脉冲负偏压对直流磁控溅射碳膜结构和性能的影响

通过直流磁控溅射技术在基体(硅片、高速钢、钢片)上沉积碳膜。保持其它工艺参数基本恒定,探究薄膜在100V-400V脉冲负偏压下,结构和性能的变化规律。实验结果表明,这种碳膜为非晶态硬质薄膜,具有较好表面形貌,且随着脉冲偏压数值的逐渐增加,其厚度、沉积速率和硬度均呈现先增大后减小的趋势,而摩擦系数则先减小后增大。当脉冲负偏压为200 V时,薄膜具有最佳的力学性能。     

磁场增强的碳阴极弧沉积ta-C薄膜的基体偏压效应

利用磁场增强的石墨阴极弧在Si片和M2高速钢上沉积了ta-C薄膜,重点研究了基体偏压对膜层截面形貌、沉积速率、膜层结构、耐腐蚀性能和摩擦系数的影响。结果发现,在-100V偏压下膜层较为致密,缺陷较少;基体偏压增加,膜层沉积速率增加;拉曼光谱分析显示,在-100V偏压下ID/IG值最小(0.4),表明sp3键含量最高;平衡腐蚀电位随基体偏压先升高后降低,在-100V时最大;膜层耐蚀性提高3倍;摩擦副采用Al2O3,在-100V偏压下摩擦系数最低。     

磁过滤电弧离子镀TiN薄膜的制备及性能研究

采用磁过滤电弧离子镀(MFAIP)方法在高速钢表面制备了Ti N薄膜,采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪,显微硬度计和划痕仪等方法研究了偏压和磁过滤电流对Ti N薄膜的形貌、沉积速率、组织结构和力学性能的影响。结果表明:MFAIP-Ti N薄膜膜层均匀,表面质量好,膜与基体结合紧密。随着偏压和磁过滤电流的增加,Ti N的(111)晶面择优取向越来越弱,(311)和(222)晶面的择优取向逐渐增强。当偏压为-150 V,磁过滤电流为4.5 A时,表现出较大的沉积速率,最大的显微硬度测试值和最大的膜/基结合力。     

偏压对电弧离子沉积锆膜性能的影响

为研究偏压对通过电弧离子沉积法沉积的锆膜性能的影响,并探究锆膜在不同存储条件下的氧化程度,通过调整沉积过程偏压的大小以及占空比制备多组试样,利用扫描电子显微镜、X射线测厚仪、X射线衍射仪以及纳米划痕仪对薄膜的表面形貌、沉积速率、薄膜结构、膜基结合力进行了研究。并利用X射线光电子能谱测试了锆膜在不同存储状态下的氧化程度。结果表明,偏压的增大会提升膜层表面光洁度。但因高能粒子反溅射作用的增强,会降低薄膜的沉积速率。同时,膜基结合力随着偏压的增大有升高的趋势,且膜层的(100)晶面择优趋势会逐渐减小。另外,偏压占空比的增加也会导致沉积速率下降。锆膜表面的氧化层厚度随着时长会逐渐增大,且膜层在大气中暴露一天的氧化程度比真空存储(10^-5 Pa)半年严重。     

脉冲多弧离子镀制备类金刚石薄膜的特性

利用脉冲多弧离子镀技术在硅基底上沉积出非晶的类金刚石薄膜。薄膜的折射率为 2 8左右 ;沉积速率与主回路电压以及脉冲频率有关 ;膜层致密 ,但薄膜表面不光滑 ;薄膜电阻率接近 1× 10 10 Ω·cm数量级 ;薄膜的硬度及附着力与基底温度、主回路电压以及脉冲频率密切相关 ;薄膜中存在强的内应力 ,内应力是影响膜层附着力的主要因素。     

用等离子体基脉冲偏压技术制备DLC膜

用等离子体基脉冲偏压技术制备了ＤＬＣ膜，ＤＬＣ膜硬度值达３０ＧＰａ，电阻值达１００ＭΩ以上。降低脉冲负压峰值及适量引入氢气可促进ＳＰ＾３结构的形成，但氢气量超过一定阈值后ＳＰ＾２束片尺寸细化，ＳＰ＾２键含量有增加的趋势。在ＧＣｒ１５轴承钢基体上经磁控溅射沉积约３００ｎｍ纯Ｔｉ层，再用脉冲偏压技术沉积ＤＬＣ膜的改性层，在ＤＬＣ膜与ＧＣｒ１５钢基体之间形成了Ｃ－Ｔｉ成分渐变的梯度层。     

