王力濤，燕峰，黃新放，魏興澤，王鋒，胡素影，高旭，馮永軍，解志文，崔錄

（1.遼寧科技大學(xué)，遼寧 鞍山 114051；2. 鞍山技師學(xué)院，遼寧 鞍山 114051）

光學(xué)玻璃具有良好的熱穩(wěn)定性、優(yōu)異的透光率以及高化學(xué)惰性，在國防軍工、光電工業(yè)、醫(yī)療設(shè)備、攝影攝像等領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用[1-2]。隨著科技水平的提高，對(duì)非球面和自由曲面光學(xué)透鏡的表面質(zhì)量、面形精度和光學(xué)性能的要求越來越高。傳統(tǒng)的加工方法主要以去除材料方式為主（如超精密車削、磨削、研磨拋光等），難以加工復(fù)雜微小曲面或精細(xì)微納結(jié)構(gòu)的光學(xué)玻璃元件，加工效率與制造成本也無法滿足規(guī)?；a(chǎn)需求[3-5]。超精密玻璃模壓成形技術(shù)有效解決了這一難題，其通過將玻璃加熱到黏彈態(tài)轉(zhuǎn)變后，采用凈成形的加工方式實(shí)現(xiàn)一次加工成形，無需后續(xù)研磨、拋光等工序，在提高加工效率的同時(shí)，也改善了玻璃元件的光學(xué)質(zhì)量[6]。然而，在模壓過程中，玻璃與模具間易出現(xiàn)高溫摩擦損傷及粘著反應(yīng)，導(dǎo)致玻璃元件表面質(zhì)量降低及成形模具損壞[7-8]。如何抑制玻璃與模具間的摩擦損傷及粘著反應(yīng)，是光學(xué)玻璃精密模壓成形領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)難題之一。

在模具表面制備保護(hù)涂層是一種使用廣泛且效果顯著的措施。通過涂層成分的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可有效抑制玻璃元件與模具表面間的化學(xué)親和力，同時(shí)提高模具的耐高溫、抗氧化及耐磨損性能[9-11]。由于貴金屬涂層具有良好的化學(xué)惰性及抗氧化能力，是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的玻璃模壓模具保護(hù)涂層（如PtIr、ReIr 等），均具有良好的模壓成形效果[12-13]，但由于其成本高昂，難以進(jìn)行大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用，從而限制了玻璃模壓技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。CrWN 涂層具有良好的力學(xué)及摩擦學(xué)性能，引起了學(xué)者的廣泛關(guān)注。Lin Tainan 等人[14]發(fā)現(xiàn)CrWN 涂層在400 ℃的空氣氣氛中表現(xiàn)出了良好的熱穩(wěn)定性和防粘性能，但涂層在650 ℃的溫度下發(fā)生了嚴(yán)重的氧化損傷。T. H. Hsieh 等人[15]指出，CrWN 涂層可降低刀具的表面粗糙度，減緩切削過程中的磨損。對(duì)于玻璃模壓模具表面涂層，涂層的強(qiáng)韌性能及熱穩(wěn)定性能是非常重要的參數(shù)。為了減少氧化損傷的發(fā)生，超精密玻璃模壓通常在無氧的真空環(huán)境或惰性氣體（氮?dú)猓夥障逻M(jìn)行[16]。因此，涂層在氮?dú)鈿夥障碌母邷責(zé)岱€(wěn)定性能是決定其是否適用于玻璃模壓涂層的關(guān)鍵因素。

本文采用等離子增強(qiáng)磁控濺射工藝在WC-8%Co基體表面制備3 種不同W 含量的CrWN 涂層，利用先進(jìn)微尺度分析技術(shù)系統(tǒng)分析了不同 W 含量對(duì)CrWN 涂層微結(jié)構(gòu)、物相組成及表面質(zhì)量的影響規(guī)律。針對(duì)以氮?dú)鉃闅夥盏牟Ａ涵h(huán)境，探究了CrWN 涂層中的W 含量對(duì)涂層納米力學(xué)和熱穩(wěn)定性能的影響機(jī)制。

1 試驗(yàn)

