达到基体表面，使基体离子束流通常可提高到５

利用ＵＢＭＳ技术最大的优点是能获得高密度、低能量的离子流，从而利于提高膜层质量和降低膜层的内应力。相对于反应磁控溅射和射频磁控溅射技术，ＰＭＳ技术在制备氧化物、氮化物以及绝缘薄膜时具有优势，它既可有效抑制异常电弧放电、“微液滴溅射”等现象，同时提高溅射沉膜的速率和薄膜的质量和性能。随着新型磁控溅射技术和工业技术的进步，低压溅射（一般指小于０．１Ｐａ的真空度下）、高速沉积、脉冲溅射、自支撑溅射沉积以及多重表面工程成为该领域的发展趋势，这也为制备致密性高、耐腐蚀性高以及耐磨性强的镁合金表面保护膜层提供了可能的技术支持。

磁控溅射技术发展的另一方向是与其它表面工程技术相结合。影响磁控溅射技术在工业表面工程中的广泛应用的一个主要原因是基体材料如低合金钢、钛合金、镁合金等太软，无法与溅射制备的超硬薄膜匹膜保护作用失效，产生严重的点蚀现象，这点对于镁合金的表面防蚀膜层的制备尤其重要。克服此类问题最简便和有效的方法是发展多重表面工程技术，即利用多种表面技术制备多层保护膜，获得的多层膜层将大大提高其保护性能。Ｗ．Ｒ．Ｏｈｓｅｒ等瞳朝已经研究了以氧化镁和金属作为过渡层，再沉积ＴｉＮ、ＣｒＮ膜层，从而提高了镁合金的耐腐蚀性。Ｈ．Ｈｏｃｈｅ等［２４１采用阳极氧化和溅射结合的方法制备出了Ａｌ。Ｏ。和ＣｒＮ保护膜，镁合金的耐腐蚀性也得到了提高。虽然，利用多种表面技术进行镁合金表面多层保护膜层的制备存在工艺过程比较复杂，制备成本高等缺点，但是随着表面镀膜技术的进步、制备工艺的日趋完善、沉膜成本的逐渐降低以及膜层性能的提高，它将会更多地应用到镁合金表面处理当中去。

５问题与展望

镁合金虽然是汽车工业、通讯电子等行业中理想、环保的材料，但耐腐蚀性差却极大地限制了它的广泛应用。目前，已经有各种方法改善镁合金的耐腐蚀性，

高镁合金表面性能将是满足镁合金的实际应用和材料工作者的研究方向之一。

参考文献

ｒ１］ＦｅｒｒａｎｄｏＷＡ．Ｒｅｖｉｅｗｏｆｃｏｒｒｏｓｉｏｎａｎｄｃｏｒｒｏｓｉｏｎｅｏｎｔｒｏｌｏｆｍａｇｎｅｓｉｕｍａｌｌｏｙｓａｎｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．Ｊ．Ｍａｔｔｅｒ．Ｅｎｇ．

１９８９，（１１）：２９９—３１３．

［２］ＴｒｕｏｎｇＶＴ，ＬａｉＰＫ，ＭｏｏｒｅＢＴ，ｅｔａ１．Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｏｆｍａｇｎｅｓｉｕｍｂｙｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅｐｏｌｙｐｙｒｒｏｌｅ／

ｐａｉｎｔｃｏａｔｉｎｇｓｒ，Ｊ］．ＳｙｎｔｈｅｔｉｃＭｅｔａｌｓ２０００，（１１０）：７－１５．［３］Ｌｉｕ—ＨＯＣｈｉｕ，Ｃｈｕｎ—ＣｈｉｎＣｈｅｎ，Ｃｈｉｈ—ＦＵＹａｎｇ．

Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｃｏｒｒｏｓｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｉｎａｎａｌｕｍｉｎｕｍ－ｓｐｒａｙｅｄＡＺ３１ｍａｇｎｅｓｉｕｍａｌｌｏｙｂｙａｐｏｓｔ－ｈｏｔｐｒｅｓｓｉｎｇａｎｄａｎｏｄｉｚｉｎｇｔｒｅａｔｍｅｎｔ［Ｊ］．ＳｕｒｆａｃｅａｎｄＣｏａｔｉｎｇｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ２００５，（１９１）：１８１—１８７．

［４］ＭａｊｕｍｄａｒＪＤ，ＣｈａｎｄｒａＢＲ，ＭｏｒｄｉｋｅＢＬ，ｅｔａ１．ＬａｓｅｒｓｕｒｆａｃｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｏｆａｍａｇｎｅｓｉｕｍａｌｌｏｙｗｉｔｈＡ１＋Ａ１２０３

［Ｊ］．ＳｕｒｆａｃｅａｎｄＣｏａｔｉｎｇｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ２００４，（１７９）：２９７—３０５．ｒ－ｓ］ＰｈａｎｉＡＲ，ＧａｒｏｍａｌＦＪ，ＨａｃｋＴ，ｅｔａ１．Ｅｎｈａｎｃｅｄｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｂｙｓｏｌ—ｇｅｂｂａｓｅｄＺｒ０２一Ｃｅ０２ｃｏａｔｉｎｇｓ

