电弧离子镀制备TiN/TiSiN多层涂层及其性能研究

为提高单一TiN涂层的性能，采用AS600DMTXBE型阳极层离子源辅助电弧离子镀系统制备TiN层和TiSiN层厚度比分别为1∶2、2∶2、3∶1的TiN/TiSiN多层涂层。研究不同厚度比的TiN/TiSiN多层涂层的形貌、结构以及性能，并与TiN涂层性能进行比较。结果表明：TiN/TiSiN多层涂层为TiN面心立方结构，其中厚度比为2∶2的TiN/TiSiN多层涂层的TiN(111)衍射峰较强；厚度比为1∶2的TiN/TiSiN多层涂层摩擦因数最低，表明掺入Si的含量越大，涂层减摩性能越好；TiN/TiSiN多层涂层的减摩作用、硬度和结合强度都优于TiN涂层，且厚度比为2∶2的TiN/TiSiN多层涂层的硬度和结合强度均最大；厚度比为2∶2的TiN/TiSiN多层涂层的耐腐蚀性最高，表明Si元素的掺入能够提升涂层的耐腐蚀性能。     

不同基体CrN/CrCN多层涂层海水环境摩擦学性能研究*

为研究不同基体材料对CrN/CrCN多层涂层在海水环境下摩擦学性能的影响,采用多弧离子镀技术在H65铜合金、TC4钛合金和316L不锈钢基体上沉积CrN和CrN/CrCN多层复合涂层,通过XRD、SEM等技术对涂层的结构进行表征,通过结合力、硬度测试和摩擦磨损试验分析涂层在大气环境和海水环境下的力学性能和摩擦学性能。结果表明:CrN/CrCN多层涂层的内应力相对于CrN明显减小,且硬度相对CrN涂层较高;TC4钛合金为基体的涂层结合力较好且涂层硬度较高;在海水环境下涂层的摩擦因数相对于大气环境都有较大幅度下降,其中,以TC4钛合金和316L不锈钢为基体的涂层摩擦因数较小;以H65铜合金为基体的2种涂层在海水中的磨损率高于大气中,而以TC4合金、316L不锈钢为基体的CrN/CrCN多层涂层在海水环境下的磨损率低于大气环境;TC4钛合金为基体的CrN/CrCN多层涂层在海水环境下具有最低的磨损率,表明TC4钛合金更适合作为海水环境下CrN/CrCN多层涂层耐磨的基体材料。     

TiSiN/AlCrN纳米多层涂层高温热稳定性及摩擦学特性研究

采用电弧离子镀技术于硬质合金基体上沉积TiSiN/AlCrN纳米多层涂层,利用扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)、透射电子显微镜(Transmission electron microscope,TEM)、X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)、能谱仪(Energy dispersive spectrometer,EDS)、纳米硬度计、划痕仪以及摩擦磨损试验机对TiSiN/AlCrN涂层的结构、高温热稳定性能和高温摩擦磨损性能进行研究。结果表明,TiSiN/AlCrN涂层呈现出纳米多层结构,由c-Cr(Al)N与c-Ti(Si)N相构成,涂层硬度为49.7 GPa±0.83 GPa,结合力达到83 N。经800℃和950℃真空退火后涂层微观结构变得更加致密,缺陷密度下降,而涂层硬度和结合力没有明显变化,TiSiN/AlCrN纳米多层涂层经950℃真空退火处理后未发生相变。摩擦磨损测试结果表明,随着温度由室温增加至400℃,涂层摩擦因数急剧升高,继续增加温度至600~800℃,涂层摩擦因数降低,然而涂层磨损率随着测试温度的升高先降低后增加。在室温摩擦磨损测试中TiSiN/AlCrN涂层磨损机制主要以磨粒磨损、塑性磨损为主,400℃时涂层处于二体摩擦转三体摩擦的过渡阶段,主要磨损机制为磨粒磨损和粘着磨损,600~800℃下涂层磨损机制主要为粘着磨损以及氧化磨损。     