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。     

Influence of Pulsed Bias Voltage on Surface Properties of TiN Thin Films Deposited by Arc Ion Plating with Big Rectangle Shaped Targets

采用矩形平面大弧源离子镀技术在201奥氏体不锈钢基体表面制备TiN硬质薄膜, 研究了脉冲偏压对TiN膜层的表面形貌、相结构、硬度和耐磨性能的影响. 结果表明, 随着脉冲偏压的增大, 薄膜中大颗粒的数目先增加后减少, 这是大颗粒受到离子拖曳力和电场力双重作用的结果. 存在一个最佳的脉冲偏压, 使得制备出的TiN膜层具有较高的I(111)/I(200)比例和较高的耐磨性. 脉冲偏压为-300 V时制备的TiN膜层具有最好的综合性能.     

脉冲偏压对矩形平面大弧源离子镀TiN 膜层性能的影响

采用矩形平面大弧源离子镀技术在201奥氏体不锈钢基体表面制备TiN硬质薄膜,研究了脉冲偏压对TiN膜层的表面形貌、相结构、硬度和耐磨性能的影响.结果表明,随着脉冲偏压的增大,薄膜中大颗粒的数目先增加后减少,这是大颗粒受到离子拖曳力和电场力双重作用的结果.存在一个最佳的脉冲偏压,使得制备出的TiN膜层具有较高的I(111)/I(200)比例和较高的耐磨性.脉冲偏压为-300 V时制备的TiN膜层具有最好的综合性能.     

工艺参数对电弧离子镀沉积铜薄膜微结构及性能的影响

采用脉冲偏压电弧离子镀技术在不同工艺参数(弧电流、基体负偏压)水平下制备了一系列铜薄膜。利用金相显微镜、腐蚀失重试验和双向弯曲试验分别研究了弧电流和基体负偏压对铜薄膜组织结构、耐腐蚀性能和结合性能的影响。结果表明,弧电流由40A增加到80A,薄膜表面颗粒含量明显增加,大颗粒尺寸由13.71μm增加到19.36μm,膜层平均腐蚀速率降低;随着弧电流提高,薄膜结合性能先降低后提高,60A时膜层结合性能最理想;随着基体脉冲负偏压升高,薄膜结合性能提高,薄膜表面颗粒含量及其尺寸减小、负偏压达到200V时大颗粒净化效果明显;基体脉冲负偏压由20V升高到180V,膜层平均腐蚀速率先降低后升高,140V时膜层耐腐蚀性能最佳。     

偏压对中频反应磁控溅射AlN薄膜结构与性能的影响

采用离子束辅助中频反应磁控溅射技术在单晶硅及YG6硬质合金基体上沉积AlN薄膜,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计、薄膜结合强度划痕试验仪等对薄膜结构及性能进行表征,着重研究了偏压对中频反应溅射沉积AlN薄膜结构和性能的影响.研究结果表明:所制备的AlN薄膜是由AIN相和A(I)相组成的,偏压的增大,有利于薄膜结晶度的提高,AlN沿(100)晶面择优取向增强;同时,随着偏压的增加,所沉积的AlN薄膜致密度和膜/基结合力均显著提高,而膜层沉积速率和膜基复合硬度则呈降低的规律.     

复合离子镀TiCN薄膜的结构与耐蚀性

TiCN薄膜的耐蚀性研究对于扩大其应用领域具有重要作用。采用多弧离子镀和磁控溅射复合离子镀技术在304不锈钢表面制备了TiCN薄膜,研究了工艺参数中脉冲偏压对薄膜结构与耐蚀性能的影响规律。结果表明:随着脉冲偏压幅值的增大,TiCN薄膜表面白色颗粒、针孔及凹坑的尺寸、数量减少,其表面形貌得到改善,薄膜主要由TiCN相组成,随着偏压幅值的增加出现(111)晶面择优取向;随着脉冲偏压幅值的增大,TiCN薄膜在3.5%NaCl中的耐蚀性逐渐提高,在偏压为-300 V时薄膜的自腐蚀电流密度为3.853μA/cm~2,是基体的0.51倍;薄膜在3.5%NaCl溶液中的阻抗谱呈现2个时间常数,电极过程受电化学反应和传质过程控制,在一定的脉冲偏压范围内,薄膜容抗弧的曲率半径和阻抗值也随偏压幅值的升高而增大,即膜层的抗蚀能力增强。     

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。     

脉冲偏压幅值对TiN／TiAlN多层薄膜微观结构和性能的影响

采用电弧离子镀的方法,通过改变脉冲偏压幅值在M2高速钢表面制备了TiN／TiAlN多层薄膜,研究了脉冲电压幅值TiN／TiAlN多层薄膜微观结构和性能的变化。随着脉冲偏压幅值的增加,薄膜表面的大颗粒数目明显减少。EDX结果表明,脉冲偏压幅值的增加还引起Al／Ti原子比的降低。TiN／TiAlN多层薄膜主要以（111）晶...     