ｏｎｍａｇｎｅｓｉｕｍａｌｔｏｙｓｒ，Ｊ］．ＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＣｏｒｒｏｓｉｏｎ２００５，

５６（２）：７７—８２．

［６］ＢｒｕｅｋｎｅｒＪ，ＧｕｎｚｅｌＲ，ＲｉｃｈｔｅｒＥ，ｅｔａ１．Ｍｅｔａｌｐｌａｓｍａｉｍｍｅｒｓｉｏｎｉｏｎｉｍｐｌａｎａｔａｔｉｏｎａｎｄｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＭＰＩＩＩＤ）：

万方数据

《铸造技术》０４／２００６王雪敏等：磁控溅射在镁合金表面处理中的应用

［７］［８］［９］［１０］［１１］［１２］［１３］［１４］［１５］Ｃｈｒｏｍｉｕｍｏｎｍａｇｎｅｓｉｕｍ［Ｊ］．ＳｕｒｆａｃｅａｎｄＣｏａｔｉｎｇｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９８：１０３—１０４，２２７—２３０．

ＣｈｒｉｓｔｏｇｌｏｕＣ，ＶｏｕｄｏｕｒｉｓＮ，ＡｎｇｅｌｏｐｏｕｌｏｓＧＮ，ｅｔａ１．ＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆａｌｕｍｉｎｉｕｍｏｎｍａｇｎｅｓｉｕｍｂｙａＣＶＤｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．ＳｕｒｆａｃｅａｎｄＣｏａｔｉｎｇｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ２００４，（１８４）：１４９—１５５．ＬｅｅＭＨ。ＢａｅＩＹ，ＫｉｍＫＪ，ｅｔａ１．ＦｏｒｍａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｎｅｗｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｍａｇｎｅｓｉｕｍｔｈｉｎｆｉｌｍｓｂｙＰＶＤｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．ＳｕｒｆａｃｅａｎｄＣｏａｔｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ２００３，（１６９—１７０）：６７０—６７４．

ＢｅｒｇＳ，ＬａｒｓｓｏｎＴ，ＮｅｎｄｅｒＣ，ｅｔａ１．Ｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇｔｈｉｎ—ｆｉｌｍｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｙｉｎｒｅａｃｔｉｖｅｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ［Ｊ］．ＪＡｐｐｌＰｈｙｓ１９８８，（６３）：８８７—８９１．

ＴｈｏｒｎｔｏｎＪＡ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆａｐｐａｒａｔｕｓｇｅｏｍｅｔｒｙａｎｄｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｎｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｔｏｐｏｇｒａｐｈｙｏｆｔｈｉｃｋｓｐｕｔｔｅｒｅｄｃｏａｔｉｎｇｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＶａｃｕｕｍＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＡ１９７４，（１１）：６６６—６７２．

ＲｅｉｎｅｒｓＧ．ＧｒｉｅｐｅｎｔｒｏｇＭＨａｒｄｃｏａｔｉｎｇｓｏｎｍａｇｎｅｓｉｕｍａｌｌｏｙｓｂｙｓｐｕｔｔｅｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｕｓｉｎｇａｐｕｌｓｅｄｄ．ｃ．ｂｉａｓｖｏｌｔａｇｅ［Ｊ］．ＳｕｒｆａｃｅａｎｄＣｏａｔｉｎｇｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ１９９５，（７６—７７）：８０９—８１４．

ＡｌｔｕｎＨ，ＳｅｎＳ．ＴｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆＤＣｍａｇｎｅｔｒｏｎｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇＡｌＮｃｏａｔｉｎｇｓｏｎｔｈｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｕｒｏｆｍａｇｎｅｓｉｕｍａｌｌｏｙｓ［Ｊ］．Ｓｕｒｆａｃｅ８ＬＣｏａｔｉｎｇｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ２００５，（１９７）：１９３—２００．

ＨｏｌｌｓｔｅｉｎＦ。ＷｉｅｄｅｍａｎｎＲ，ＳｃｈｏｌｚＪ．ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＰＶＤ－ｃｏａｔｉｎｇｓｏｎＡＺ３１ｈｐｍａｇｎｅｓｉｕｍａｌｌｏｙｓ［Ｊ－］．ＳｕｒｆａｃｅａｎｄＣｏａｔｉｎｇｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ２００３，（２－３）：２６１—２６８．

ＷｕＧ

Ｓ，ＺｅｎｇＸＱ，ＬｉＧＹ，ｅｔａ１．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｃｅｒａｍｉｃ／ｍｅｔａｌｄｕｐｌｅｘｃｏａｔｉｎｇｓｄｅｐｏｓｉｔｅｄｏｎＡＺ３１ｍａｇｎｅｓｉｕｍａｌｌｏｙｂｙｍｕｌｔｉ—ｍａｇｎｅｔｒｏｎｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ［Ｊ］．ＭａｔｅｒｉａｌｓＬｅｔｔｅｒｓ２００６，（６０）：６７４—６７８．