1.1 涂層制備

采用等離子增強(qiáng)磁控濺射工藝制備CrWN 涂層。所用Cr 靶純度為99.6%，W 靶純度為99.9%。以WC-8%Co（φ20 mm×5 mm）和硅片（10 mm×5 mm）為基體。在涂層沉積之前，將基體依次置于去離子水、丙酮、無水乙醇中超聲清洗20 min。為去除基體表面的氧化層及油污，采用Ar+對(duì)表面進(jìn)行濺射清洗。在沉積涂層過程中，基體繞轉(zhuǎn)架臺(tái)中軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，速度為2 r/min，靶基距為240 mm，真空度為0.4 Pa，溫度為300 ℃，偏壓為50 V。同時(shí)向真空室內(nèi)通入高純氮?dú)夂蜌鍤猓髁烤鶠?00 mL/min。通過控制Cr靶及W 靶的功率，調(diào)節(jié)涂層成分，具體參數(shù)見表1。

表1 CrWN 涂層制備參數(shù)Tab.1 Synthesization parameters of the CrWN coating

1.2 性能測試及組織觀察

采用X 射線衍射技術(shù)（XRD, X’Pert Powder）分析涂層的物相結(jié)構(gòu)，其中掠射角為1°，掃描角度為20°～90°。涂層元素的結(jié)合價(jià)態(tài)采用X 射線光電子能譜技術(shù)（XPS, Thermo Fisher, K-Alpha+）進(jìn)行測試，首先使用Ar+對(duì)表面進(jìn)行刻蝕清洗，時(shí)間為30 s，以去除表面污染物和氧化物，然后分別對(duì)Cr2p、W4f、N1s 的結(jié)合價(jià)態(tài)進(jìn)行深入分析。采用掃描電子顯微鏡（FE-SEM, Zeiss ∑IGMA HD）分析表征涂層的表面、斷面形貌及沉積厚度，并使用其配備的能譜儀進(jìn)行元素分析。為進(jìn)一步分析涂層物相結(jié)構(gòu)與組織特征，采用聚焦離子束技術(shù)（FIB, FEI Scios）對(duì)涂層斷面組織進(jìn)行精細(xì)微納切割加工，并利用透射電鏡（TEM, FEI Titan Cubed Themis G2 300）對(duì)涂層斷面組織結(jié)構(gòu)與形態(tài)進(jìn)行微尺度分析表征。采用原子力顯微鏡（AFM, Oxford MFP-3DInfinity）對(duì)涂層表面粗糙度進(jìn)行測量，測量區(qū)域?yàn)? μm×2 μm。涂層硬度采用納米壓痕儀（Hystron TI950）進(jìn)行測量，檢測模式為連續(xù)剛度模式（CSM）。為保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，選擇涂層厚度為1/10 處為計(jì)算值，并測量5 個(gè)不同的位置，取平均值。涂層硬度和彈性模量的計(jì)算遵循Oliver-Pharr 定律。涂層的熱穩(wěn)定性測試在管式石英爐（KGL-1100D）中進(jìn)行，在熱處理過程中，向爐內(nèi)持續(xù)充入氮?dú)猓兌葹?9.9%，加熱溫度為650 ℃，升溫速率為10 ℃/min，保溫300 min。試驗(yàn)完成后，樣品隨爐冷卻至室溫后取出。

2 結(jié)果及分析

2.1 涂層成分及微結(jié)構(gòu)

CrWN 涂層的化學(xué)成分見表2。研究結(jié)果表明，隨Cr 靶功率由5000 W 降低至1600 W，涂層中的Cr元素含量（原子數(shù)分?jǐn)?shù)）由34.45%降低至15.72%，W 元素含量由20.94%增加至44.94%，N 元素含量保持在44.61%～38.68%。通過觀察3 種不同W 含量的CrWN 涂層表面形貌（如圖1 所示）可知，涂層表面呈現(xiàn)團(tuán)簇狀結(jié)構(gòu)。W1 涂層表面結(jié)構(gòu)較為疏松，含有較多孔洞和裂紋。隨W 含量的升高，涂層結(jié)構(gòu)更加致密，表面孔洞減少，團(tuán)簇尺寸增加。這是由于在涂層沉積過程中，W 原子的遷移率高于Cr 原子，當(dāng)W含量增加，CrWN 涂層整體的遷移能增加，使其更易形成穩(wěn)定的島狀團(tuán)簇組織，使得涂層缺陷減少。

表2 CrWN 涂層化學(xué)成分Tab.2 Chemical composition of the CrWN coating at.%

圖1 不同W 含量CrWN 涂層的表面SEM 形貌Fig.1 Surface SEM morphologies of the CrWN coatings with different W contents

