硬质合金PECVD设备的研究

等离子体增强化学气相沉积 (PECVD)是一种利用高压电场 ,使含有涂层元素的化合物或单质气体激发成等离子体 ,加速化学反应 ,降低沉积温度、提高沉积速率的一种涂层技术 ,使硬质合金表面性能强化 ,并保持基体原有抗弯强度。本文主要介绍了一种硬质合金PECVD设备 ,该设备结构简单 ,能实现低温条件下的化学气相沉积 ,等离子体起到增强沉积反应的作用 ,实验表明该设备能较好地完成TiN -TiCN复合涂层 ,也为进一步研究提供了参考。     

多弧离子镀制备TiN-Cu超硬纳米复合涂层的研究

采用多弧离子镀技术制备了TiN—Cu超硬纳米复合涂层,并对涂层断口形貌、相组成、择优取向、硬度等进行了测试分析。试验结果表明,用多弧离子镀技术的分层沉积和混合沉积方式都可以制备出硬度高达40．8GPa以上的TiN—Cu超硬复合纳米涂层。涂层中TiN晶粒尺寸普遍〈15nm,达到了纳米晶水平,且涂层中的Cu含量、TiN择优取向等因素均对涂层硬度有重要影响。     

低于500℃的离子沉积硬质涂层

近来 P.A.P.V.D.(等.离子增强物理气相沉积)法沉积硬质耐磨涂层受到人们的普遍关注。为了优化硬质涂层的性能。本文研究了 TiN、TiC(N.C)、TiC 及.C 涂层。首先是分别研究了 TiN 和 TiC 涂层。实验中,基体温度均在450℃以下。TiN 涂层的维氏硬度是25G.Pa,TiC 则在负偏压为1000伏时高达45G.pa。沉积速率约30μm/h 时,TiN、TiC 涂层具有强烈的(200)织构。精细的 i.C涂层的硬度很高,45～65G.Pa;相对于铜的摩擦系数为0.20,对 TiN 的摩擦系数为0.07。而且,有 i.c 的复合涂层的磨损体积是 TiN 或TiC 涂层的1/6～1/3。     

304不锈钢表面单层/多层TiN基涂层制备及耐磨蚀性能研究

目的探究钢基表面TiN基涂层在海洋环境中的耐磨蚀性能。方法采用电弧离子镀技术,在304不锈钢和单晶硅表面分别沉积TiN、TiBN、TiBN/TiN涂层,并对3种涂层样品的表面–截面形貌、摩擦系数、在人工海水中的电化学性能和摩擦腐蚀行为进行测试。结果形貌表征和干摩擦测试结果显示,TiBN和TiBN/TiN涂层有着比TiN柱状晶更加致密的微观结构,3种涂层的摩擦系数相差不大,比304SS的摩擦系数低。在人工海水环境中的电化学测试结果表明,TiBN/TiN涂层的耐腐蚀性能最佳,TiBN涂层次之,TiN涂层则表现出比304不锈钢基底更差的耐腐蚀特性。在发生摩擦腐蚀的过程中,3种涂层的电位（OCP）均发生了下降。结论利用电弧离子镀技术在304不锈钢表面沉积的单层/多层TiN基涂层,在人工海水环境下,发生的摩擦会增加涂层发生腐蚀的趋势,结构致密,表面易形成钝化膜的涂层,其耐磨蚀性较好。     

TiN、Al2O3涂层对燃料裂解结焦的抑制效果研究

为抑制镍基不锈钢油道本身对吸热型碳氢燃料裂解的金属催化结焦积碳作用,采用化学气相沉积法在Ф3 mmφ0.5 mm,800 mm长的3128型不锈钢基体管道内表面分别沉积了TiN和Al2O3涂层,沉积温度分别为950和1050℃,沉积时间为3 h。通过SEM、EDS和XRD分析了涂层的形貌特征和组织结构。SEM结果表明,CVD法制备的TiN、Al2O3涂层结构均匀致密;EDS结果显示,实验制得的氮化钛涂层的组成为非化学计量比的TiN0.67,氧化铝涂层的Al和O原子比为1:3;XRD结果表明,实验所得到的TiN为立方晶相结构,Al2O3为惰性的α-Al2O3。以二甲苯为原料采用自制的超临界裂解装置对TiN、Al2O3涂层的钝化效果进行了评价。二甲苯超临界裂解实验结果表明,TiN涂层钝化效果不明显,而Al2O3涂层的钝化效果十分显著,达到2倍的钝化效果。     

