7A04铝合金表面DLC薄膜制备及性能研究

为提高7A04铝合金的表面性能,利用射频辅助等离子体浸没离子注入与沉积设备,在其表面制备类金刚石(DLC)薄膜。由于DLC薄膜与铝合金基体力学性能差别较大,导致膜基结合力差。本研究采用非平衡磁控溅射技术预先沉积一层Si膜,作为过渡层改善膜基结合力;利用激光拉曼光谱仪、维式显微硬度计、纳米划痕仪、摩擦磨损试验机等设备,系统分析了薄膜结构、显微硬度、膜基结合力及耐磨损性能。结果表明,Si过渡层的制备提高了基体的承载能力和膜基结合力,进而使耐磨损性能得到大幅度提高。     

SiC/DLC过渡层对类金刚石薄膜力学性能的影响

采用等离子体浸没离子注入及沉积技术在钛合金(Ti6Al4V)表面制备了类金刚石薄膜和含有SiC/DLC过渡层的类金刚石薄膜。采用拉曼光谱及扫描电子显微镜分析了薄膜的成分和结构,并利用超显微硬度计、薄膜结合力测试仪和往复式摩擦实验机研究了薄膜的硬度、韧性、膜/基结合力和耐磨性。研究结果表明,SiC/DLC过渡层可以提高钛合金(Ti6Al4V)表面类金刚石薄膜的韧性及膜/基结合力,与未制备过渡层的类金刚石薄膜相比,含有SiC/DLC过渡层的类金刚石薄膜的耐磨性明显提高。     

类金刚石薄膜固-液复合润滑体系真空摩擦学性能研究

为了改善类金刚石(DLC)膜在真空环境下的摩擦磨损性能,以满足其在航天领域的应用需求。本文通过离子注入与沉积技术制备了显微硬度高于20 GPa、膜基附着力大于200 mN的掺钨DLC膜,并探讨了该薄膜与几种常用的真空润滑油脂:聚α-烯烃(PAO,201润滑油)、全氟聚醚(Z25)、LH201、Braycote 601EF、Braycote 602EF复合润滑体系的真空摩擦学性能。结果表明:DLC基固-液复合润滑体系能够有效改善DLC膜在高真空条件下的快速失效问题,是DLC膜在高真空环境下的一种有效延寿途径。相较于601EF、602EF,DLC-LH201复合润滑体系具有更好的真空摩擦磨损性能。     

中间层类型对类金刚石涂层键合结构和性能的影响行为

采用阴极电弧离子镀和等离子体增强化学气相沉积(PECVD)相结合的技术方法,在304不锈钢基体上分别沉积制备了Ti/DLC和Ti/Ti N/Ti Al N/DLC复合涂层。选用原子力显微镜、拉曼光谱对涂层的形貌和结构进行表征测试。同时,利用显微硬度计、划痕测试仪系统地分析了涂层的显微硬度和界面结合性能,并研究了其摩擦磨损行为。研究结果表明:Ti/Ti N/Ti Al N/DLC复合涂层体系具有较高硬度(~2130HV)的同时结合性能最优(结合力~53.7 N),抗磨损能力最强。在相同试验条件下,无涂层的基体摩擦系数为0.45,单层DLC、Ti/DLC和Ti/Ti N/Ti Al N/DLC涂层的摩擦系数则分别为0.15、0.12和0.07。Ti/Ti N/Ti Al N/DLC复合涂层可有效提高304不锈钢的耐磨损性能,降低摩擦系数。     

过渡层对TC4钛合金基类金刚石多层薄膜磨损特性的影响

在钛合金(TC4)表面制备类金刚石(DLC)薄膜是提高其耐磨损性能和使用寿命的一种有效方法。本文采用磁过滤阴极弧源技术在钛合金表面上制备软硬相间的类金刚石多层薄膜、Ti和Ti/TiC过渡层组成的类金刚石多层薄膜。利用光学显微镜和扫描电镜分析多层膜表面外观形态,并使用台阶仪、纳米压痕仪、摩擦实验机等分析多层膜的残余应力、纳米硬度、膜基结合力和摩擦磨损特性。研究结果表明：DLC多层薄膜的残余应力均低于单层DLC薄膜,残余应力从12.63 GPa降低到6.21 GPa,增加Ti/TiC过渡层的DLC多层薄膜的残余应力最小。压痕结合力研究结果表明,加入Ti/TiC过渡层的DLC多层薄膜的结合状况得到了显著提高。Ti/TiC过渡层构成的类金刚石多层薄膜,有较大的硬度和良好减摩耐磨性能。试验结果将为TC4钛合金基体上制备硬质耐磨损DLC多层薄膜提供技术方案和理论依据。     