石墨烯/MoS2复合涂层多环境下的摩擦学性能

以MoS2作为润滑剂,以石墨烯(GE)作为润滑添加剂,采用喷涂法在GCr15钢样片表面制备不同含量的GE/MoS2复合涂层。利用HSR-2M型高速往复式摩擦磨损试验机测试涂层在干摩擦及海水环境中的摩擦磨损性能,并分析了磨痕形貌及磨损机制。结果表明:添加适量石墨烯可明显改善MoS2涂层的摩擦磨损性能,且海水环境中涂层的摩擦因数、磨损率均低于干摩擦;在干摩擦和海水环境下,随着石墨烯含量的增加,GE/MoS2复合涂层的摩擦因数和磨损量均呈现先下降后上升的趋势,当石墨烯质量分数为0.8%时,摩擦磨损性能最优。干摩擦下MoS2涂层的磨损机制为疲劳磨损、黏着磨损和磨粒磨损,GE/MoS2复合涂层主要为磨粒磨损;而在海水环境下几种涂层均仅出现磨粒磨损。     

Al/TiN软硬交替多层膜的制备及摩擦磨损性能研究

软硬交替的多层膜体系具有超硬、强韧、耐磨、自润滑的优势,能大大提高金属切削刀具在现代加工过程中的耐用度和适应性。设计Al/TiN软硬交替纳米多层膜体系,并采用直流磁控溅射和阴极弧磁过滤等离子体沉积相结合的技术,室温下在单晶硅Si（100）衬底上制备一系列不同TiN层厚度纳米多层膜,研究其结构、形貌、力学及摩擦磨损性能。结果表明：该涂层具有良好的多层结构,多层膜中Al呈非晶态或纳米晶态,TiN结晶质量随其厚度增加得到提高;Al/TiN多层膜硬度均高于混合法则计算的硬度值,出现了硬度增强效应;该多层膜体系虽具有较高的摩擦因数,但表现出较好的韧性。     

Si含量对TaN/TiSiN纳米多层膜结构和性能的影响

采用磁控溅射技术在304不锈钢和硬质合金刀片上交替沉积TaN、TiSiN层,制备不同Si含量的TaN/TiSiN纳米多层膜.通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、纳米压痕仪、原子力显微镜和摩擦磨损试验机等仪器的测试结果来表征其微观结构、硬度、表面粗糙度及摩擦学等性能.不同Si含量的TaN/TiSiN纳米多层膜均在(200)晶面呈现择优取向,并且衍射峰随着Si含量的增加向右偏移,当Si含量为10％时,衍射峰的偏移量最大.随着Si含量的增加,TaN/TiSiN纳米多层膜的硬度先升高后降低,当Si含量为10％时,硬度最大,达到25.8 GPa.表面粗糙度值随着Si含量的增加先减小后增大,随后又减小,当Si含量为15％时,TaN/TiSiN纳米多层膜的表面最光滑,表面粗糙度值最小,为Ra 2.34 nm.摩擦系数和主切削力均随着Si含量的增加先减小后增大,当Si含量为15％时,摩擦系数最小,耐磨性能最好,主切削力最小;研究结果表明,掺入适量的Si元素可以有效地提高TaN/TiSiN纳米多层膜的硬度、耐磨性能和切削性能.     

Si含量对TaN/TiSiN纳米多层膜结构和性能的影响

采用磁控溅射技术在304不锈钢和硬质合金刀片上交替沉积TaN、TiSiN层,制备不同Si含量的TaN/TiSiN纳米多层膜.通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、纳米压痕仪、原子力显微镜和摩擦磨损试验机等仪器的测试结果来表征其微观结构、硬度、表面粗糙度及摩擦学等性能.不同Si含量的TaN/TiSiN纳米多层膜均在(200)晶面呈现择优取向,并且衍射峰随着Si含量的增加向右偏移,当Si含量为10％时,衍射峰的偏移量最大.随着Si含量的增加,TaN/TiSiN纳米多层膜的硬度先升高后降低,当Si含量为10％时,硬度最大,达到25.8 GPa.表面粗糙度值随着Si含量的增加先减小后增大,随后又减小,当Si含量为15％时,TaN/TiSiN纳米多层膜的表面最光滑,表面粗糙度值最小,为Ra 2.34 nm.摩擦系数和主切削力均随着Si含量的增加先减小后增大,当Si含量为15％时,摩擦系数最小,耐磨性能最好,主切削力最小;研究结果表明,掺入适量的Si元素可以有效地提高TaN/TiSiN纳米多层膜的硬度、耐磨性能和切削性能.     

