Cr及Cr-Ni掺杂对不同偏压下TiAlN薄膜性能的影响

为了使4Cr13不锈钢表面性能得到更好的优化和获得镀膜最佳的偏压工艺,在不同的偏压工艺下,采用多弧离子镀技术和磁控溅射技术在4Cr13不锈钢表面沉积掺杂Cr和同时掺杂Cr、Ni的TiAlN薄膜.采用附着力自动划痕仪研究不同偏压条件下薄膜与基体的结合力,采用扫描电子显微镜观察和分析薄膜的表面形貌,采用XRD技术检测薄膜的相结构,采用显微硬度计测量薄膜的显微硬度.结果表明:适当的偏压可以提高薄膜的硬度和结合力,在偏压为-250 V时,薄膜的表面硬度达到最大值2 259 HV0.1 N,结合力为36 N;并且掺杂Ni元素能够起到增强膜基结合力的效果.     

类金刚石薄膜在不锈钢表面结合强度及耐腐蚀性研究

类金刚石(DLC)薄膜与不锈钢的结合强度是DLC薄膜应用于血管支架表面改性的关键技术问题.利用磁过滤阴极真空弧源沉积方法在316L不锈钢表面沉积DLC薄膜,研究沉积时基体偏压、薄膜厚度以及钛过渡层对DLC薄膜与基体结合强度的影响.研究结果表明,316L表面制备相同厚度的DLC薄膜,采用-1000V脉冲偏压制备的薄膜结合强度明显优于-80V直流偏压下制备的DLC薄膜;随着DLC薄膜厚度的增大,DLC薄膜与316L基体的结合力下降;316L不锈钢表面制备一层100nm的钛过渡层之后可以改善DLC薄膜的结合状况,并且经过20%的拉伸变形后,DLC薄膜完整,耐蚀性优于未表面处理的316L不锈钢.以上研究结果表明,磁过滤阴极真空弧源方法制备DLC薄膜与316L结合强度高,可以有效的提高316L的耐腐蚀性,是一种具有应用前景的血管支架表面改性方法.     

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.     

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。     

05Cr17Ni4Cu4Nb材料表面QPQ处理工艺的研究

为了提高05Cr17Ni4Cu4Nb材料的耐磨性,延长其使用寿命,并扩大其应用范围,采用QPQ热处理工艺对05Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢材料进行表面强化处理,通过扫描电镜、显微硬度计等研究了不同渗氮时间和基盐中氰酸根离子浓度对该材料表面渗层厚度和硬度的影响.结果表明:对于05Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢棒料,氰酸根离子浓度分别为32％～35％、35％～38％,渗氮时间分别为30～40 min、35～45 min时,材料表面渗层厚度能够达到20～30μm;对于05Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢板料,氰酸根离子浓度为32％～38％,渗氮时间为30～40 min时,材料表面渗层厚度能够达到20～30 μm.优化的QPQ热处理工艺对于05Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢的实际应用具有一定指导作用.     

阳极离子束在SKD11和YG6基体上沉积DLC膜及其机理

利用阳极离子束技术在SKD11型不锈钢和YG6硬质合金上沉积类金刚石(DLC)薄膜,采用扫描电子显微镜、原子力显微镜、Raman光谱分析薄膜微观结构和表面形貌;采用WS-2005型附着力划痕仪和洛氏压力机测试膜基结合强度;采用球磨仪测试膜层耐磨性能。结果表明:利用该技术所制DLC膜是一种非晶结构、表面平整的薄膜,粗糙度R a值仅为5.21nm。DLC/Cr/SKD11膜系Raman光谱I D/I G值(0.69)高于DLC/Cr/YG6膜系(1.54),说明SKD11高于YG6所制膜层的sp3C键含量;DLC/Cr/SKD11膜系结合强度(17.8 N)低于DLC/Cr/YG6膜系(39.2 N),且DLC/Cr/YG6膜系的洛氏压痕周围仅有放射状微细裂纹,而DLC/Cr/SKD11膜系的压痕周围存在膜层脱落现象;沉积在SKD11与YG6基体上DLC膜的单位磨损率分别为1.40E-4和8.81E-5,说明YG6基体上DLC膜层的耐磨性要优于SKD11基体上的DLC膜层。由此看出,不同基体上制备的DLC膜层微观结构不同,导致结合性能及耐磨性能不同。     

