C/Cr镀层是目前研究较多可在很多领域替代电镀硬铬的镀层。这是因为碳元素的加入可与铬形成多种碳化物,镀层表现出高的硬度,在高温作用下,沉积过程中未形成碳化物的碳可进一步与铬元素反应,生成更多铬碳化合物,有效地提高C/Cr镀层的高温硬度。Wang等人的研究结果表明,与CrN及电镀硬铬相比,磁控溅射C/Cr镀层与熔融塑料形成更小的接触角,拥有更小的表面张力,更有利于模具的脱膜和清理,从而提高生产效率,因此C/Cr镀层是一种优异的模具保护材料。
铬和碳可以化合形成多种碳化物,C在Cr中固溶度很低,随着C浓度的增加,依次形成三种不同的稳定相Cr-C化合物:立方Cr23C6、正交Cr7C3和1Cr3C2。这些碳化物所具有的
特点是:在金属碳化物中,Cr3C2抗氧化能力最强,在空气中1100~1400。C才开始显著氧化;在高温条件下,仍能保持相当高的硬度。碳化物高硬度及化学稳定性,被广泛地应用于耐磨,耐蚀环境中。碳化铬镀层除了上述3种平衡碳化物和非晶碳外,Be谢logua等采用透射电镜观测到亚稳NaCI型(B1)面心立方CrCl.X相形成于离子镀制备的碳化铬镀层
中,而经过退火处理后转变为稳定的Cr3C2结构。
Cr3C2呈金属色,密度为6.689/cm3,熔点为1810。C。Cr3C2晶体强度大,硬度高,具有很好的耐磨耐蚀性。用NiCr-Cr3C2喷涂电厂锅炉炉管,管壁磨损量降低50倍,在稀硫酸溶液中是1Crl8Ni9Ti耐蚀性的30倍,特别适合于制作精密的标准块规,还可用于制造结构部件,诸如轴承、密封垫、阀门密封等。
nc.CrCx/a-C(:H)纳米复合镀层是在Cr掺杂非晶碳镀层的基础上发展起来的,旨在降低镀层残余应力,提高镀层韧性和附着性能,大部分采用反应溅射方法制备。Gassner等系统研究了反应磁控溅射制备nc.CrC。/a.C:H纳米复合镀层结构和性能的关系,基体偏压的增加引起离子轰击能量增强,使结晶度增加,晶粒尺寸增大,a-C:H剖k@sp3键增多,进而改变镀层的硬度和耐磨性能。当镀层中不含a.c:H时,纳米复合镀层具有高的磨损率和摩擦系数,而当镀层中a.C:H相的含量为64%时,纳米晶CrCx的晶粒尺寸为3.0±0.8nm,且具有相对高的sp2键,镀层具有最低摩擦系数和磨损率,分别为0.12和1.16×10’15m3/Nm。
Groudeva.zotova等通过控制铬靶和石墨靶的溅射功率,沉积了C:Cr原子比为0.08.2.40的碳化铬镀层,随着碳含量增加,观测到如下相变过程:a-Cr(C)匿]溶体--+a-Cr(C)固溶体+Cr23C6_含铬非晶碳a.C(Cr)+亚稳碳化物_CrC。/a:C纳米复合结构,具有前两种结构的镀层硬度最高,耐磨性能最佳,同时具有较低的电阻率。Hou等168j同样在磁控共溅射沉积Cr7C3中观测到基体偏压对镀层的硬度和电阻率具有显著影响,随着基体偏压由OV提高到.200V,镀层硬度从15.7GPa升高至20.4GPa,而电阻率则由826x10。6Q.cm降低至472x10‘6Q.cm。Paul等[691研究了溅射功率对射频和直流溅射Cr3C2靶沉积的碳化铬镀层结构和性能的影响,结果表明,大部分镀层具有类非晶结构,射频溅射沉积的碳化铬镀层晶粒尺寸约为40nm,略小于直流溅射沉积,而随着射频溅射功率从200W升高至500W,镀层硬度由4.7GPa线性提高至7.2GPa。Marechal等通过控制溅射工作气压和基体偏压,利用磁控溅射Cr3C2靶制备得到Cr3C2镀层,研究表明,高基体偏压和低工作气压条件下沉积的镀层最致密,而电阻率主要受氧浓度影响,不含氧的条件下,碳化铬镀层电阻率为120×10曲Q.cm,约为体材料的一半。
碳化铬镀层的硬度虽低于氮化钛镀层,但具有更好的韧性、耐磨性、抗高温氧化性和耐腐性,更高的膜基结合强度,己被广泛应用作为刀具和模具的防护涂层以及机械
部件防腐涂层和装饰用涂层。
目前,常用于C/Cr镀层制备方法有:电镀法、热反应扩散法(TRD.thermal reactivediffusion)热喷涂技术,阴极弧镀反应溅射法。物理气相沉积Cr-C具有良好的硬
度、韧性和化学稳定性。
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