PCVD直流脉冲频率对TiN/TiSiN复合涂层结构与性能的影响

为了探讨频率对硬质合金基体上TiN/TiSiN复合涂层组织结构及性能的影响,选择了几个不同频率来制备TiN/TiSiN复合涂层。研究结果表明:不同频率制备TiN/TiSiN复合涂层的表面形貌都呈圆盘状颗粒,频率在30kHz-70kHz变化时,复合涂层颗粒尺寸随频率的增加而增大,均匀性随频率的增加而变差;复合涂层频率在30kHz-70kHz变化时,TiN始终在(200)方向上择优取向;硬质合金基体上,TiN/TiSiN复合涂层比单一TiN涂层的硬度提高更大,从1973 HV0.05增加到3417 HV0.05;30kHz时TiN/TiSiN复合涂层的硬度、涂层结合力和耐磨性能明显优于其他两种TiN/TiSiN复合涂层。故在硬质合金基体上,30kHz制备的TiN/TiSiN复合涂层工艺最佳。     

微纳米二氧化硅颗粒协同改性丙烯酸树脂及其摩擦学性能

采用硅烷偶联剂KH550改性前后的微/纳米二氧化硅（SiO2）颗粒对丙烯酸树脂进行改性,采用傅里叶红外光谱仪（FT-IR）对树脂固化结果进行表征;用线性涂布器在铸铁表面制成微/纳米SiO2-丙烯酸树脂复合涂层,采用摩擦试验机R tec、表面轮廓仪和扫描电子显微镜分别测试涂层的摩擦因数、磨损率和磨痕形貌。结果表明：改性后SiO2对于涂层性能的增强均优于未改性SiO2,改性纳米SiO2提高涂层在干燥条件下的摩擦磨损性能,但对其在海水存在条件下的摩擦性能没有明显的影响;改性微米SiO2提高涂层的抗磨损性,但对摩擦因数影响不大;改性微纳米SiO2协同改性的涂层,在干燥条件下具有良好的摩擦磨损性能,但在海水存在条件下的摩擦磨损性能不如单组份SiO2改性丙烯酸树脂涂层。     

磁控溅射沉积TiB_2/DLC纳米多层膜的结构及其机械性能研究

采用非平衡磁控溅射系统在P(100)硅片和304不锈钢基底上制备TiB_2/DLC纳米多层膜。利用FESEM、TEM、XRD和AFM观察多层膜的微观结构和表面形貌;利用纳米压痕仪、维氏硬度计和CSM球-盘摩擦磨损试验机考察TiB_2靶电流对多层膜的机械性能和摩擦学性能的影响。结果表明:TiB_2/DLC多层膜具有良好的多层调制结构,多层膜沿TiB_2(101)晶向择优生长;多层膜的表面粗糙度随着TiB_2靶电流增加而增加;多层膜中的大量异质界面能显著提高薄膜的硬度及韧性,而且当TiB_2靶电流为2.0 A时,多层膜的硬度约为单层DLC薄膜的两倍;多层膜中具有硬质TiB_2层和软质DLC层的交替结构,在摩擦过程中,硬层TiB_2起到良好的承载作用,软层DLC起到良好的润滑作用,使多层膜具有比单层DLC薄膜更低的摩擦因数。     

等离子喷涂WC/Co Fe基涂层摩擦与磨损性能

以普通铸铁为基体,碳化钨陶瓷粉末WC 12Co为热喷涂材料,采用大气等离子法制备WC/Co Fe复合涂层.通过SEM、EDS、XRD等手段对WC/Co Fe涂层微观组织与结构进行表征,并对WC/Co Fe复合涂层耐磨损性能进行测试.结果表明,等离子喷涂制备的WC/Co Fe涂层物相以WC相为主;WC涂层摩擦因数波动小于铸铁材料摩擦因数,表明WC复合涂层具有良好的抗摩擦性能.WC涂层耐磨损性能高于铸铁,主要归因于WC颗粒韧性好、硬度高、抗冲击及抗磨损性能强,与基体金属的结合性好.     