电火花沉积Fe48Cr16Mo15C17B4非晶合金涂层的微观组织和性能

以Fe₄₈Cr₁₆Mo₁₅C₁₇B₄合金为电极,采用电火花沉积工艺在1Cr18Ni9Ti不锈钢表面制备了铁基合金涂层。用XRD和SEM等方法分别表征了涂层的微观结构、涂层表面及横截面的微观形貌,测定了涂层的显微硬度、摩擦磨损性能和电化学性能。结果表明,所制备的Fe₄₈Cr₁₆Mo₁₅C₁₇B₄涂层为非晶态结构、致密,与基体为冶金化结合,显微硬度为1129 kg/mm²,与1Cr18Ni9Ti不锈钢基体相比其摩擦系数较小,耐磨性较高,在1mol/LHCl溶液中具有良好的耐腐蚀性能。     

多弧离子镀(Ti,Al,Zr,Cr)N多组元氮化物膜的研究

采用多弧离子镀技术,使用Ti Al Zr合金靶和Cr靶,在W18Cr4V高速钢基体上沉积(Ti,Al,Zr,Cr)N多组元氮化物膜.利用扫描电镜(SEM)、电子能谱仪(EDS)和X射线衍射(XRD)对薄膜的成分、结构和微观组织进行测量和表征;利用划痕仪、显微硬度计测评薄膜的力学性能.结果表明,获得的多组元氮化物膜仍具有B1 NaCl型的TiN面心立方结构;薄膜的成分除-50V偏压外,其它偏压下的变化均不明显;增大偏压可减少薄膜表面的液滴污染,提高薄膜的显微硬度及膜/基结合力,最高值可分别达到HV3300和190N.     

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。     

脉冲偏压对304不锈钢表面多弧离子镀CrAlN薄膜结构和耐蚀性能的影响

目前,鲜见有关脉冲偏压对多弧离子镀Cr Al N薄膜耐蚀性能影响的报道。以不同的脉冲偏压在304不锈钢表面多弧离子镀Cr Al N薄膜。采用扫描电镜、显微镜、X射线衍射仪、硬度仪、粗糙度仪分析了Cr Al N薄膜的表面形貌、相结构、硬度、表面粗糙度及耐蚀性能,分析了脉冲偏压对相关性能的影响。结果表明:随着脉冲偏压幅值的增大,Cr Al N薄膜表面大颗粒及凹坑尺寸和数量减少,薄膜质量提高;Cr Al N薄膜主要由(Cr,Al)N相组成,随着偏压增加,Cr Al N薄膜出现(220)择优取向;Cr Al N薄膜表面粗糙度随脉冲偏压增大而减小,显微硬度随脉冲偏压的增大而增大;Cr Al N薄膜在3.5%Na Cl溶液中的耐蚀性随着脉冲偏压的增大而增大,脉冲偏压为400 V时,Cr Al N薄膜与基体304不锈钢的腐蚀速率之比为0.34,薄膜的综合性能最好。     

基于RFPECVD方法不锈钢上沉积类金刚石薄膜的机械与摩擦特性

讨论用射频等离子体增强化学气相沉积(RFPECVD)工艺,在室温下实现在1Cr18Ni9Ti不锈钢基底上镀类金刚石(DLC)膜.为提高DLC膜的结合力,首先在不锈钢基底上沉积Ti/TiN/TiC功能梯度膜.借助所设计的界面过渡层,成功地在不锈钢基底上沉积了一定厚度的DLC膜.通过优化沉积参数,所沉积的DLC膜在与100Cr6钢球对磨时摩擦系数低于0.020.在摩擦过程中DLC膜的磨损机制借助SEM、Raman分析进行了研究.     

