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

作     者：王子嘉 李宇鑫 胡天时 田修波 巩春志 张辉 

作者机构：哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室 

出 版 物：《中国表面工程》 (China Surface Engineering)

年 卷 期：2025年

核心收录：

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金(U2241233,12075071) 黑龙江省头雁创新团队计划(HITTY-20190013) 黑龙江省自然科学基金(LH2019A014) 

主　　题：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 

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40 mm、长度120 mm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的广泛应用。