钛合金表面Ti-TiN-Zr-ZrN多层膜制备及性能

采用多靶位真空阴极电弧沉积技术,在TC11钛合金表面制备24周期的Ti-TiN-Zr-ZrN软硬交替多元多层膜。用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、结合力划痕仪、球-盘摩擦磨损试验仪、砂粒冲刷试验仪和3D表面形貌仪,研究多层膜的表面及截面形貌、相结构、厚度、硬度、膜/基结合力、摩擦磨损性能和抗砂粒冲蚀性能。结果表明:所制备TiTiN-Zr-ZrN多层膜厚度约为5.8μm,维氏显微硬度为28.10GPa,膜基结合力为56N;TC11钛合金表面镀多层膜后耐磨性提高了一个数量级,体积磨损率由7.06×10~(-13) m~3·N~(-1)·m~(-1)降低到3.03×10~(-14) m~3·N~(-1)·m~(-1);多层膜软硬层交替的结构,受砂粒冲蚀时裂纹扩展至金属软层时应力的缓冲而出现偏转,对TC11钛合金有良好的抗砂粒冲蚀保护作用。     

铝基复合材料表面多层复合厚膜的研究

对含50%AlN颗粒的铝基复合材料进行预处理后,在其表面依次采用浸锌化学镀镍工艺制备Ni-P过渡层,采用脉冲偏压磁过滤多弧离子镀工艺沉积硬质Ti/TiN调制周期膜,采用脉冲等离子体化学气相沉积工艺制备含氢类金刚石(DLC)膜等工艺最后形成了多层复合薄膜体系。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、光谱仪、原子力显微镜、微载荷显微硬度仪、摩擦磨损试验机等设备分析了复合薄膜的组织结构、膜层形貌、截面形貌、显微硬度和摩擦系数等性能特点。测试表明:铝基复合材料/Ni-P层/Ti/TiN调制周期膜/含氢DLC膜这一梯度膜系具有结构交替变化,相邻界面形成混合层,性能梯度分布,硬度逐渐增加,摩擦系数小的特点。该复合工艺能够有效地解决铝基复合材料上制备硬质厚膜的热适配和晶格错配度大的难题,制备薄膜具有良好的膜基结合性能。     

PBII制备TiNx/DLC多层膜的结构及摩擦学性能

采用等离子体基离子注入技术在30CrMnSi钢上制备了TiNx/DLC多层膜，通过X射线光电子谱和激光喇曼光谱测试分析了膜的结构特征，TiNx/DLC膜大气下的摩擦性能和在球盘式摩擦磨损试验机上进行。结果表明：DLC膜的结构强烈依赖于基权脉冲偏压，－5kV制得的DLC膜具有较多的C－H键结构，因而硬度最低，仅有8.3GPa；而-15kV的DLC膜由于含有较多的sp^3键，获得了最高的显微努氏硬度（23.6GPa)。DLC膜与GCr15钢球大气下的摩擦因数为0.17左右，其磨损性能由于TiNx，过渡层引入而显著提高。     

类金刚石碳膜的结构特性与耐磨性能

采用双离子束增强沉积（IBED）和离子束直接沉积（IBD）技术，在CHn 能量为200~550eV和3～25keV范围内沉积的类金刚石薄膜具有光滑平坦的表面和非晶结构。X光电子谱和Raman光谱分析、以及显微硬度测量的结果表明，随着轰击离子能量的降低，薄膜的金刚石特性增强；在200～550eV能量范围内制备的DLC膜具有明显的sp3键特征和很高的显微硬度。沉积在GCr15钢上的DLC膜与GCr15钢的摩擦学对比实验表明，DLC膜具有很低的摩擦系数、比磨损率和高的抗磨损指数，这证明采用上述两种方法制备的DLC膜具有优良的抗摩擦磨损性能。     

