第十五届全国表面工程青年学术会议

氮化物涂层凭借优异的力学性能、热稳定性与耐磨防腐特性，已成为高端装备核心运动部件表面防护的关键材料。磁控溅射技术因沉积温度低、膜层均匀性好、工艺可控性强，是氮化物涂层工业化制备的主流技术。然而磁控溅射中等离子体行为与涂层原子级生长的跨尺度关联缺失，致使工艺优化高度依赖经验。基于此，本研究以典型氮化物CrN涂层为研究对象，构建了耦合等离子体放电、靶材溅射与输运、分子动力学涂层生长的全流程自洽多尺度模拟框架，结合系统的微观表征、力学与摩擦学性能测试及朗缪尔探针等离子体诊断，系统揭示了不同工艺参数通过调控等离子体放电状态对涂层微观结构演化与服役性能的调控机制。研究明确了不同磁场平衡度、气压、靶功率、偏压条件下，离子-原子能量比E_ion、沉积原子能量 E_sp对涂层生长的决定性作用。研究表明，离子轰击作用与沉积原子能量变化在各工艺条件下表现出不同的演化规律，但充足的离子轰击和原子能量可以显著提高原子迁移能力，使原子在涂层成核初期呈现层状结构生长，涂层表现出低粗糙度、高耐磨性；反之则表现为岛状结构生长，结构疏松，涂层性能不佳。本研究通过多尺度模拟结合实验，明确了磁控溅射中能量传递机制，为氮化物的可控优化提供了理论基础与共性方法。

磁控溅射；多尺度模拟；等离子体放电模拟；EPA；涂层生长