LD1模具材料沉积TiN涂层的最佳工艺

通过LD1模具材料多种参数沉积TiN涂层的研究,得到一个最佳LD1钢TiN涂层工艺,即在工作偏压、炉压一定的情况下,最佳的沉积温度和沉积时间,对提高LD1钢模具的表面质量和使用寿命具有重要的实际意义。     

电刷镀Ni-W过渡层与离子镀TiN复合涂层的结合力和磨损特性

研究了3Cr2W8V基体电刷镀Ni-W过渡层和离子镀TiN复合涂层的结合力及强化机理.利用XRD、SEM和TEM分析了涂层结构,用划痕法测定了涂层结合力,并测定和分析了涂层的磨损特性.结果表明由于TiN沉积过程中的温度效应,混合晶态的电刷镀Ni-W层发生晶化和析出强化,并形成界面扩散层和双层复合,从而使TiN复合涂层的结合力和硬度明显提高;Ni-W过渡层对TiN涂层起有力的支撑作用.Ni-W与TiN复合涂层的耐磨性优于TiN单层.     

TiN单层和TiN/Ti(C,N)多层涂层的结构和性能研究

借助XRD、SEM、纳米压痕和划痕仪研究了采用磁控溅射在硬质合金基体上沉积的TiN单层和TiN/Ti(C,N)多层涂层的组织结构和力学性能。研究表明:TiN与TiN/Ti(C,N)多层涂层的晶粒形貌均呈柱状晶结构,而TiN/Ti(C,N)多层涂层形成了TiN、Ti(C,N)交替的调制结构。由于界面强化作用,TiN/Ti(C,N)多层涂层表现出比TiN更高的硬度及与基体更好的结合力。     

304不锈钢管内壁沉积耐磨防腐DLC涂层

目的 将HiPIMS电源应用于PECVD技术,在304不锈钢管内壁沉积DLC涂层,以提高其机械、耐蚀及摩擦学性能。方法 将HiPIMS电源应用于PECVD技术,并利用空心阴极放电效应在管道内产生高密度等离子体,沉积DLC涂层。通过拉曼光谱、扫描电子显微镜和EDS对DLC涂层的结构和成分进行表征,并通过纳米压痕测试、划痕试验、静态极化曲线和摩擦磨损试验,分别评价304不锈钢管基底和DLC涂层的硬度、膜基结合力、耐腐蚀性能、摩擦学性能和耐磨性。结果 HiPIMS电源应用于PECVD技术可在304不锈钢管内壁沉积DLC涂层。DLC涂层的厚度可达5.60~10.26 μm,硬度可达10~15 GPa,与304管内壁的结合力（Lc2）均大于7 N。DLC涂层的腐蚀电流密度较304不锈钢管基底降低了一个数量级,腐蚀电位也发生了正移。DLC涂层具有良好的润滑效果,摩擦系数低至0.06~0.18,磨损率低至2.5×10-7~8.1× 10-7 mm3/(N?m),远低于304不锈钢管基底的磨损率（80×10-7 mm3/(N?m)）。结论 将HiPIMS电源应用于PECVD技术在304不锈钢内壁沉积的DLC涂层具有较高的硬度,与304不锈钢管内壁具有较高的结合力,同时具有优异的耐腐蚀性能和耐磨性以及良好的润滑作用。HiPIMS电源应用于PECVD技术有望应用更长管道内壁DLC涂层的制备。     

不锈钢表面TiN、TiO_2涂层化学气相沉积制备及抑焦性能研究

为抑制不锈钢材料表面催化结焦,采用常压化学气相沉积法,实现了在10 mm×10 mm×0.9 mm的310S型不锈钢试样表面TiN和TiO_2涂层沉积,沉积温度为850℃,时间为2.5 h。通过SEM、EDS和XRD分析了涂层的形貌特征和组织结构,结果显示,TiN和TiO_2涂层表面均匀完整,粒子结合紧密;氮化钛为立方晶相结构,Ti和N原子比约为1:1,氧化钛的组成为TiO_(1.7)。分别以正己烷、环己烷、苯和RP-3为原料,采用自制的常压裂解装置对2种涂层的抑焦效果进行了评价,结果表明,TiN涂层对4种原料的结焦抑制率分别为99.91%,86.19%,72.36%和94.68%,而TiO_2涂层则为83.39%,85.77%,57.78%和68.57%,TiN涂层具有更优的抑焦性能;310S空白片表面以丝状焦为主,TiN和TiO_2涂层表面以吸附气相结焦为主。     