钛过镀层对类金刚石薄膜的膜基结合力以及摩擦学性能的影响

采用双弧磁过滤真空弧源,在钴铬合金基体上成功地沉积了Ti/DLC多层膜,其钛过渡层利用不同的负偏压来制备.利用纳米划痕法来评价薄膜的膜基结合力,类金刚石薄膜的摩擦性能在销盘式摩擦磨损试验机进行测试.划痕法的结果均表明,增加钛的过镀层后薄膜的结合状况得到明显的改善,纳米划痕法测试膜基结合力表明其临界载荷可达到740mN,摩擦磨损实验可以看出镀膜后的样品的摩擦系数均在0.1左右,DLC薄膜可极大地改善钴铬合金的摩擦学性能.     

多弧离子镀制备TiN/TiAlN多层薄膜性能研究

采用多弧离子镀技术选取钛靶电流分别为60A、70A、80A和基体偏压分别为-240V、-300V、-360V在高速钢基体上制备Ti N/Ti Al N多层薄膜。使用划痕仪、显微硬度计、摩擦磨损试验机和马弗炉对膜层的膜基结合力、显微硬度、摩擦磨损性能和热震性能进行检测。结果表明:在钛靶电流为70A和基体偏压为-240V时膜基结合力最高,同时显微硬度也较高;在基体偏压为-300V的条件下,钛靶电流为70A时的摩擦系数最小,其耐磨性能良好;基体偏压为-240V时的抗热震性能良好。     

镁合金表面类金刚石膜的研究进展

类金刚石碳(DLC)膜具有高硬度、低摩擦系数、强化学惰性及生物相容性好等优异性能,镁合金表面制备DLC膜可极大地改善基体的使用性能。综述了采用不同制备技术在镁基体表面获得的多种DLC膜系的抗磨损及耐腐蚀性能,并展望了DLC膜表面改性镁合金的医用前景,指出镁合金表面制备DLC膜是其表面改性技术中具有前景的一个研究方向。     

镁合金表面类金刚石膜的研究进展

类金刚石碳（DLC）膜具有高硬度、低摩擦系数、强化学惰性及生物相容性好等优异性能，镁合金表面制备DLC膜可极大地改善基体的使用性能。综述了采用不同制备技术在镁基体表面获得的多种DLC膜系的抗磨损及耐腐蚀性能，并展望了DLC膜表面改性镁合金的医用前景，指出镁合金表面制备DLC膜是其表面改性技术中具有前景的一个研究方向。     

不锈钢表面沉积DLC膜的结构和性能

应用线性离子束复合磁控溅射技术在不锈钢和硅片基体上制备DLC膜,研究了基体偏压和过渡层的厚度和结构对DLC薄膜结构和性能的影响。结果表明,在过渡层相同偏压为-200 V的条件下,薄膜中的sp3键含量更低,但是薄膜结构致密性的提高使其硬度和膜基结合力反而提高;在偏压为-200V的条件下,随着过渡层厚度及层数的增加DLC薄膜中sp3含量均降低,同时过渡层和多层薄膜的硬度减小;在偏压为-100V条件下,过渡层厚度和层数对DLC薄膜sp3的含量没有明显的影响。当过渡层厚度为1.7μm、结构为Cr/CrC时,在11Cr17不锈钢基体上可制备出厚度为4.92μm、硬度为29.4 GPa、摩擦系数小于0.1、结合力高于70 N综合性能最佳的DLC薄膜。     

