所属栏目：新闻中心发布时间：2026-04-14浏览量:516
辽宁科技大学材料与冶金学院由琪团队在《中国表面工程》期刊发表题为《磁控溅射CrN-PEI结合强度与耐磨性增强调控》的论文。该研究针对手机镜头保护盖所用芳香族高分子聚合物聚醚酰亚胺(PEI)耐磨性不足的痛点，采用磁控溅射技术在PEI基体表面沉积氮化铬(CrN)涂层，通过调控靶-基距及沉积时间，成功解决了硬质涂层与软基体间结合力差的难题，显著提升了材料的力学性能与耐磨性，为PEI在精密电子器件防护领域的应用提供了关键技术支撑。
聚醚酰亚胺(PEI)虽具备优良的热稳定性和阻燃性，但其作为手机镜头保护盖时，表面硬度与耐磨性短板明显。传统硬质涂层直接沉积在软质高分子表面时，常因膜-基界面结合强度不足而导致涂层剥落。为此，研究团队创新性地利用闭合非平衡脉冲磁控溅射技术，在PEI表面构建了“纯Cr过渡层+C rN涂层”的复合结构，并重点探究了靶-基距对涂层微观结构与性能的影响机制。
研究结果表明，靶-基距的缩短是提升涂层质量的关键。当靶-基距从18 cm缩短至13 cm时，基体表面离子轰击密度显著增大，有效消除了涂层表面的针孔与颗粒边界缺陷。更重要的是，高能离子的连续轰击使PEI表面形成了一层硬化层，其模量和硬度从未处理时的4.4 GPa和0.35 GPa大幅提升至平均10.2 GPa和2.2 GPa。这层硬化层与纯Cr过渡层(模量224.9 GPa、硬度19.77 GPa)及CrN涂层(模量307.3 GPa、硬度26.22 GPa)之间，形成了一个平滑的模量与硬度梯度过渡区。
这种梯度结构极大地缓解了硬质涂层与软基体之间巨大的力学性能差异，显著增强了两者的协同形变能力。实验数据显示，经过优化工艺制备的CrN涂层，其磨损率从PEI基体的10^{-4} , ext{mm}^3 cdot ext{N}^{-1} cdot ext{m}^{-1}降低了一个数量级，达到10^{-5} , ext{mm}^3 cdot ext{N}^{-1} cdot ext{m}^{-1}量级。同时，膜-基结合强度与耐磨性均实现质的飞跃。
该研究不仅阐明了离子轰击诱导聚合物表面硬化对改善膜-基结合力的作用机理，更为高性能聚合物基防护涂层的设计与制备提供了重要的理论依据和工艺指导，使PEI材料作为高端手机镜头保护盖的大规模应用成为可能。