從電子顯微鏡的表面形貌圖上觀察到W 含量高的CrWN 涂層（W2、W3）表面的島狀團(tuán)簇組織尺寸較大，但由圖2 可知，隨W 含量的升高，CrWN 涂層表面團(tuán)簇的波峰與波谷間距離呈降低趨勢，并最終趨于穩(wěn)定，其中W1 涂層表面團(tuán)簇波峰與波谷間的距離為97 nm，W2 涂層的為36 nm，W3 涂層的為37 nm，3 種涂層表面均呈現(xiàn)微小的島狀突起，W1 涂層表面（見圖2a）的團(tuán)簇突起尺寸較大，其表面粗糙度值也較高，為10.80 nm。W2 和W3 涂層中的W 含量較高，表面團(tuán)簇組織主要以原子遷移能為主而形成，減少了表面缺陷和空洞的產(chǎn)生，因此使結(jié)構(gòu)更加致密，粗糙度大幅下降，分別為2.96 nm 和2.98 nm。

圖2 不同W 含量CrWN 涂層的表面AFM 形貌Fig.2 AFM morphologies of the CrWN coatings with different W contents

不同W 含量CrWN 涂層斷面的SEM 形貌如圖3所示。從圖3 中可知，涂層與基體結(jié)合緊密，無明顯的裂紋及孔洞，涂層以柱狀晶體結(jié)構(gòu)方式生長，涂層內(nèi)部致密、無缺陷。W1、W2、W3 涂層的厚度依次為1969、1822、1810 nm。為了進(jìn)一步分析涂層的生長方式，采用透射顯微鏡觀察W2 涂層的斷面結(jié)構(gòu)，如圖4 所示。通過選區(qū)衍射電子花樣（圖4a）可知，涂層由立方結(jié)構(gòu)的CrN+W2N 相構(gòu)成，以柱狀方式生長。由圖4b 可以看到，每個(gè)柱狀晶體內(nèi)部均由層狀CrN 及W2N 交替沉積而成，其中較亮的為W2N 層，較暗的為CrN 層。通過高分辨圖像（圖4c）可知，由于W2N 與CrN 結(jié)構(gòu)的晶格尺寸非常相近，導(dǎo)致W2N 層與CrN 層界面之間呈現(xiàn)典型共格生長，并在界面處存在少量原子混合。這種連接方式可提高涂層的強(qiáng)韌性和內(nèi)聚力，對(duì)改善涂層的熱穩(wěn)定性能及結(jié)合力有明顯的促進(jìn)作用[17-18]。

圖3 不同W 含量CrWN 涂層的斷面SEM 形貌Fig.3 Cross section SEM morphologies of the CrWN coatings with different W contents

圖4 CrWN (W2)涂層的TEM 圖像Fig.4 TEM image of the CrWN (W2) coating

不同W 含量CrWN 涂層的XRD 圖譜如圖5 所示。研究發(fā)現(xiàn)，CrWN 涂層由立方面心結(jié)構(gòu)的 CrN 相（PDF#65-2899）和W2N（PDF#65-2898）相組成，這一結(jié)果與選區(qū)衍射電子花樣一致。隨涂層中W 含量的升高，所有衍射峰均向低角度偏移。這是由于在涂層形成過程中，W 原子取代了CrN 晶體結(jié)構(gòu)中的Cr 原子，形成了Cr(W)N 置換固溶體。當(dāng)W 原子含量增加時(shí)，更多的W 原子參與置換反應(yīng)，加劇了晶格畸變程度。由于W 原子半徑大于Cr 原子，因此造成了嚴(yán)重的晶格膨脹，導(dǎo)致衍射峰偏移。

圖5 不同W 含量CrWN 涂層的XRD 圖譜Fig.5 XRD patterns of the CrWN coatings with different W contents

為了進(jìn)一步確定CrWN 涂層的元素結(jié)合價(jià)態(tài)，采用X 射線光電子能譜技術(shù)對(duì)W2 涂層進(jìn)行分析，如圖6 所示。圖6a 為Cr2p 的XPS 圖譜，在574.5 eV 和583.4 eV 處分別存在Cr2p3/2 和Cr2p1/2 峰，均為Cr—N 鍵[19-20]；在576.5 eV 處和585.6 eV 處分別存在Cr—O 鍵[21]，這是由于在涂層制備過程中，Cr 原子與少量的O 原子結(jié)合，生成了Cr2O3氧化物。圖6b 為W4f 的XPS 圖譜，在31.8 eV 和33.98 eV 處分別存在W4f7/2 和W4f5/2 峰，表明W 原子以W—N鍵的結(jié)合方式存在[22-23]。同時(shí)，在36.9 eV 處存在金屬W 的化學(xué)鍵[24]，表明涂層中有微量的未結(jié)合的W單質(zhì)生成。圖6c 為N1s 的XPS 圖譜，在396.9 eV 處存在N—Cr 鍵[19]，在397.9 eV 處存在W—N 鍵[25]，在399.8 eV 處存在微弱的N—N 鍵[26]。

