外加辅助阳极的高功率脉冲磁控溅射管内Cr涂层制备及其性能分析.pdfVIP

第38卷第1期中国表面程Vol.38No.1

2025年2月CHINASURFACENGINEERINGFeb.2025

doi:10.11933/j.issn.1007-9289.20240109001

外加辅助阳极的高功率脉冲磁控溅射管内

Cr涂层制备及其性能分析

王子嘉李宇鑫胡天时田修波巩春志张辉

（哈尔滨工业大学材料结构精密焊接与连接全国重点实验室哈尔滨150000)

摘要：工业生产中管筒件内表面的工作环境恶劣，对腐蚀和磨损等方面的性能有更高要求。为改善管筒件的内表面性能，采

用管尾添加辅助阳极的高功率脉冲磁控溅射（HiPIMS）技术对内径40mm、长度120mm碳钢管进行内壁Cr涂层制备。探

究辅助阳极电压对Cr靶放电特性和管内Cr沉积的可达深度、相结构及其力学性能的影响规律，分析外加辅助阳极后管内等

离子体分布情况，并建立理论模型。结果表明，较高的辅助阳极电压下，基体电流有所增加，特别在管尾位置处。随着辅助

阳极电压升高，管内Cr沉积可达深度整体提高，膜层致密度提升。Cr膜的涂层硬度和弹性模量均随着辅阳电压的提高先上

升后下降。当辅助阳极电压40V时，Cr涂层可达深度最好，具有最高的硬度和弹性模量。在HiPIMS放电条件下，辅助阳

极可以通过牵引电子实现对等离子体定向输运的调控，并显著提高管尾等离子体密度。实现了在管筒件内表面沉积Cr涂层，

满足了管筒件内表面在恶劣环境下广泛应用的需求。

关键词：高功率脉冲磁控溅射；管内壁镀膜；辅助阳极；等离子体分布；可达深度

中图分类号：TB43

PreparationandSurfacePropertiesofCrCoatingsinHigh-power

PulsedMagnetronSputteringTubeswithExternalAuxiliaryAnode

WANGZijiaLIYuxinHUTianshiTIANXiubo

GONGChunzhiZHANGHui

(StateKeyLaboratoryofPercisionWeldingandJoiningofMaterialsandStructures,

HarbinInstituteofTechnology,Harbin150000,China)

Abstract:Theworkingenvironmentoftheinnersurfacesoftubesinindustrialproductionisharsh,necessitatinghigherperformance

againstcorrosion,friction,andwear.Toimprovethepropertiesoftheinnersurfacesoftubeandbarrelparts,ahigh-powerimpulse

magnetronsputtering(HiPIMS)coatingmethodwithanauxiliaryanodeisproposed.Theauxiliaryanodewasfirstplacednearthe

tubetailtoattractplasmaintotheinnerpartofthetube.Chromium(Cr)coatingwasthendepositedontheinnerwallofacarbonsteel

tubewithadiameterof40mmandalengthof120mm.Theeffectsoftheauxiliary