ＬｅｅＭＨ，ＢａｅＩＹ，ＫｉｍＫＪ，ｅｔａ１．ＦｏｒｍａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｎｅｗｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｍａｇｎｅｓｉｕｍｔｈｉｎｆｉｌｍｓｂｙＰＶＤｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．ＳｕｒｆａｃｅａｎｄＣｏａｔｉｎｇｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ２００３，（１６９—１７０）：６７０—６７４．

［１６］ＰｉｅｒｓｏｎＪＦ，ＲｏｕｓｓｅｌｏｔＣ．Ｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｒｅａｃｔｉｖｅｌｙ［１７］

［１８］

［１９］

［２０］

［２１］

［２２］

［２３］

［２４］

ｓｐｕｔｔｅｒｅｄｓｉｌｖｅｒｏｘｉｄｅｆｉｌｍｓ［Ｊ］．ＳｕｒｆａｃｅａｎｄＣｏａｔｉｎｇｓ

Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００５，（１－４）：２７６—２７９．

Ｓｃｈ／ｉｆｅｒＨ，ＳｔｏｃｋＨＲ．Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎ

ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｏｆａｌｕｍｉｎｉｕｍａｌｌｏｙｓｕｓｉｎｇｒｅａｃｔｉｖｅｍａｇｎｅｔｒｏｎ

ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ［Ｊ］．ＣｏｒｒｏｓｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅ４７，２００５，（４）：９５３—

９６４．

ＣｈｏｉＹＷ，ＫｉｍＪ．Ｒｅａｃｔｉｖｅｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇｏｆｍａｇｎｅｓｉｕｍ

ｏｘｉｄｅｔｈｉｎｆｉｌｍｆｏｒｐｌａｓｍａｄｉｓｐｌａｙｐａｎｅｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．

ＴｈｉｎＳｏｌｉｄＦｉｌｍｓ，２００４，（４６０）：２９５—２９９．

ＧｈｅｋｉｅｒｅＰ，ＭａｈｉｅｕＳ，ＷｉｎｔｅｒＧＤ，ｅｔａ１．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆ

ｔｈｅｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｔｈｅｂｉａｘｉａｌａｌｉｇｎｍｅｎｔｏｆ

ＭｇＯｇｒｏｗｎｂｙｕｎｂａｌａｎｃｅｄｍａｇｎｅｔｒｏｎｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ［Ｊ］．

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｒｙｓｔａｌＧｒｏｗｔｈ，２００４，（２７１）：４６２—４６８．

ＳｃｈｉｌｌｉｎｇＨ，ＳｚｃｚｙｒｂｏｗｓｋｉＪ，ＲｕｓｋｅＭ，ｅｔａ１．Ｎｅｗ

ｌａｙｅｒｓｙｓｔｅｍｆａｍｉｌｙｆｏｒａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌｇｌａｓｓｂａｓｅｄｏｎｄｕａｌ

ｔｗｉｎ－ｍａｇｎｅｔｒｏｎｓｐｕｔｔｅｒｅｄ

Ｔｉ０２［Ｊ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，ＡｎｎｕａｌＴｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ－ＳｏｃｉｅｔｙｏｆＶａｃｕｕｍ

Ｃｏａｔｅｒｓ，ＳｏｃｏｆＶａｃｕｕｍＣｏａｔｅｒｓ，Ａｌｂｕｑｕｅｒｑｕｅ，ＮＭ，

Ｕ．Ｓ．Ａ，１９９８：１６５—１７３．

ＹａｎｇＴＳ，ＴｓａｉＴＨ，ＬｅｅＣＨ，ｅｔａ１．Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆ

ｃａｒｂｏｎ－ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｃｕｂｉｃｂｏｒｏｎｎｉｔｒｉｄｅｆｉｌｍｓｂｙｐｕｌｓｅｄ——

ＤＣｍａｇｎｅｔｒｏｎｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ［Ｊ］．ＴｈｉｎＳｏｌｉｄＦｉｌｍｓ，２００１，

（３９８—３９９）：２８５—２９０．

ＷａｌｄｅｍａｒＧ，ＫｒｚｙｓｚｔｏｆＡ，ＷａｌｄｅｍａｒＬ．Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ

ｓｐｕｔｔｅｒｅｐｉｔａｘｙｏｆｎ＋一ＩｎＳｂｏｎｐ－ＩｎＳｂｆｏｒｉｎｆｒａｒｅｄ

ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＳＰＩＥ＿

ＩｎｔｅｒｎａｔＳｏｃＯｐｔｉＥｎｇ，１９９９，（３７２５）：２８１—２８５．

Ｏｈｓｅｒ－ＷｉｅｄｅｍａｎｎＲ，ＨｏｌｌｓｔｅｉｎＦ，ＢａｙｅｒＵ．Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ

ｂｅｈａｖｉｏｕｒｏｆｈａｒｄｃｏａｔｉｎｇｓｏｎＭｇｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ［Ｊ］．

ＺｅｉｔｓｃｈｒｉｆｔｆｕｅｒＭｅｔａｌｌｋｕｎｄｅ／ＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄ

ＡｄｖａｎｃｅｄＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，２００５，（９６）：８１８—８２２．