基体偏压对中频磁控溅射沉积DLC膜结构的影响

利用中频非平衡磁控溅射技术,以氩气和甲烷混合气体为工作气体,在载玻片和单品硅片上沉积含氢的类金刚石簿膜.改变加载在基体上的负偏压,在0～400 V范围内,制备5种偏压值下的薄膜,研究偏压对薄膜结构的影响.用光学显微镜和AFM考察薄膜的光学形貌;激光Raman谱定性分析膜的化学组分;VFIR分析其C-H键合类型;纳米压痕法测量膜的硬度.结果表明:当基体上施加偏压-100 V时,可以有效地提高沉积粒子与基体结合力以及溥膜的致密性,薄膜中正四面体的sp3结构和sp3CHn含最增加,纳米硬度提高.     

降低超硬类金刚石薄膜应力的方法

在参考他人最近十几年研究的基础上,总结了降低超硬类金刚石薄膜内应力的几种方法,包括热退火、掺杂、加脉冲偏压、沉积多层膜等。退火在降低应力的同时可保持类金刚石薄膜很高的硬度,其他各种方法在降低应力时都以降低一定的硬度为代价。     

脉冲偏压对等离子体沉积DLC膜化学结构的影响

以乙炔为气源，用等离子体基脉冲偏压沉积（plasma based pulsd bias deposition缩写PBPBD）技术进行了不同负脉冲偏压条件下制备DLC膜的试验，通过X射线光电子谱（XPS）、激光喇曼光谱[Raman]以及电阻分析方法考察了负脉冲偏压幅值对DLC膜化学结构的影响，结果表明由-50kV到-10kV随负脉冲偏压降低，DLC膜中SP^3键分数单调增加，但当脉冲偏压为0时形成高电阻的类聚合物膜，说明荷能离子的轰击作用形成DLC化学结构的必要条件，键角混乱度和SP^2簇团尺寸与脉冲偏压之间不具有单调关系，在中等幅值负脉冲偏压条件下，键用混乱度较大且SP^2簇团尺寸细小。     

工作气压和基底偏压对ZrB2/AlN纳米多层膜结构和机械性能的影响

利用射频磁控溅射技术在不同工作气压和不同基底偏压条件下在Si(100)基底上设计合成了ZrB2/AlN纳米多层膜。利用X射线衍射、扫描电子显微镜、纳米力学测试系统和表面轮廓仪分析了工作气压和基底偏压对薄膜的微结构和机械性能的影响。结果表明:大部分ZrB2/AlN多层膜的纳米硬度与弹性模量值高于两种个体材料的混合值。当工作气压为0.4Pa,基底偏压为-60 V时,制备的薄膜具有最高的硬度(36.8 GPa)、最高的弹性模量(488.7 GPa)和最高的临界载荷(43.6 mN)。基底偏压的升高和工作气压的降低会使沉积粒子的动能提高,引起薄膜表面原子迁移率提高,导致薄膜的原子密度提高,起到位错钉扎的作用,晶粒尺度也被限制在纳米尺度,这些均对提高薄膜的硬度和抗裂强度起到了作用。     

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.     

高功率脉冲电流对磁控溅射TiN薄膜结构及力学性能影响

采用高功率脉冲磁控溅射技术在M2高速钢基体上沉积了TiN薄膜,研究了不同脉冲电流下TiN膜层的沉积速率、膜基结合力、晶体生长取向、纳米硬度和摩擦磨损性能等。结果表明:随着脉冲电流的增加,膜层沉积速率不断增大,膜层致密度逐渐增强。当脉冲电流增加到20A以上时膜层沿着(111)面择优生长并且具有最高的I_(111),这与能流密度效应有关。脉冲电流为20A时的膜层表面具有最高的硬度(可达25GPa)、最高的膜基结合力(可达70N,压痕评定优于HF2)和较好的耐摩擦磨损性能。