圖6 CrWN 涂層(W2)的XPS 圖譜Fig.6 XPS spectra of the CrWN coating (W2)

2.2 熱穩(wěn)定性能

CrWN 涂層在氮?dú)猸h(huán)境下退火300 min 后的XRD圖譜如圖7 所示。研究表明，經(jīng)高溫退火處理后，W1 涂層依然保持CrN+W2N 物相結(jié)構(gòu)，而W2 涂層發(fā)生嚴(yán)重的氧化反應(yīng)，除CrN+W2N 物相峰外，還出現(xiàn)了WO3和CrWO4物相峰。相比之下，W3 涂層中的CrN+W2N 物相峰弱化消失，只存在WO3和CrWO4物相峰，證實(shí)其表面形成了一層較厚的氧化物層。此外，研究發(fā)現(xiàn)，W3 涂層表面氧化峰的絕對(duì)強(qiáng)度較低，這與設(shè)備參數(shù)、樣品表面質(zhì)量有很大關(guān)系，但氧化峰的相對(duì)強(qiáng)度基本保持一致，表明退火過程中涂層表面發(fā)生了嚴(yán)重的氧化侵蝕損傷?；谕嘶鹎昂骕RD 涂層分析結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)，涂層中的W 元素含量與其表面氧化侵蝕反應(yīng)密切相關(guān)。當(dāng)W 元素含量較高時(shí)，CrWN 涂層表現(xiàn)出明顯的氧化反應(yīng)傾向，氧化物成分主要為WO3。然而，退火后的涂層中，沒有檢測到Cr2O3衍射峰，這是由于Cr2O3的生成溫度在650～750 ℃，而本實(shí)驗(yàn)的退火環(huán)境不足以形成大量的Cr2O3氧化物。

圖7 氮?dú)猸h(huán)境退火后CrWN 涂層的XRD 圖譜Fig.7 XRD patterns of the CrWN coatings after the annealing in N2 gas environment

退火后，不同W 含量CrWN 涂層表面的SEM 形貌和EDS 圖譜如圖8 所示。由圖8a 可以看出，退火處理的W1 涂層保持著退火前的疏松形貌特征，晶界處存在大量微孔洞。EDS 能譜分析表明，涂層表面O含量增加，N 含量略微降低，證實(shí)退火過程中涂層表面發(fā)生了輕微氧化侵蝕。圖8b 中，退火處理的W2涂層表面的團(tuán)簇狀組織形態(tài)仍清晰可見，同時(shí)伴有大量白色納米尺寸微小顆粒生成。由EDS 能譜分析可知，涂層表面O 含量進(jìn)一步增加，表明退火過程中涂層表面氧化侵蝕反應(yīng)加劇。退火處理的W3 涂層表面，團(tuán)簇形貌特征弱化，并趨近消失，如圖8c 所示。表面生成大量氧化顆粒，并伴隨形成清晰的微裂紋。EDS 圖譜分析表明，退火后，W3 涂層表面O 含量急劇增加，氮含量顯著降低，說明退火過程中涂層表層發(fā)生嚴(yán)重氧化侵蝕損傷?；赬RD 和SEM 分析結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)，涂層中W 含量對(duì)退火過程中涂層表面的抗氧化能力產(chǎn)生了重要影響。隨著W 含量的增加，CrWN 涂層中CrN+W2N 物相峰弱化，而WO3和CrWO4氧化物峰增強(qiáng)，涂層表面氧化損傷效應(yīng)加劇。

圖8 氮?dú)猸h(huán)境退火后CrWN 涂層的表面SEM 形貌和EDS 圖譜Fig.8 Surface SEM morphologies and EDS spectra of the CrWN coatings after the annealing in N2 environment