ＨｏｃｈｅＨ，ＲｏｓｅｎｋｒａｎｚＣ，ＤｅｌｐＡ，ｅｔａ１．Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ

ｏｆｔｈｅｍａｃｒｏｓｃｏｐｉｃａｎｄｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ

ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｕｒｏｆＰＶＤ－ｃｏａｔｅｄｍａｇｎｅｓｉｕｍｄｉｅｃａｓｔ

ａｌｌｏｙＡＺ９１［Ｊ］．ＳｕｒｆａｃｅａｎｄＣｏａｔｉｎｇｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ２００５，

（１—３）：１７８—１８４．

万方数据

磁控溅射在镁合金表面处理中的应用

作者：王雪敏， 曾小勤， 吴国松， 姚寿山， WANG Xue-min， ZENG Xiao-qin， WU Guo-song ， YAO Shou-shan

作者单位：上海交通大学轻合金精密成型国家工程中心,上海,200030

刊名：

铸造技术

英文刊名：FOUNDRY TECHNOLOGY

年，卷(期)：2006，27(4)

被引用次数：6次

参考文献(24条)

1.Ferrando W A Review of corrosion and corrosion control of magnesium alloys and composites 1989(11)

2.Truong V https://www.360docs.net/doc/6d15322650.html,i P K.Moore B T Corrosion protection of magnesium by electroactive polypyrrole/paint coatings 2000(110)

3.Liu-Ho Chiu.Chun-Chin Chen.Chih-Fu Yang Improvement of corrosion properties in an aluminumsprayed AZ31 magnesium alloy by a post-hot pressing and anodizing treatment 2005(191)

4.Majumdar J D.Chandra B R.Mordike B L Laser surface engineering of a magnesium alloy with Al+ Al2O3 2004(179)

5.Phani A R.Gammel F J.Hack T Enhanced corrosion resistance by sol-gel-based ZrO2-CeO2 coatings on magnesium alloys 2005(02)

6.Bruckner J.Gunzel R.Richter E Metal plasma immersion ion implanatation and deposition

(MPⅢD):Chromium on magnesium 1998

7.Christoglou C.Voudouris N.Angelopoulos G N Deposition of aluminium on magnesium by a CVD process 2004(184)

8.Lee M H.Bae I Y.Kim K J Formation mechanism of new corrosion resistance magnesium thin films by PVD method 2003(169-170)

9.Berg https://www.360docs.net/doc/6d15322650.html,rsson T.Nender C Predicting thin-film stoichiometry in reactive sputtering 1988(63)

10.Thornton J A Influence of apparatus geometry and deposition conditions on the structure and topography of thick sputtered coatings 1974(11)

11.Reiners G.Griepentrog M Hard coatings on magnesium alloys by sputter deposition using a pulsed

d.c.bias voltage 1995(76-77)

12.Altun H.Sen S The effect of DC magnetron sputtering AIN coatings on the corrosion behaviour of magnesium alloys 2005(197)

13.Hollstein F.Wiedemann R.Scholz J Characteristics of PVD-coatings on AZ31hp magnesium alloys

2003(2-3)

14.Wu G S.Zeng X Q.Li G Y Preparation and characterization of ceramic/metal duplex coatings deposited on AZ31 magnesium alloy by multi-magnetron sputtering 2006(60)

15.Lee M H.Bae I Y.Kim K J Formation mechanism of new corrosion resistance magnesium thin films by PVD method 2003(169-170)

16.Pierson J F.Rousselot C Stability of reactively sputtered silver oxide films 2005(1-4)

17.Schafer H.Stock H R Improving the corrosion protection of aluminium alloys using reactive

magnetron sputtering 2005(04)

18.Choi Y W.Kim J Reactive sputtering of magnesium oxide thin film for plasma display panel applications 2004(460)

19.Ghekiere P.Mahieu S.Winter G D Influence of the deposition parameters on the biaxial alignment of MgO grown by unbalanced magnetron sputtering 2004(271)

20.Schilling H.Szczyrbowski J.Ruske M New layer system family for architectural glass based on dual twin-magnetron sputtered TiO2 1998

21.Yang T S.Tsai T H.Lee C H Deposition of carbon-containing cubic boron nitride films by pulsed-DC magnetron sputtering 2001(398-399)

22.Waldemar G.Krzysztof A.Waldemar L Magnetron sputter epitaxy of n+-InSb on p-InSb for infrared photodiode applications 1999(3725)

23.Ohser-Wiedemann R.Hollstein F.Bayer U Corrosion behaviour of hard coatings on Mg substrates

2005(96)

24.Hoche H.Rosenkranz C.Delp A Investigation of the macroscopic and microscopic electrochemical corrosion behaviour of PVD-coated magnesium die cast alloy AZ91 2005(1-3)

相似文献(10条)

1.期刊论文黄佳木.罗先盛.邹阳.孟曦.HUANG Jia-mu.LUO Xian-sheng.ZOU Yang.MENG Xi AZ31镁合金表面磁控溅

射Zr(Al,Ti)-SiN_x复合薄膜及其耐蚀性能-材料保护2010,43(1)