微观组织对0Cr17Ni4Cu4Nb马氏体不锈钢的耐点腐蚀性能的影响

采用化学浸泡法和模拟闭塞电池方法研究了固溶+时效和固溶+调整+时效处理的0Cr17Ni4Cu4Nb马氏体不锈钢的耐点腐蚀性能,并与18-8型奥氏体不锈钢(316L)耐点蚀性能进行了对比。结果表明,0Cr17Ni4Cu4Nb马氏体不锈钢组织内富Cu析出相促进了点蚀坑萌生,而点蚀坑发展则与组织形貌有关。固溶+调整+时效处理的0Cr17Ni4Cu4Nb马氏体不锈钢因组织内析出富Cu相多而大,其萌生的点蚀坑密度较高,但由于马氏体板条较细,其点蚀坑尺寸和深度较小;固溶+时效处理的0Cr17Ni4Cu4Nb马氏体不锈钢因组织内析出富Cu相少而小,萌生的点蚀坑密度较低,但粗大的板条马氏体组织导致点蚀坑尺寸和深度较大。与18-8型奥氏体不锈钢耐点蚀性能对比表明,通过对0Cr17Ni4Cu4Nb马氏体不锈钢进行合理的热处理,其耐点蚀性能可与18-8型奥氏体不锈钢相当。     

低温液体泵主轴材料的性能试验研究

通过对试验用钢与对比用钢的性能试验,探讨了在规定的热处理状态下马氏体沉淀硬化不锈钢OCr17Ni4Cu4Nb的室温和低温力学性能;指出对0Cr17Ni4Cu4Nb进行固溶和双时效处理是获得最佳低温性能的有效途径;得出了低温液体泵主轴选材应优先选用0Cr17Ni4Cu4Nb钢的结论     

不锈钢衬底两面同时液相电沉积类金刚石薄膜及其沉积机理研究

为了利用液相电沉积技术实现在金属衬底表面全方位电沉积类金刚石(DLC)薄膜,采用不同尺度的不锈钢片作为衬底,在表面电沉积了DLC薄膜,利用X射线光电子能谱、Raman光谱和扫描电子显微镜分别对衬底两面薄膜的化学成分、微观结构和表面形貌进行了分析。结果显示:对于尺度大于石墨阳极的不锈钢衬底,仅在衬底正对着阳极的一面实现了DLC薄膜的沉积;而对于尺度小于阳极的不锈钢衬底,在衬底两面都有DLC薄膜沉积,且两面薄膜结构相似,形貌相近。利用准静态电场理论对实验结果进行了解释,提出在金属衬底表面实现液相电沉积DLC薄膜的前提条件是存在垂直于衬底表面的电场分量,为进一步实现在复杂形状的导电性衬底表面沉积DLC薄膜提供了理论依据。     

常温生长类金刚石薄膜的实验研究

利用射频等离子体增强化学气相沉积(RFPECVD)工艺在常温下实现在不锈钢、硅片、玻璃等基底上大面积沉积类金刚石(DLC)膜.薄膜表面光滑致密,与衬底的结合力较高.用Raman,FTIR,SEM,EDX研究了薄膜的形貌、结构与组分.用栓-盘摩擦磨损试验机测试了薄膜的摩擦系数.通过优化沉积参数,所沉积的DLC膜在与100Cr6钢球对磨时摩擦系数低于0.01.在摩擦过程中DLC膜的磨损机制借助SEM进行了研究.     