在氮?dú)鈿夥罩型嘶鸷螅珻rWN 涂層表面的AFM形貌和表面粗糙度如圖9 所示。研究發(fā)現(xiàn)，退火后，3 種不同W 含量的CrWN 涂層表面均出現(xiàn)不同程度的粗化現(xiàn)象，粗糙度均有不同程度的提高。退火處理的W1 涂層，表面粗糙度由10.80 nm 升至11.48 nm；W2 涂層的表面粗糙度由2.96 nm 提高至4.34 nm，表面未出現(xiàn)明顯溝壑起伏；W3 涂層表面粗糙度呈現(xiàn)大幅度增加，由2.98 nm 提高至25.01 nm，同時(shí)表面伴隨生成較大尺寸的顆粒物和明顯溝壑。

圖9 未退火與退火CrWN 涂層的AFM 形貌和表面粗糙度Fig.9 AFM morphologies and roughnesses of the as-deposited and annealed CrWN coatings

在氮?dú)鈿夥罩型嘶鸷螅珻rWN 涂層斷面的SEM形貌及厚度如圖10 所示。測試結(jié)果表明，退火處理的W1 涂層保持疏松柱狀結(jié)構(gòu)形貌，表面未形成明顯的氧化層，退火處理前后涂層的厚度基本保持穩(wěn)定，分別為1895 nm 和1974 nm。W2 涂層仍保持原有的柱狀組織結(jié)構(gòu)形貌，但表面形成了一層較薄的氧化層，退火前涂層厚度約為1822 nm，而退火后增加至1982 nm。相比之下，退火處理的W3 涂層，表面發(fā)生了嚴(yán)重的氧化反應(yīng)，形成了較厚的氧化層，并導(dǎo)致涂層厚度增加，由退火前的1810 nm 增至2544 nm?；谕嘶鹎昂驝rWN 涂層的XRD、SEM 和AFM 分析表征結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)，涂層中W 含量對(duì)其表面抗氧化性能、表面質(zhì)量和尺寸精度具有重要影響。先前的研究報(bào)道，氧化鉻具有致密微結(jié)構(gòu)[27]，而氧化鎢具有疏松多孔微結(jié)構(gòu)[28]，兩種氧化物結(jié)構(gòu)特征的差異，最終導(dǎo)致不同W 含量CrWN 涂層的抗氧化性能差異。其中，W1 涂層Cr 含量高，W 含量低，退火后，CrWN涂層表面瞬間氧化形成的微量致密氧化鉻能有效阻止氧化侵蝕反應(yīng)，同時(shí)也可抑制氧化鎢的形成與體積膨脹，因而表面氧化侵蝕輕微，氧化物峰幾乎檢測不到，涂層表面粗化和體積膨脹也十分輕微。然而，隨著涂層中Cr 含量降低及W 含量增加，退火過程中涂層表面形成的氧化鉻含量降低，而氧化鎢含量急劇增加。正如圖7 中XRD 結(jié)果所示，退火處理的W2 涂層表面出現(xiàn)強(qiáng)WO3和CrWO4峰，大量疏松的WO3相形成，將會(huì)誘發(fā)涂層表面氧化層的體積膨脹和表面粗化，并導(dǎo)致涂層表面粗糙度和厚度增加。W3 涂層含有更低的Cr 含量和更高的W 含量，退火過程中表面氧化層中WO3相的體積分?jǐn)?shù)更大，因此涂層表面粗糙度大幅增加，涂層體積出現(xiàn)嚴(yán)重膨脹。

圖10 氮?dú)猸h(huán)境退火后CrWN 涂層的斷面SEM 形貌及厚度Fig.10 Cross section SEM morphologies and thicknesses of the CrWN coatings after the annealing in nitrogen environment

未退火與退火CrWN 涂層的納米硬度如圖11 所示。測試結(jié)果表明，退火處理的W1 涂層的硬度略有升高，由12.9 GPa 提高至13.5 GPa。然而，退火處理后的W2 和W3 涂層發(fā)生嚴(yán)重的力學(xué)性能降解，其中W2 涂層硬度由退火前的13.7 GPa 下降至退火后的6.1 GPa，W3 涂層硬度由13.5 GPa 下降至5.2 GPa。有研究者指出，高溫真空退火處理會(huì)驅(qū)動(dòng)多元氮化物涂層的相分離與元素?cái)U(kuò)散，局域固溶強(qiáng)化效應(yīng)突出，并賦予了涂層高強(qiáng)韌性能[29-31]。根據(jù)退火前后CrWN涂層的XRD、SEM、AFM 和納米力學(xué)性能的分析表征結(jié)果，退火處理的W1 涂層表面發(fā)生輕微氧化，且未形成完整的氧化層，涂層物相結(jié)構(gòu)和形貌保持穩(wěn)定，但高溫退火過程驅(qū)動(dòng)涂層元素?cái)U(kuò)散和相分離，有效緩解了晶界應(yīng)力，并提升了固溶強(qiáng)化效應(yīng)，晶界塑性變形抗力增強(qiáng)，最終導(dǎo)致涂層硬度升高。隨著涂層中W 含量的增加，涂層表面氧化侵蝕損傷效應(yīng)加劇，退火處理的W2 和W3 涂層表面均形成了不同厚度的氧化層，氧化侵蝕反應(yīng)將極大弱化涂層的晶界固溶強(qiáng)化效應(yīng)，并最終導(dǎo)致涂層的硬度大幅降低。