α-Al_2O_3层厚度对TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN涂层抗氧化性能的影响

为获得抗氧化性能更为优越的TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN复合涂层,本文采用中温化学气相沉积(MT-CVD)在WC-Co硬质合金基体表面沉积不同厚度α-Al_2O_3层的TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN多层涂层,并在1 000℃下对涂层试样进行氧化实验。通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等手段研究α-Al_2O_3层厚度对TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN涂层抗氧化性能的影响,确定可显著提高涂层抗氧化性能的α-Al_2O_3层厚度,同时探索涂层的抗氧化机理。结果表明:随着α-Al_2O_3层厚度的增加,TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN多层涂层试样氧化后质量增量减少,涂层氧化增厚降低。当α-Al_2O_3层厚度为6.5μm时,TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN涂层的抗氧化性能显著提高。随着涂层厚度的增加,涂层阻止O向涂层内部扩散及Al、Ti向外部涂层扩散能力增强,抗氧化性能更优越。     

PVD涂层刀具高速铣削CoCrMo合金的性能研究

目的为了提高涂层硬质合金刀具的切削性能,研究了物理气相沉积PVD法制备的涂层硬质合金铣刀在高速干式环境下的铣削性能。方法采用阴极电弧技术制备了TiN、TiAlN以及TiAlSiN涂层硬质合金铣刀刀头,通过一同沉积涂层的硬质合金圆片,间接测量得出涂层的显微硬度、厚度和平均摩擦系数,并以CoCrMo合金为切削对象,进行了PVD涂层与无涂层刀具高速铣削下的对比试验。结果TiAlSiN显微硬度最高达3800HV,摩擦系数达0.3,TiAlN涂层平均膜厚为2μm,间接测得TiN、TiAlN以及TiAlSiN涂层的结合力依次为60、58、42N。在三者的切削性能中,TiAlSiN涂层的切削性能比TiAlN和TiN涂层的好,同等切削参数时,TiN刀具的高速铣削时间最短,TiAlSiN涂层的平均磨损值为0.1895,TiN的平均磨损值为0.3047。结论涂层中添加Al、Si,极大地提高了刀具的使用性能,改善了刀具切削过程中的耐磨性、红硬性,极大地延长了刀具的使用寿命。TiAlSiN涂层的硬度高,耐磨损性好,切削性能好,适合高速铣削加工。     

304不锈钢表面TiN涂层的耐蚀性能

目的 提高304不锈钢的耐腐蚀性能.方法 采用磁控溅射技术在304不锈钢表面沉积TiN涂层,并采用SEM、XRD及GDOES对涂层的表面形貌、成分进行测试.通过极化曲线和电化学噪声技术评价TiN涂层和基体在pH=2.5的3.5%(质量分数)NaCl溶液中的腐蚀行为,并研究涂层的失效机制.结果 在304不锈钢表面沉积了厚约1μm且均匀、致密的TiN涂层.极化曲线分析表明,基体和TiN涂层试样出现了自钝化和点蚀现象,其中304不锈钢基体的腐蚀电位为-0.41 V,腐蚀电流密度为8.01×10-6 A/cm2,与之相比,TiN涂层的腐蚀电位(-0.28V)明显增大,腐蚀电流密度(6.34×10-8 A/cm2)显著降低.电化学噪声分析显示,在浸泡初期,TiN涂层电极电流暂态峰数量较少,强度较大,噪声电阻较低,而随着浸泡时间的延长,其电流暂态峰数量增加,强度降低,噪声电阻明显大于304不锈钢基体.腐蚀形貌观察表明,304不锈钢和TiN涂层表面均出现了点蚀.结论 TiN涂层能够明显改善基体的耐蚀性能.TiN涂层主要起物理阻碍作用,涂层的主要失效形式是涂层表面的微观缺陷和破裂.     

TiN/Ti(C,N)涂层的显微组织与力学性能

采用磁控溅射在TNMG120408型号的硬质合金刀片上沉积了TiN/Ti(C,N)单层与多层涂层,通过XRD、SEM、纳米压痕、划痕仪与冲击测试等方法,比较分析了TiN/Ti(C,N)涂层的显微组织与力学性能。结果表明,TiN单层涂层的晶粒形貌为典型的喇叭口结构,Ti(C,N)单层涂层为平直的柱状晶结构;而TiN/Ti(C,N)多层涂层为柱状晶结构,形成了TiN、Ti(C,N)交替排列的结构。TiN与Ti(C,N)单层涂层均呈(220)生长织构,而TiN/Ti(C,N)多层涂层呈(111)生长织构。Ti(C,N)单层涂层表现出较好的硬度,而TiN/Ti(C,N)多层涂层则表现出与基体更好的结合力。     

TiN涂层的微观组织结构及力学性能分析

借助XRD、纳米压痕、SEM和划痕仪研究了采用磁控溅射在硬质合金基体上沉积的TiN、(Ti,Al)N单层和TiN/(Ti,Al)N多层涂层的组织结构和力学性能。研究表明:面心立方结构的TiN涂层晶粒形貌为典型的喇叭口结构,沿(200)、(111)择优生长;TiN涂层的硬度为24.6GPa;与硬质合金基体的结合强度约为62N。     

