张 济,房海波,黄 曼,王启钧,张 罡

Si含量对CrAlSiN薄膜抗氧化性能的影响

张 济1,房海波1,黄 曼1,王启钧2,张 罡1

(1.沈阳理工大学 材料科学与工程学院，沈阳 110159；2.沈阳市特种设备检测研究院，沈阳110042)

采用磁控溅射方法在高速钢上制备CrAlSiN薄膜，通过控制Si靶的功率来改变薄膜中Si元素含量；然后将样品在800℃和1000℃下，分别进行高温热处理1h。当Si含量为11.2at%时，CrAlSiN薄膜硬度值较高，随着Si靶功率和Si含量升高，薄膜硬度开始下降，高比例的非晶氮化硅相是薄膜硬度降低的原因。CrAlSiN薄膜在800℃大气热处理下，薄膜保持面心立方结构，当热处理温度升到1000℃时，出现了Cr、Al、Fe的氧化峰，表明薄膜面心立方结构发生改变，氧化现象加重，抗氧化效果显著降低。

CrAlSiN;磁控溅射;抗氧化性;高速钢

在刀具和模具产业中，CrAlN薄膜在提高抗磨损，抗氧化和硬度等方面具有良好的应用前景[1-2]。而添加Si元素形成纳米复合结构的CrAlSiN薄膜，在各方面性能上有进一步的提升[3-6]。

Chen Hsien-Wei等[7]和Wang Yu Xi等[8]分别在研究中发现，在CrAlN薄膜中添加Si元素，随着Si元素含量的增加，薄膜的硬度先增大后减小，硬度最大值时对应的Si含量分别为8.5at%和6.4at%。此时，薄膜具有稳定的结构和良好的抗氧化性能。

文中使用磁控溅射法在高速钢上制备CrAlSiN薄膜，重点研究高Si含量时薄膜的抗氧化性能。

1 实验

实验采用国产JGP400B多靶磁控溅射纳米膜层系统在高速钢基体上制备CrAlSiN薄膜。靶材采用纯度为99.98%的高纯Cr、Al和Si靶，靶材直径为50.8mm，工作气体Ar和反应气体N2纯度为99.999%，本底真空度为6.0×10-4Pa，工作压强为0.5Pa，基片温度350℃。工艺参数设定为负偏压200V，Cr靶溅射电流0.2A，Al靶功率100W，N2流量30sccm，Ar流量10sscm。……