圖11 未退火與退火CrWN 涂層的納米硬度Fig.11 Nano-hardness of the as-deposited and annealed CrWN coatings

總之，CrWN 涂層具有良好的表面質(zhì)量和納米力學(xué)性能，是目前極具應(yīng)用潛質(zhì)的抗粘防磨玻璃模具涂層材料之一，但涂層中W 含量是決定其微結(jié)構(gòu)和納米力學(xué)性能的關(guān)鍵因素之一。當(dāng)涂層中的W 含量較少時(shí)，涂層由粗大的柱狀晶構(gòu)成，組織內(nèi)部存在較多微孔洞等缺陷，涂層的表面粗糙度大，硬度較低，韌性較差。隨著涂層中W 含量的增加，沉積過程中W原子的遷移率低，導(dǎo)致涂層表面形成團(tuán)簇結(jié)構(gòu)，抑制微觀缺陷產(chǎn)生，提高了涂層的表面質(zhì)量，改善了涂層硬度及韌性。然而，面向光學(xué)玻璃超精密模壓成形過程中氮?dú)夤に嚉夥?，CrWN 涂層中的W 含量也是決定其熱穩(wěn)定性及抗氧化性的關(guān)鍵因素。當(dāng)涂層中的W含量較少時(shí)，退火過程中涂層表面氧化侵蝕反應(yīng)、表面粗化和體積膨脹十分輕微，熱驅(qū)動(dòng)效應(yīng)也導(dǎo)致涂層的硬度略有提升。隨著涂層中W 含量的增加，涂層表面的氧化損傷效應(yīng)加劇，氧化物層中 WO3和CrWO4相的體積分?jǐn)?shù)也逐漸增大，并最終導(dǎo)致涂層表面粗化和體積膨脹逐步加劇，力學(xué)性能降解現(xiàn)象突出。本研究結(jié)果表明，CrWN 涂層中W 含量與其表面抗氧化侵蝕能力密切相關(guān)，而氧化侵蝕也是導(dǎo)致模壓涂層表面粗化、體積膨脹和力學(xué)降解的重要誘因之一。因此，從玻璃元件形性調(diào)控與模具涂層長壽命服役考慮，有效抑制氮?dú)鈿夥漳涵h(huán)境“微量氧化侵蝕”是光學(xué)玻璃超精密模壓成形制造領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。

3 總結(jié)

本文采用等離子增強(qiáng)磁控濺射工藝，制備了不同W 含量的CrWN 涂層，利用先進(jìn)微尺度分析技術(shù)，系統(tǒng)探究了W 含量對(duì)涂層熱納米力學(xué)性能及高溫?zé)岱€(wěn)定性的影響，得出以下主要結(jié)論：

1）CrWN 涂層由fcc-CrN 和fcc-W2N 相構(gòu)成，隨著W 含量的升高，硬度逐漸增加，表面粗糙下降，并趨于穩(wěn)定。

2）當(dāng)W 含量較低時(shí)，退火的CrWN 涂層表面氧化侵蝕反應(yīng)、表面粗化和體積膨脹輕微，表面硬度略有提升。隨著W 含量的升高，退火的CrWN 涂層與氣氛中的雜質(zhì)氣體反應(yīng)加劇，導(dǎo)致表面氧化侵蝕嚴(yán)重，氧化層厚度增加，其表面粗化、體積膨脹和力學(xué)降解嚴(yán)重。

3）CrWN 涂層作為光學(xué)玻璃精密模壓成形模具表面涂層時(shí)，應(yīng)在高真空度或高純惰性氣體環(huán)境下工作，避免發(fā)生嚴(yán)重的氧化反應(yīng)，導(dǎo)致摩擦及粘著損傷。

4）CrWN 涂層中的W 元素含量是決定其納米力學(xué)性質(zhì)及熱穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。