中频磁控溅射沉积DLC/TiAlN复合薄膜的结构与性能研究

采用中频非平衡磁控溅射沉积工艺,并施加霍尔离子源辅助沉积,在高速钢W18Cr4V及单晶硅基体上制备了梯度过渡的DIE/TiAlN复合薄膜.利用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、显微硬度计、摩擦磨损仪等分析检测仪器对DLC/TiAlN复合薄膜的表面形貌、晶体结构、显微硬度、耐磨性等性能进行了检测分析.实验及分析结果表明:DLC/TrAlN薄膜平均膜厚为1.1μm,由于薄膜中的Al含量较多,使得复合薄膜的表面比DLC薄膜的表面要粗糙一些;通过对复合薄膜表层的XPS分析可知,ID/IG为2.63.由XPS深层剖析可知,DLC/TiAlN薄膜表层结构与DLC薄膜基本相同,里层则与TiAlN薄膜相似.在梯度过渡膜中,复合膜层之间的界面呈现为渐变过程,结合的非常好.DLC/TiAlN薄膜的显微硬度为2030 HV左右.与DLC薄膜显微硬度接近,低于TiAlN薄膜的显微硬度.但是DLC/TiAlN薄膜的耐磨性要好于TiAlN薄膜和DLC薄膜;DLC/TiAlN薄膜的耐腐蚀性能略好于DLC薄膜.     

微量Al掺杂对TiN微观结构及性能的影响

采用离子辅助增强磁控溅射与离子蒸发镀二元组合源设备在高速钢基体沉积出微量Al掺杂的TiN涂层(Al-TiN),利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计对涂层的组成成分、相结构、膜基结合力及显微硬度进行了分析;用摩擦磨损实验机及台阶仪分析了薄膜的摩擦磨损性能。研究了微量Al掺杂对薄膜的微结构及性能的影响。结果表明,TiN涂层中微量Al的存在使涂层的膜基结合力、耐摩擦磨损性能得到明显改善。     

微量Al掺杂对TiN微观结构及性能的影响

采用离子辅助增强磁控溅射与离子蒸发镀二元组合源设备在高速钢基体沉积出微量Al掺杂的TiN涂层(Al-TiN),利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计对涂层的组成成分、相结构、膜基结合力及显微硬度进行了分析;用摩擦磨损实验机及台阶仪分析了薄膜的摩擦磨损性能。研究了微量Al掺杂对薄膜的微结构及性能的影响。结果表明,TiN涂层中微量Al的存在使涂层的膜基结合力、耐摩擦磨损性能得到明显改善。     

15-5PH不锈钢表面多弧离子镀高结合性能TiN膜层研究

多弧离子镀方法在15-5PH不锈钢材料表面制备结合力、硬度和致密性高的TiN涂层,提高材料表面硬度和抗高温氧化性能。分析结果显示过渡层成分、预热温度、工作气压及负偏压等主要参数对膜层性能影响明显。得到Ti为过渡层时,预热250℃,气压3.0Pa,600V偏压镀膜工艺参数最佳,制备的膜基结合力高于60N,表面硬度>1200HV0.05,膜层表面大液滴密度尺寸最低。膜层表面显微硬度、膜层沉积速率和膜基结合力随工作气压升高不同程度地先升高后降低。     

Ni-P-PTFE复合镀层结构及性能的研究

运用电子显微分析、X射线衍射等现代分析技术研究了热处理温度对复合镀层的表面形貌、内部结构、附着力和显微硬度的影响 ;利用自制的多功能摩擦磨损试验机和超高真空环模设备评价了复合镀层的摩擦学性能和冷焊效应。研究结果证明 :镀态下Ni_P_PTFE复合镀层属于非晶结构 ,经 4 0 0℃热处理后基本完成了晶态的转变 ;在试验温度范围内 ,镀层的显微硬度和附着力随热处理温度的升高而提高 ;镀层在大气与真空中的耐磨寿命相近 ,在超高真空中不发生冷焊 ,可应用于空间环境     

脉冲真空弧源沉积类金刚石薄膜耐磨特性研究

本文利用脉冲真空弧源沉积技术在Cr17Ni14Cu4不锈钢和Si(100)基体上制备了类金刚石(DLC)薄膜,研究在不同基体偏压下,DLC薄膜的结构与性能.采用拉曼光谱和X射线光电子能谱(XPS)研究DLC薄膜的原子结合状态,利用CSEM销盘摩擦磨损试验机研究其耐磨性,利用HXD1000B显微硬度仪测试其显微硬度,并采用压痕法评价其结合力.研究结果表明:DLC薄膜与基体结合牢固.随着基体偏压的提高,DLC薄膜内sp3键含量增大,薄膜硬度提高.Cr17Ni14Cu4不锈钢表面沉积DLC薄膜后,耐磨性大幅度提高,本文探讨了DLC薄膜的耐磨机理.