碳纤维增强聚合物（CFRP）复合材料因其出色的比强度、比模量和结构设计性，已成为航空航天、新能源等高端工程领域中的关键轻质结构材料[1]、[2]、[3]。然而，其固有的电绝缘性和表面化学惰性严重限制了其在需要电导率、电磁屏蔽或电子互连功能的应用中的使用[4]、[5]。为了解决这一核心问题，通过表面金属化在CFRP基体上制备高粘附力的金属涂层已成为先进材料表面工程的研究热点。在各种金属化技术中，磁控溅射因其沉积温度低、薄膜纯度高以及与聚合物基体兼容性好等优点，成为实现高性能CFRP金属化的最有前景的方法之一[6]、[7]、[8]。
尽管磁控溅射在材料表面改性方面具有显著的技术优势，但直接在碳纤维增强聚合物（CFRP）基体上沉积铜（Cu）涂层仍面临一个关键瓶颈：界面粘附力不足[9]。这一长期存在的挑战主要源于CFRP和Cu之间的物理化学性质差异较大。具体来说，CFRP的低表面能[10]和高化学惰性使得其与Cu原子形成稳定化学键变得困难。此外，CFRP和Cu之间的热膨胀系数差异较大，在沉积过程和使用环境中会产生显著的热应力，导致涂层开裂、分层或界面失效[11]、[12]、[13]、[14]。此外，CFRP树脂基体释放的挥发性有机化合物可能会污染基体与涂层之间的界面，而CFRP粗糙多孔的表面结构也阻碍了均匀、致密、高质量Cu膜的形成[15]。引入功能性中间层已被广泛认为是增强磁控溅射金属涂层与聚合物基体之间界面结合的有效且可行的策略。理想的中间层应满足三个关键要求：与CFRP基体具有强界面粘附力、与上层Cu层具有优异的热力学兼容性，以及良好的应力缓解能力以减轻热失配[16]、[17]、[18]。在候选材料中，钛（Ti）和铬（Cr）特别适合用于CFRP的金属化。Ti具有较高的化学反应性，能够容易地与CFRP表面的碳和氧物种形成牢固的Ti-C和Ti-O共价键，从而增强界面相互作用[19]、[20]、[21]、[22]；Cr具有高硬度、良好的与碳材料的润湿性，并能在界面形成稳定的铬碳化物，提供可靠的机械互锁[23]、[24]。然而，目前的研究主要集中在单独的Ti或Cr中间层在传统聚合物基体上的应用。对于异质且复杂的CFRP体系，关于Ti和Cr中间层如何调节磁控溅射Cu涂层的相组成、微观结构、界面特性、耐腐蚀性和粘附强度的系统深入研究仍然不足[25]、[26]。这一研究空白显著限制了高性能结构-功能集成CFRP复合材料的合理设计和工程应用。
本研究旨在系统比较和阐明Ti和Cr中间层对CFRP基体上磁控溅射Cu涂层微观结构和宏观性能的影响机制，重点揭示中间层材料对Cu涂层性能优化的调控规律。通过定制的三步磁控溅射工艺制备了三种样品组：纯Cu涂层、Ti中间层Cu涂层和Cr中间层Cu涂层。采用高精度技术（包括X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和能量色散X射线光谱（EDS）对涂层的相组成、表面形貌和元素分布进行了表征。此外，还通过表面粗糙度测量、盐雾腐蚀测试、横截面切割测试和剥离粘附测试对涂层的表面特性、耐腐蚀性和界面粘附力进行了系统性能评估。这项工作有望为CFRP金属化过程中中间层材料的合理选择提供坚实的理论基础和技术参考，进一步推动高性能结构-功能集成CFRP复合材料的发展和工程应用。