镁合金表面沉积薄膜可以提高其耐蚀性,但现有的几种沉积方法得到的膜疏松、与基体结合力差,影响了其耐腐蚀性能.为此,采用磁控溅射法在

AZ31镁合金表面制备了Al,Zr,Ti膜及其与SiN_x的复合薄膜.用扫描电镜、X射线衍射、XPS研究了金属膜及其与SiNi_x复合薄膜的晶体结构、表面形貌和化学成分.结果表明:所制备的SiN_x薄膜为非晶态的富N膜;Zr膜的耐腐蚀性最好,Al膜的保护性最差;Zr-SiN_x复合薄膜比AZ31镁合金的腐蚀电流密度降低了3个数量级,Ti-SiN_x复合薄膜在阳极极化区出现了钝化.SiN_x复合薄膜的耐腐蚀性优于AZ31镁合金和单一金属膜.

2.学位论文石永敬镁合金表面磁控溅射沉积Cr基涂层的结构与特性研究2009

Mg合金是未来最有潜力的结构材料之一，但表面质软和易腐蚀是需要解决的重要问题。虽然当前应用在Mg合金上的表面处理技术改善了Mg合金表面的性能，但所制备的涂层在结合性能、摩擦磨损以及机械性能均不能满足Mg合金在关键零部件领域的应用。磁控溅射是目前主流的PVD表面处理技术之一，制备的涂层具有结合性能强和致密度高的优点；所需的沉积温度低，可以满足Mg合金低工艺温度的要求。因此，磁控溅射技术沉积硬质涂层为改善Mg合金表面的摩擦磨损提供了一种思路。

在目前的研究工作中，采用平面磁控溅射技术在Mg合金上沉积CrNx涂层和CrNxOyCz涂层，并通过扫描电镜(SEM)、光电子能谱(XPS)以及X-射线衍射(XRD)等分析技术对涂层的结构特性进行了表征。采用非平衡闭合磁场磁控溅射离子镀技术沉积CrTiAlN涂层，通过透射电镜(TEM)、显微硬度仪以及摩擦磨损实验研究涂层在Mg上的界面结构、机械性能以及摩擦磨损性能。此外，还讨论了柱状晶的生长和表面轮廓的演化特征。主要研究结果如下：

①CrNx涂层的结构特性取决于沉积的工艺，包括衬底温度、N2浓度、靶电流密度以及衬底偏压。沉积速度是电流密度的二次增长函数关系，而增加的

N2含量导致沉积速度呈指数的衰减。在Mg合金上的CrNx涂层随着N2浓度的增加则趋向于形成更为开放的边界。

②CrN涂层的沉积涉及到Cr桥接层、CrNx过渡层以及化学比的CrN层。Cr膜在镁合金上的柱状生长起源于网状膜，CrN涂层的柱状生长机制包括遮蔽和吞并。面内平均直径和粒度的方差σ2均与厚度呈线性关系，表面的粗糙度值与厚度呈现指数的关系。

③衬底表面轮廓在涂层表面的演化取决于涂层的厚度，表面轮廓随着涂层的增厚趋于平滑。由于相内粗化，表面粗糙度随着涂层的增厚而增加，同时偏置功率的增加也会导致表面轮廓的偏差减小。CrNx涂层的表面粗糙度与N原子浓度呈线性关系，与厚度呈指数关系。

④CrNxOyCz涂层为柱状生长，涂层中含有CrN、Cr2N、Cr3C2、Cr2O3、CrO2以及CrNxOy相；污染或氧化的O和C原子浓度在表面的深度分布服从衰减的一阶指数函数，涂层中的Cr3C2和Cr2N属于非稳定相。涂层的摩擦磨损特性比CrNx涂层的要差。

⑤AZ31-Mg合金的标准磨损率SWR达到1055×10-15m3·N-1·m-1，而在Mg合金上的CrTiAlN涂层的SWR只有2.4×10-15m3·N-1·m-1。偏压在-50V时CrTiAlN涂层的结合力达到10N。

⑥当在中N2水平和衬底偏压为-55V时，CrTiAlN涂层和摩擦副WC-Co6％球之间的磨损最小，摩擦系数能够稳定在0.2-0.3。CrTiAlN/MoS2涂层的摩擦磨损性能比CrTiAlN涂层明显改善，滑动摩擦循环次数Nc达到70000次，摩擦系数能够稳定在0.2-0.35之间。

3.学位论文王新征磁控溅射薄膜的过渡层与高速钢及镁基体结合强度的研究2008

本文以高速钢与镁合金与磁控溅射薄膜过渡层的结合强度为研究重点,利用SEM,表面轮廓仪,划痕仪等方法研究了离子清洗工艺参数对高速钢及镁合金基体的影响,评价了不同离子清洗工艺后沉积过渡Cr层的结合强度；利用TEM,EDS等手段观察分析了过渡层与基材的结合界面,最后从晶体学及力学性能角度出发,探讨了影响镁合金基体上镀层结合强度的关键影响因素。

