脉冲偏压电弧离子低温沉积TiN硬质薄膜的力学性能

利用直流和脉冲偏压电弧离子镀技术沉积TiN硬质薄膜，研究了不同偏压下基体的沉积温度、薄膜的表面形貌及力学性能．结果表明，与直流偏压相比，脉冲偏压可以明显降低基体的沉积温度，大大减少薄膜表面的大颗粒污染，改善表面形貌，而薄膜的综合力学性能仍保持良好，说明利用脉冲偏压技术是实现电弧离子镀低温沉积的有效途径．     

脉冲偏压电弧离子镀沉积温度的计算

针对脉冲偏压电弧离子镀技术，分析了影响基体沉积温度的各项因素及其影响程度．在直流偏压电弧离_子镀沉积温度计算模型的基础上，在偏压输出波形为近方波的相对规范形状的条件下，将脉冲离子轰击输入能量功率等效成直流输入功率与占空比的乘积，再基于能量平衡原理建立脉冲偏压电弧离子镀基体沉积温度的理论计算模型，最后用实测的沉积温度对计算模型进行检验，在-1000—0V的偏压范围内，理论与实验得到了好的吻合。     

脉冲偏压对电弧离子镀非晶氧化钛薄膜性能的影响

用脉冲偏压电弧离子镀技术在玻璃基片上制备均匀透明的氧化钛薄膜，通过改变脉冲偏压幅值，考察其对氧化钛薄膜性能的影响。结果表明，沉积态薄膜为非晶态；脉冲偏压对薄膜性能有明显的影响。随偏压的增加，薄膜厚度、硬度和弹性模量均先增大后减小，前者峰值出现在-100-200V负偏压范围，后两者则在-150～250v范围：-300v偏压时的薄膜硬度最高；达到原子级表面光滑度，RRMs为0．113nm，薄膜折射率也最高，在λn=550nm达到已有报道的最高值2．51，此时薄膜具有最好的综合性能。文中对脉冲偏压对薄膜性能的影响机理也进行了分析。     

脉冲偏压电弧离子镀Ti/TiN纳米多层薄膜的结构与硬度

采用脉冲偏压电弧离子镀设备在高速钢基体上沉积Ti／TiN纳米多层硬质薄膜,通过仅改变偏压幅值的方法进行对比实验。XRD分析和薄膜断截面SEM形貌显示出薄膜的纳米多层组织结构;硬度测试表明纳米多层薄膜硬度随脉冲偏压升高而升高。在-900V时超过同等条件制备的TiN单层薄膜,硬度高达34．1GPa;分析表明硬度的提高主要与脉冲偏压工艺对薄膜组织的改善有关;用脉冲偏压电弧离子镀可以制备纳米多层硬质薄膜,并且在工艺控制上相对简单。     

偏压对电弧离子镀沉积类金刚石膜的影响

采用电弧离子镀方法，在Si(100)基底上沉积了类金刚石(DLC)膜．用激光Raman谱和X射线光电子能谱(XPS)对不同偏压下沉积的类金刚石膜的结构进行了分析．结果表明，Raman谱的D峰和G峰的强度之比ID／IG随着脉冲负偏压的增加先减小后增大，sp^3键含量随着负偏压的增加先增加后减小．偏压为-200V时，ID／IG值最小为0．70，sp^3键含量最大为26．7％．纳米压痕仪测量结果表明，随着咏冲负偏压增加，硬度和弹性模量先增加后下降．偏压为-200V时，DLC膜的硬度和弹性模量最大，分别为30．8和250．1GPa．     

脉冲偏压占空比对TiN/TiAlN多层薄膜微观结构和硬度的影响

目的研究脉冲偏压占空比对TiN/TiAlN多层薄膜微观结构和硬度的影响规律。方法利用脉冲偏压电弧离子镀的方法,改变脉冲偏压占空比,在M2高速钢表面制备5种TiN/TiAlN多层薄膜,对比研究了薄膜的微观结构、元素成分、相结构和硬度的变化规律。结果 TiN/TiAlN多层薄膜表面出现了电弧离子镀制备薄膜的典型生长形貌,随着脉冲偏压占空比的增加,薄膜表面的大颗粒数目明显减少。此外,脉冲偏压占空比的增加还引起多层薄膜中Al/Ti原子比的降低。结论 TiN/TiAlN多层薄膜主要以(111)晶面择优取向生长,此外还含有(311),(222)和(200)晶相结构。5种多层薄膜的纳米硬度均在33GPa以上,当脉冲偏压占空比为20%时,可实现超硬薄膜的制备。     

