對鋁合金表面鍍CrNx多層膜特性分析

2008-12-01 李劍鋒大連交通大學(xué)

多層膜的相結(jié)構(gòu)

利用X 射線衍射儀分析多層膜的相結(jié)構(gòu)(圖1) ,電弧離子鍍主要由CrN、Cr2N 和Cr 組成, 膜層以Cr2N(111)為擇優(yōu)取向, 鋁基體的衍射峰很強(qiáng),鋅層薄而且鋅,鎳和衍射儀銅靶原子序數(shù)靠近, 鋅層和晶化的鎳磷幾乎沒有衍射峰, 采用電子探針的面掃描如圖1, 對比可知鋅全部覆蓋整個(gè)鋁合金表面;圖中為鎳磷的非晶峰, 經(jīng)過250℃ 退火后鎳磷發(fā)生晶化轉(zhuǎn)變。

圖1 多層膜的X 射線衍射譜

多層膜的形貌與厚度

從電子探針EPMA 所得到的直觀圖形可知,圖2(a)和(b)中白色點(diǎn)為基體試樣浸Zn 前后表面含Zn 的分布,對比可知浸Zn 后的鋁合金表面,Zn層分布均勻, 幾乎覆蓋了整個(gè)鋁合金表面; 圖3為浸Zn 后的表面形貌圖, Zn 層致密分布,由于是化學(xué)鍍,Zn 的晶粒尺寸比較大, 表面凸凹不平, 但是可以為后面的化學(xué)鍍鎳形成機(jī)械咬合作用, 經(jīng)過退火后更容易互滲。這一點(diǎn)也可以從截面形貌看出,Zn 層很薄(0.5um)并且Zn 層和鎳層擴(kuò)散互滲,截面已經(jīng)很難分辨。

圖2 (a) 浸Zn 的后表面Zn 元素成分分布EPMA
(b) 基體試樣的Zn 元素表面成分分布EPMA

圖3 浸Zn 后的表面形貌圖EPMA 截面形貌圖(SEM)

圖4(a)和(b)分別為化學(xué)鍍鎳退火前后的表面形貌, 從X 射線衍射圖可知, 退火前化學(xué)鍍鎳磷層為非晶結(jié)構(gòu), 分布均勻, 顆粒較小且表面有許多小的凹坑, 250℃ 退火后鎳磷發(fā)生了晶化轉(zhuǎn)變, 顆粒長大, 少量顆粒甚至合并,凹坑減少,更加致密。