结果表明：离子清洗对高速钢基体结合强度影响不明显,但对镁合金基体影响显著。离子清洗中,过高的清洗电压对基材表面结构破坏程度加剧；电压过低,基材表面污染及氧化物清洗不够完全。均不利于结合强度的提高。长时间的离子清洗,溅射靶材粒子开始沉积于基材表面,对基体的形貌改变并没有太大影响,长时间离子清洗并无必要。所设计的离子清洗工艺中,HSS的最佳清洗工艺为-400 V,30 min,镁合金为-300 V,20 min。TEM对过渡层与基体界面的观察结果说明:HSS,AZ31镁合金与过渡Cr层的结合机制是以离子注入方式形成的梯度,混合界面层产生的物理结合力为主,同时离子清洗增加了镀层与基材之间的机械咬合力,机械结合也对结合强度做出了贡献。分别选用Zr,Al过渡层探讨了Mg基材沉积镀层时过渡层材料的选择原则。与Mg具有相同晶格类型,晶格常数的Zr过渡层的结合强度与沉积Cr过渡层的结合强度相当,而选用与Mg具有相近硬度的Al过渡层,可获得与高速钢-Cr 过渡层相当的结合强度。镁基材上沉积镀层时,过渡层材料的弹性模量与其结合强度并无太大联系。过渡层材料与镁合金基材的硬度匹配是在镁合金基体上获得高结合强度镀层的关键。

4.期刊论文王振林.杨惠.杨栋华.Wang Zhenlin.Yang Hui.Yang Donghua镁合金磁控溅射镀铝耐蚀防护层研究-

中国机械工程2008,19(8)

在AZ31镁合金表面进行了磁控溅射铝防护层的镀覆,并研究了镀层的成分分布、形貌、显微力学性能、防腐蚀性能及工艺条件对镀层的影响.结果表明:直径为1～2μm的细小晶粒均匀在镁合金基体表面沉积形成致密铝镀层,镀层和基体之间存在混融的过渡层;镀层表面粗糙度在2μm以下并与基体结合良好,其硬度、弹性模量等高于镁合金基体并具有一定韧性和弹塑性能;适当降低氩气压力,提高溅射电流,可改善镀层质量.镀层提高了镁合金基体的自腐蚀电位并降低了腐蚀电流,从而抑制了腐蚀倾向,但自腐蚀电位低于热喷涂铝电位且腐蚀电流高于微弧氧化处理电流.

5.期刊论文王振林.杨惠.WANG Zhen-Lin.YANG Hui AZ31镁合金磁控溅射镀铝膜的性能研究-轻合金加工技术

2007,35(5)

采用超真空磁控溅射镀膜设备在AZ31镁合金表面进行了铝保护膜的镀覆,利用辉光放电光谱分析和纳米压痕/划痕试验技术,研究了镀层的成分和显微力学性能随薄膜深度的分布.结果表明,铝镀层在镁合金基体表面形成,镀层和基体之间存在混融的过渡层,铝镀层的表面硬度、弹性模量等高于镁合金基体的,并随深度增加而递减,膜层与基体结合良好并表现出一定塑性,镀铝膜有利于镁合金表面防护层的形成.

6.学位论文罗先盛AZ31镁合金表面磁控测射SiN薄膜及其性能研究2009

镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料，具有密度小，比强度、比刚度高，减震性好，电磁屏蔽能力强等优点，广泛应用于汽车工业、航空航天以及电子产品等许多领域。但是镁合金的耐腐蚀性差，阻碍了镁合金的广泛应用。目前主要采用的表面处理方法有：化学转化、阳极氧化、化学镀等。磁控溅射技术具有沉积速率高、工艺简单、薄膜质量好、对环境友好等优点成为薄膜工业化应用的主要方法。

本实验采用磁控溅射法在AZ31镁合金表面制备了SiNx薄膜。用扫描电镜、X射线衍射、X射线光电子能谱研究薄膜的晶体结构、表面形貌和化学成分。研究了工艺参数对SiNx薄膜耐腐蚀性的影响。为了改善SiNx薄膜与镁合金基体的附着力，在SiNx薄膜与镁合金基体之间分别沉积了Al、Zr、Ti过渡层金属膜。采用电化学测试和浸泡实验研究了复合膜的耐腐蚀性，采用划格实验评价膜基附着力。

研究表明：制备的SiNx薄膜为非晶态的富N膜，表面光滑致密无明显的孔缺陷。工艺参数主要影响薄膜质量和薄膜厚度。内应力导致SiNx薄膜开裂和膜基附着力较差，失去对镁合金保护作用。金属膜表面存在小孔缺陷，孔径大小为10～20μm，其中Zr膜最致密，Al膜表面的小孔数量最多。浸泡试验和电化学测试表明金属膜能够提高镁合金的耐腐蚀性。

划格试验表明，Zr-SiNx复合膜、Ti-SiNx复合膜与镁合金基体的附着力达到1级，Al-SiNx复合膜与镁合金基体的附着力为2级。电化学测试表明镀Zr-SiNx复合膜的试样比镁合金基体腐蚀电流密度降低三个数量级，在阳极极化区随电位的增加，腐蚀电流密度增加缓慢。镀Ti-SiNx复合膜的试样自腐蚀电位比镁合金基体提高了约300mv，腐蚀电流密度降低三个数量级，工作电位在-1.152V时出现约100mv的钝化区。镀复合膜试样的耐腐蚀性优于镀金属膜的试样。金属过渡层能够增强SiNx薄膜与镁合金基体间的附着力，增加复合膜的耐腐蚀性。