大颗粒在等离子体鞘层中的受力分析与计算

用Edelberg和Aydil的等离子体鞘层模型，对电弧离子镀中大颗粒在脉冲偏压鞘层中的带电及受力情况进行了分析和计算，为大颗粒由于带负电而受到电场力排斥从而被净化的实验现象和物理模型提供佐证。     

电弧离子镀氧化铬涂层的组织结构及硬度

采用电弧离子镀方法在不锈钢基体上沉积Cr2O3薄膜，研究了氧流量和脉冲偏压对薄膜相结构、沉积速率、表面形貌、薄膜硬度的影响。结果表明，氧流量和脉冲偏压对薄膜的相结构有较大的影响，在氧流量为130cm^3／s、脉冲偏压为-100V时，出现Cr2O3{001}面择优取向；氧流量增高，脉冲偏压增大时，薄膜的表面形貌得到改善；在脉冲偏压为-200V、氧流量为130cmf^3／s时，可获得符合Cr2O3化学计量比的薄膜，其硬度达到36GPa。     

电弧离子镀中大颗粒缺陷清除方法的研究现状

电弧离子镀所制备薄膜中的大颗粒缺陷是研究热点之一。本文对其清除方法进行了概述,主要包括阻挡过滤、电场抑制、工艺优化和磁场消除等方法,并对其工作原理、发展历程和未来研究的方向进行总结,比较了各种方法存在的优缺点。最终提出了多级磁场直管磁过滤装置和脉冲偏压电场组合的电弧离子镀方法。     

负偏压对电弧离子镀复合TiAlN 薄膜的影响

采用电弧离子镀技术,以W18Cr4V高速钢为基体,调整基体负偏压,制得多个复合TiAlN薄膜试样,研究了基体负偏压对薄膜微观组织形貌、物相组成、晶格位向、硬度、厚度和沉积速率的影响。结果表明,过高或过低的负偏压会使得膜层表面不平整,显微硬度下降。当负偏压为200 V时,膜层的沉积速率最大;负偏压为150 V时,有利于薄膜(111)晶面的择优取向生长,且TiAlN膜的硬度最高。     

脉冲偏压电弧离子镀鞘层尺度演化的特性与分析

基于一维平板鞘层模型，建立了脉冲偏压电弧离子镀（PBAIP）鞘层随时间演化的动力学模型，给出了其解析表达式，并结合PBAIP工艺中等离子体参数的测量结果，模拟分析了PBAIP鞘层的厚度和鞘层中的离子流密度随时间的演化规律及其受脉冲偏压幅度等参数的影响．结果表明：在PBAIP工艺中，稳态鞘层的厚度及形成稳态鞘层的时间均远小于已报道的等离子体源注入（PSII）等鞘层对应的值；PBAIP鞘层的扩展几乎是实时跟随脉冲偏压的变化，脉冲偏压下每一时刻的鞘层厚度与对应直流偏压下的鞘层厚度几乎相等．     

SiC颗粒增强铝基复合材料基材上制备(Ti,Al)N涂层的研究

利用电弧离子镀技术在SiCp／2024Al基体上制备(Ti，Al)N涂层．研究了偏压对涂层的相组成、晶格常数和成分的影响及不同过渡层对涂层与基体结合性能的影响．结果表明，在较小偏压下，(Ti，Al)N涂层呈(111)择优取向；偏压在-150V时，涂层无择优取向；但随偏压继续升高，出现(200)和(220)择优取向．在添加Ti过渡层时，涂层与基体形成致密均匀的良好结合．同时通过设计梯度涂层，获得了厚度达105um的无裂纹(Ti，Al)N涂层．     