TiN/TiAlN涂层Ti(C,N)基金属陶瓷刀具的切削性能

采用多弧离子镀技术在Ti(C,N)基金属陶瓷基体上沉积了TiN/TiAlN多层涂层,通过扫描电镜、涂层附着力自动划痕仪对其显微组织形貌和涂层的结合强度进行了分析,并对涂层和未涂层金属陶瓷铣刀以及硬质合金铣刀进行了切削0Cr18Ni9钢的试验.结果表明,多弧离子镀TiN/TiAlN涂层均匀,TiN/TiAlN多层涂层与金属陶瓷之间的结合强度高达57.52 N.TiN/TiAlN涂层金属陶瓷的切削性能明显优于未涂层金属陶瓷和硬质合会YW2,其平均寿命为硬质合金刀具的2倍.TiN/TiAlN涂层金属陶瓷刀具的失效形式主要是磨损和崩刃,没有涂层剥落现象,TiN/TiAlN涂层与基体的结合强度很好.未涂层金属陶瓷刀具的磨损形式主要是磨损和粘着.     

离子镀TiN膜层的阻扩散性

研究了用离子镀方法沉积 TiN 膜作为高温环境下耐热涂层和基体之间扩散壁障(中间阻挡层)的可行性。结果表明,有 TiN 中间层试样。其高温抗氧化性能明显提高,TiN 层在一定温度范围内有良好的稳定性和阻扩散性。阐述了以Al 为耐热涂层时,TiN 中间层阻挡 Al 原子扩散的机理。     

磁控溅射CrTiN涂层和PECVD DLC涂层在银币压印模上的应用

在ASSAB 635冷作模具钢试样表面分别采用磁控溅射物理气相沉积技术（PVD）和等离子增强化学气相沉积技术（PECVD）涂覆了厚度约为2μm的CrTiN涂层和DLC涂层。用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和激光拉曼光谱仪（LRS）对涂层的微观结构及物相进行了分析。采用维氏硬度试验。划痕和压坑试验分析了涂层厚度和涂层与基体的结合力。对涂覆CrTiN、DLC涂层的银币模具进行了应用试验。研究结果表明：CrTiN涂层的主要组成为CrN相和TiN相;DLC涂层（类金刚石）主要为SP^3键和SP^2键的混合结构,其中SP^2键的含量较高。两种涂层表面平滑致密,结合力的临界载荷大于60N;显微硬度分别为1967 HV0．01和2883 HV0．01。与传统化学镀铬相比较,磁控溅射CrTiN涂层能有效延缓模具表面“闪金光”现象的出现,模具寿命提高3倍以上。     

IN718合金表面脉冲直流PCVD法制备TiN涂层的高温耐冲蚀性能

以N2、TiCl4、H2气体为原料,利用脉冲直流等离子体化学气相沉积技术(Pulsed-DCPCVD)在IN718合金表面制备TiN涂层,研究涂层的微观结构及相组成,并进一步表征了涂层样品在400℃下的耐冲蚀性能。结果表明,脉冲直流PCVD法制备的涂层主要由TiN相和少量的TiO2相和Ti2N相组成,随着脉冲时间的延长,TiN涂层的致密度提高,但厚度均匀性变差。以脉冲/直流交替工艺方法制备的TiN涂层在400℃下具有较好的耐冲蚀性能。     

超音速激光沉积Ti6Al4V涂层的微观结构及耐蚀性能

超音速激光沉积技术是将激光加热与冷喷涂同步耦合的一种新型材料沉积技术。文中利用超音速激光沉积技术在中碳钢基体上制备Ti6Al4V涂层,并采用SEM、XRD、电化学腐蚀测试等手段对涂层厚度、显微组织、相成分以及耐蚀性能进行了表征分析。结果表明,在一定的激光辐照温度（即沉积区温度）范围内,涂层沉积效率、致密性以及涂层与基体之间的结合强度均随激光辐照温度的升高而增加,当激光辐照温度为800℃时,沉积效率是冷喷涂的4倍,涂层中的孔隙率仅为4.38%,涂层与基体的结合强度达75 MPa。由于低热输入的原因,涂层的物相组成与原始钛合金粉末基本一致。随着激光辐照温度的进一步提高,涂层中有TiN相的产生,不利于粉末的沉积,涂层的沉积效率、致密性以及结合强度均下降,但是在酸性腐蚀介质中,TiN的存在提高了涂层的耐蚀性能。