7.期刊论文黄佳木.罗先盛.HUANG Jiamu.LUO Xiansheng AZ31镁合金表面磁控溅射SiNx薄膜的性能研究-材料导

报2008,22(z3)

采用磁控溅射法在AZ31镁合金表面沉积了SiNx薄膜.用场发射扫描电镜、X射线衍射、X光电子能谱等研究分析了薄膜的晶体结构、表面形貌和化学成分.实验结果表明,所制备的SiNx薄膜为非晶态的富N膜;SiNx薄膜可显著降低AZ31在3.5%的NaCl溶液中的腐蚀电流密度,膜厚为1.5靘时,在阳极极化区出现钝化现象.

8.学位论文吴国松镁合金表面PVD膜层的制备与腐蚀破坏2007

镁合金在汽车、电子以及航空航天工业上的应用日益广泛，但较差的耐蚀性限制了其在这些领域的推广应用。气相沉积技术作为一种绿色防腐技术正开始受到镁合金表面处理工作者的关注。

本文采用磁控溅射、离子注入等现代化技术手段在AZ31镁合金表面制备了多种防护性膜层，利用场发射扫描电镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)、俄歇电子能谱(AES)、x射线光电子能谱(XPS)和X射线衍射谱(XRD)等分析手段表征了膜基系统的表面形貌、组成成分和物相结构，利用电化学工作站和盐浴实验研究了它们在氯化钠溶液中的腐蚀破坏行为，并根据腐蚀电化学理论剖析了它们的腐蚀破坏机制。主要研究结果如下：

(1)AZ31镁合金机械抛光后形成的表面氧化膜由MgO、Mg(OH)<,2>和少量的Al<,2>O<,3>、MgCO<,3>构成。膜层结构疏松，表面随机分布着一些孔洞。

(2)AZ31镁合金表面溅射沉积的单层铝薄膜和钛薄膜都具有发达的柱状微观结构，其中铝薄膜表面呈现锥形的小面状结构，并存在(111)面织构，而钛薄膜表面呈现圆胞状结构，并存在(002)面织构。各种薄膜中都有针孔存在。

(3)单层铝薄膜对AZ31镁合金的保护效果要优于单层钛薄膜，而单层钛薄膜有加重镁合金腐蚀的倾向。PVD薄膜/抛光氧化膜双层结构中存在的通孔是构成膜基系统电偶腐蚀的主要场所，析氢反应会加速这些缺陷处膜层的破坏，最终导致整个膜基系统的失效。

(4)基体(AZ31镁合金)在氯化钠溶液中作为阳极溶解，会产生表面碱化效应，具有两性金属特性的纯铝薄膜因而遭受“阴极腐蚀”。

(5)在由多靶溅射技术制备的铝/钛多层膜中，每一单层都呈现发达的柱状微观结构。多层膜中的铝膜层与单层铝薄膜相比更倾向于(111)面择优生长，顶层的铝膜也比单层铝膜光滑。铝/钛多层膜可以一定程度的提高镁合金的耐蚀性，但在NaCl溶液中的耐久性很差。

(6)氧化铝/金属双层膜(Al<,2>O<,3>/Al和Al<,2>O<,3>/Ti)也由多靶溅射技术制备，膜层在微观尺度上是致密的。两种氧化铝/金属双层膜都能够一定程度的提高基体的表面硬度，Al<,2>O<,3>/Ti提高幅度大于Al<,2>O<,3>/Al。Al<,2>O<,3>/Al膜层可以大幅度的降低基体的腐蚀电流密度，而

Al<,2>O<,3>/Ti膜层则使其有所提高。Al<,2>O<,3>/Al膜层的抗盐水腐蚀能力大于Al<,2>O<,3>/Ti膜层，但是其在盐水中的耐久性仍不理想。

(7)Ti-Al-N/Ti-Al双层膜由反应溅射技术制备，其金属层和陶瓷层都呈现发达的柱状晶组织。Ti-Al-N层主要由钛的氮化物、铝的氮化物和少量的钛的氧化物、铝的氧化物组成。15小时盐浴实验的结果显示，Ti-Al-N/Ti-Al双层膜能够很大程度的提高基体的抗腐蚀破坏能力。由于溅射沉积膜层前对基体进行了小剂量的离子注入预处理，膜基结合得到了改善，该双层膜在盐水中的耐久性较好。另外，Ti-Al-N/Ti-Al双层膜还使基体的表面硬度得到了较大的提高，有益于改善基体的抗机械破坏性能。

(8)在多层膜中由柱状结构引起的本征缺陷对膜基系统腐蚀破坏的影响较小，制备工艺引起的随机缺陷是导致其破坏的主要因素。缺陷处暴露的基体和周围膜层在腐蚀介质中构成一个腐蚀源。基体在阳极极化状态下的电化学溶解和膜基结合处的强烈析氢行为是腐蚀源扩展的推动力。膜层的缺陷是膜基系统腐蚀破坏的快速通道，整个系统的失效由腐蚀源的扩展速度决定，因而认为膜基系统的腐蚀破坏是一种短路腐蚀破坏行为。