脉冲偏压占空比对电弧离子镀TiAlN涂层的影响

通过优化电弧离子镀工艺参数改善TiAlN涂层结构及性能对TiAlN涂层应用具有重要的实用价值。本文利用脉冲偏压电弧离子镀制备了TiAlN涂层,研究了偏压占空比对TiAlN涂层结构及性能的影响,结果发现：随着占空比增加,涂层表面缺陷密度和表面粗糙度先降低后增大,占空比为70%时,制备的涂层表面缺陷密度和表面粗糙度最低。随着占空比增加,涂层的硬度和耐磨性得到明显改善,但占空比超过50%后继续增加占空比反而降低了涂层的硬度和耐磨性。TiAlN涂层与Si3N4球对磨时的主要磨损机制为黏着磨损和氧化磨损。     

低扰动静电探针对TIG电弧载流区的分析

为了认识TIG电弧载流区特性,确定载流区作用范围,采用一种低扰动静电探针,测定弧柱区轴向不同截面内的悬浮探针电位及偏置探针电流.结果表明,探针施加负偏置电压时,测得的离子饱和电流,其分布半径与电弧载流区半径相当;施加正偏置电压时,测量得到电子饱和电流,通过其分布半径可确定电弧半径;沿电弧轴向,载流区和电弧半径在阳极附近...     

不同电场环境对镀料脱靶方式及TiN镀层微观结构的影响

当前主流的镀层沉积技术中,电弧离子镀因镀料熔融喷溅脱靶致镀料中夹杂微米尺度高温颗粒,易使镀层表面粗糙和基体高温损伤;直流磁控溅射因镀料碰撞溅射脱靶致离化率低,易使镀层厚度不均和组织疏松。为解决以上技术缺点,依据气体放电等离子体物理学知识,采用新型阶梯式双级脉冲电场诱发阴极靶材与阳极腔体间气体微弧放电,依靠微弧放电后产生的高密度等离子体,增强Ar+对靶面的轰击动能和靶面产生的焦耳热,实现镀料由碰撞溅射脱靶向热发射脱靶的转变,并以此提高镀料的离化率,达到改善镀层结构的目的。实验结果表明：双级脉冲电场诱发的气体微弧放电呈现出耀眼白光,而靶面形貌则表现出高低起伏的凹坑和水流波纹,其靶面形貌不同于镀料碰撞溅射脱靶后的多边形凹坑,说明靶面局部区域的镀料以热发射方式脱靶。同时,在双级脉冲电场下制备的TiN镀层具有较为致密的组织结构,沉积速率可达51nm/min。     

脉冲偏压对电弧离子镀Ti/TiN纳米多层薄膜显微硬度的影响

采用脉冲偏压电弧离子镀方法在高速钢基体上沉积Ti／TiN纳米多层薄膜,采用正交实验法设计脉冲偏压电参数,考察脉冲偏压对Ti／TiN纳米多层薄膜显微硬度的影响．结果表明,在所有偏压参数（脉冲偏压幅值、占空比和频率）和几何参数（调制周期和周期比）中,脉冲偏压幅值是影响显微硬度的最主要因素;当沉积工艺中脉冲偏压幅值为900V、占空比为50％及频率为30kHZ时,薄膜硬度可高达34．1GPa,此时多层膜调制周期为84nm,TiN和Ti单元层厚度分别为71和13nm;由于薄膜中的单层厚度较厚,纳米尺寸的强化效应并未充分体现于薄膜硬度的贡献中,硬度的提高主要与脉冲偏压工艺,尤其是脉冲偏压幅值对薄膜组织的改善有关．     

基片偏压对电弧离子镀ZrN薄膜微结构和表面形貌的影响(英文)

在不同的基片偏压下利用电弧离子镀技术制备氮化锆薄膜,以考察基片偏压对氮化锆薄膜微结构和表面形貌的影响。利用XRD、EPMA和FE-SEM等技术对不同偏压时得到ZrN薄膜的相结构、成分和表面形貌进行表征。结果表明,薄膜中存在立方氮化锆和六方纯锆相;随着基片偏压的增大,薄膜的择优取向由(111)变为(200),最后变为(111),晶粒尺寸由30nm减小至15nm。同时发现,随着基片偏压的增大,薄膜微结构由明显的柱状特征变为致密的等轴晶特征,表明由偏压增强的离子轰击能有效抑制柱状晶生长;薄膜沉积速率和锆氮摩尔比随着基片偏压的增大先增大后减小,在-50V时达到最大。