对铝合金表面镀CrNx多层膜特性分析

多层膜的相结构

       利用X 射线衍射仪分析多层膜的相结构(图1) ,电弧离子镀主要由CrN、Cr2N 和Cr 组成, 膜层以Cr2N(111)为择优取向, 铝基体的衍射峰很强,锌层薄而且锌,镍和衍射仪铜靶原子序数靠近, 锌层和晶化的镍磷几乎没有衍射峰, 采用电子探针的面扫描如图1, 对比可知锌全部覆盖整个铝合金表面;图中为镍磷的非晶峰, 经过250℃ 退火后镍磷发生晶化转变。

图1 多层膜的X 射线衍射谱

多层膜的形貌与厚度

      从电子探针EPMA 所得到的直观图形可知,图2(a)和(b)中白色点为基体试样浸Zn 前后表面含Zn 的分布,对比可知浸Zn 后的铝合金表面,Zn层分布均匀, 几乎覆盖了整个铝合金表面; 图3为浸Zn 后的表面形貌图, Zn 层致密分布,由于是化学镀,Zn 的晶粒尺寸比较大, 表面凸凹不平, 但是可以为后面的化学镀镍形成机械咬合作用, 经过退火后更容易互渗。这一点也可以从截面形貌看出,Zn 层很薄(0.5um)并且Zn 层和镍层扩散互渗,截面已经很难分辨。

图2 (a) 浸Zn 的后表面Zn 元素成分分布EPMA
(b) 基体试样的Zn 元素表面成分分布EPMA

图3 浸Zn 后的表面形貌图EPMA 截面形貌图(SEM)

       图4(a)和(b)分别为化学镀镍退火前后的表面形貌, 从X 射线衍射图可知, 退火前化学镀镍磷层为非晶结构, 分布均匀, 颗粒较小且表面有许多小的凹坑, 250℃ 退火后镍磷发生了晶化转变, 颗粒长大, 少量颗粒甚至合并,凹坑减少,更加致密。

图4 (a) 化学镀镍的表面形貌图(SEM) (b) 化学镀镍后退火250℃ 的表面形貌图