(9)高剂量的氮离子注入使AZ31原先的表面氧化层内生成了Mg<,3>N<,2>和Al。氧化层变得致密，厚度也有所增加。氮离子注入使基体的耐腐蚀性能得到了提高。腐蚀破坏主要以点蚀为主，其抗点蚀扩展能力与未注入试样相比明显增强。

(10)在沉积纯钛薄膜之前引入了离子注入技术对AZ31镁合金进行表面预处理，实现了纯钛膜层/氮离子注入层复合结构的构建。后继的纯钛膜层沉积过程对预注入层的原始物质构成基本上没有造成影响。24小时盐浴实验的结果显示：组合改性样品与直接沉积纯钛膜层的样品相比，抗腐蚀破坏能力明显提高。这与基体的阳极溶解阻力增加以及膜基结合改善密切有关。

(11)利用偏压溅射技术可以改善AZ31镁合金表面纯钛膜层的致密度。在加偏压-100V的情况下，薄膜晶粒已细化至纳米级。当所加偏压为-200V时

，膜层择优生长平面由未加偏压时的(002)面转为(100)面。

(12)偏压-100V下制备的膜层对镁合金的防护效果优于未加偏压制备的膜层，表现为抗腐蚀扩展能力增加。腐蚀产物分析表明：基体腐蚀区和膜层上的腐蚀产物膜都是Mg(OH)<,2>，但是腐蚀产物膜在基体上以蜂窝状形式存在，而膜层上以树叶状形式存在。镁合金在表面沉积纳米晶纯钛膜层后的主要腐蚀机制仍为短路腐蚀破坏。

物理气相沉积有望成为传统镁合金表面处理技术的替代品。合理的选择膜层材料、设计膜层结构和选择制备技术有助于改善镁合金镀膜后的耐腐蚀性能。

9.期刊论文张津.杨栋华.王东亚.欧信兵.王振林.ZHANG Jin.YANG Donghua.WANG Dongya.OU Xinbing.WANG

Zhenlin镁合金表面磁控溅射沉积铝膜的力学性能-北京科技大学学报2008,30(12)

采用直流磁控溅射法在镁合金上沉积铝膜,在高真空下对铝膜进行加热后处理. 用X射线衍射仪(XRD)分析膜层为纯铝多晶态,扫描电子显微镜(SEM)观察铝膜晶粒细小. 采用纳米压痕/划痕仪对铝膜的厚度、临界附着力、硬度和弹性模量进行了测试,并且用辉光放电光谱仪(GDS)测试了镁合金表面铝膜的成分和性能随薄膜深度的分布. 结果表明,铝膜的厚度随后处理温度的升高而降低,其表面硬度和弹性模量高于镁合金基体并且随深度增加而逐渐降低.

铝膜与镁合金基体间存在一个过渡层,结合良好且表现出一定的弹塑性能,有利于镁合金表面的防护.

10.期刊论文陈迪春.蒋百灵.吴文文.李洪涛.CHEN Di-chun.JIANG Bai-ling.WU Wen-wen.LI Hong-tao镁合金表

面磁控溅射CrAlTiN镀层的制备技术研究-表面技术2008,37(2)

使用闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术,通过改变偏压在镁合金表面制备了CrAlTiN镀层,对镀层厚度、硬度、结合力和耐磨性进行了检测,使用SEM和XRD分析了镀层的形貌和相组成,结果表明:通过改变偏压可以在镁合金表面沉积一层具有一定耐磨性能的CrAlTiN镀层;偏压对镁基CrAlTiN镀层的结合力和耐磨性影响很大,在偏压为35V时具有最好的结合力和耐磨性能,随着偏压的增大,镀层硬度提高,致密性增强,厚度降低;镁基CrAlTiN镀层为柱状晶组织,具有面心立方结构,点阵类型与面心立方CrN相同.

引证文献(6条)

1.黄佳木.罗先盛.邹阳.孟曦AZ31镁合金表面磁控溅射Zr(Al,Ti)-SiN_x复合薄膜及其耐蚀性能[期刊论文]-材料保护 2010(1)

2.黄晓辉.左秀荣.王齐伟.史新伟.李广钦.刘凤芹直流反应磁控溅射在3003铝箔表面制备薄膜的研究[期刊论文]-真空 2009(4)

3.汤志新.仵亚婷.刘磊.何美凤.胡文彬AlCl3-NaCl熔盐扩散增强纯镁耐腐蚀性的研究[期刊论文]-腐蚀与防护2009(2)

4.黄佳木.罗先盛AZ31镁合金表面磁控溅射SiNx薄膜的性能研究[期刊论文]-材料导报 2008(z3)

5.王振林.杨惠.杨栋华镁合金磁控溅射镀铝耐蚀防护层研究[期刊论文]-中国机械工程 2008(8)

6.王振林.杨惠AZ31镁合金磁控溅射镀铝膜的性能研究[期刊论文]-轻合金加工技术 2007(5)

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