Spectroscopic studies on DLC/TM (Cr,Ag, Ti,Ni) multilayers

The hydrogen-free diamond-like carbon (DLC) films with transition metal (TM = Cr, Ag, Ti, Ni) interlayer (bilayer and multilayer) were deposited on to stainless steel and silicon substrates using pulsed laser deposition technique. Secondary ion mass spectroscopy (SIMS) confirmed that the films were hydrogen free. Incorporation of chromium inter layer reduced the stress value by about 3 GPa as determined by micro Raman spectroscopy. Incorporation of the TM inter layer enhanced the photoluminescence (PL) intensity as compared to the monolithic DLC films. The optical band gap determined by spectroscopic ellipsometry for DLC/TM films was found to be in the range of 1.56–1.67 eV.     

Adhesive B-doped DLC films on biomedical alloys used for bone fixation

The long-term failure of the total hip and knee prostheses is attributed to the production of wear particles at the articulating interface between the metals, ceramics and polymers used for surgical implants and bone-fixtures. Therefore, finding an adhesive and inert coating material that has low frictional coefficient should dramatically reduce the production of wear particles and hence, prolong the life time of the surgical implants. The novel properties of the non-toxic diamond-like carbon (DLC) coatings have proven to be excellent candidates for biomedical applications. However, they have poor adhesion strength to the alloys and biomaterials. The addition of a thin interfacial layer such as Si, Ti, TiN, Mo and Cu/Cr and/or adding additives such as Si, F, N, O, W, V, Co, Mo, Ti or their combinations to the DLC films has been found to increase the adhesion strength substantially. In our study, grade 316L stainless steel and grade 5 titanium alloy (Ti-6Al-4V) were used as biomaterial substrates. They were coated with DLC films containing boron additives at various levels using various Si interfacial layer thicknesses. The best film adhesion was achieved at 8% and 20% on DLC coated Ti-6Al-4V and grade 316L substrates, respectively. It has been demonstrated that doping the DLC with boron increases their adhesion strength to both substrates even without silicon interfacial layer and increases it substantially with optimum silicon layer thickness. The adhesion strength is also correlated with the hydrogen contents in the B-DLC films. It is found to reach its maximum value of 700 kg/cm² and 390 kg/cm² at 2/7 and 3/6 for CH₄/Ar partial pressures (in mTorr ratio) for Ti-6Al-4V and 316L substrates, respectively.     

基体组织结构对离子镀不锈钢膜组织的影响

应用ＸＴＥＭ技术及ＸＲＤ观察了不同基体材料表面上离子镀１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢膜的生长形貌及相结构,结果表明不同结构的基体材料膜层组织结构有重要影响,在低碳钢表面首先形成单相ｂｃｃ结构,而在奥氏在不锈钢表面则先形成ｆｃｃ结构。随膜层厚度的增加,两者都变成ｆｃｃ＋ｂｃｃ双相结构。     

脉冲真空电弧离子镀在不锈钢上沉积类金刚石薄膜的研究

利用脉冲真空电弧离子镀技术在3Cr13不锈钢上制备了类金刚石(DLC)薄膜,通过Raman光谱分析了膜的结构特征,采用摩擦磨损试验机测试了薄膜在不同载荷下的摩擦系数,运用划痕仪研究了膜基的结合强度.结果表明:所镀制的薄膜具有典型类金刚石结构特征,膜中ID/IG为1.33;摩擦系数随着载荷的增大而减小,载荷为5 N,转速120 r/min时的摩擦系数为0.12;Ti过渡层的引入显著地提高了膜基结合力.     

Preparation of diamond like carbon thin film on stainless steel and its SEM characterization

We report the formation of a very smooth, continuous and homogeneous diamond-like carbon DLC thin coating over a bare stainless steel surface without the need for a thin Si/Cr/Ni/Mo/W/TiN/TiC interfacial layer. As confirmed by the field-emission scanning electron microscopy, good adhesion is achieved as characterized by (i) the formation of a smooth, continuous film with no pores, (ii) a significant reduction of oxygen in the interfacial layer, and (iii) the development of rich carbon content at the top surface. Thickness measurements by cross-sectional secondary-emission microscopy showed that the DLC coating is essentially a 2-dimensional material.