多弧离子镀制备多层TiAlCrN涂层的性能研究

利用多弧离子镀技术,采用TiAl和AlCr合金靶材在硬质合金基体上交替沉积制备TiAlCrN纳米多层涂层,同时采用TiAlCr合金靶制备了单层TiAlCrN涂层进行性能对比。借助扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X射线能谱分析法(EDS)分析了涂层的微观结构及成分,利用划痕法和纳米压痕法测试了涂层的结合力与纳米硬度,最后搭配硬质合金铣刀片测试了两种涂层在模具钢铣削上的性能表现。结果表明,TiAlCrN纳米多层涂层结构致密,多层层间界面清晰平整,涂层结合力优异,涂层硬度高达33.1GPa。在铣削合金钢方面,TiAlCrN纳米多层涂层的切削寿命较TiAlCrN单层涂层提升40%以上,铣削性能优异。     

化学气相沉积Ti(CN)/TiC/Al_2O_3多层涂层的结构和耐磨性能

采用化学气相沉积技术在42CrMo钢基体表面制备了Ti(CN)/TiC/Al2O3多层涂层,分析了多层涂层的断面形貌、元素分布和物相组成,并研究了多层涂层的显微硬度及其与基体的界面结合力、耐磨性能。结果表明:Ti(CN)/TiC/Al2O3多层涂层的结构较致密,主要由TiC0.2N0.8、TiC、α-Al2O3和Ti2O3组成,厚度约10μm,其显微硬度约2 654HV,涂层与基体间的界面结合力可达62N;与基体相比,多层涂层的平均摩擦因数约降低了23%,磨损量约减少了50%,其磨损机制为疲劳磨损和磨粒磨损。     

含无机类富勒烯(IF)过渡族金属硫化物纳米复合涂层的环境摩擦磨损特性

采用固-气相反应、反应沉淀和溶剂热诱导法实现了IF-MoS2、IF-WS2纳米粉体的宏观量制备.分别用化学共沉积方法在硬铝基体上制备Ni-P-(IF-WS2)复合镀层,磁控溅射和激光溅射技术在硬铝合金和钛合金基体上制各(Ni,Mo)/IF-(Mo,W)S2梯度纳米复合涂层和IF-(Mo,W)S2/(Ni,Mo)-IF-(Mo,W)S2多层纳米复合涂层.用划痕仪、球-盘式摩擦仪评估纳米涂层的结合力及其在真空(10-2 Pa)和大气中的摩擦磨损性能.Ni-P-(IF-MoS2)化学复合镀层的硬度、摩擦因数和磨损率明显低于Ni-P化学镀层.梯度和多层复合结构有利于涂层与合金基体结合力的提高.(Ni,Mo)/IF-(Mo,W)S2纳米梯度复合涂层和(Ni,Mo)-IF-(Mo,W)S2/IF-(Mo,W)S2纳米多层复合涂层在不同环境下都有低的摩擦因数和磨损率.含无机类富勒烯(IF-)WS2或MoS2的纳米复合涂层具有优良的环境稳定性.     

环氧/聚氨脂梯度功能耐磨涂层性能的有限元分析

用有限元模拟纳米压痕和划痕试验,对Q235钢基体上制备的不同厚度环氧/聚氨脂梯度功能涂层的硬度和摩擦性能进行了分析.结果表明:涂层厚度对梯度功能涂层的性能有很大的影响,厚度为5.5 μm梯度功能涂层的性能要优于厚度为11.0 μm和22.0 μm的涂层;三种涂层的硬度分别为45.6,36.4和29.3 GPa,摩擦因数分别为0.024,0.036和0.057;涂层厚度越小,耐磨性能越好.     

纳米晶(Mo_(1-x)Cr_x)Si_2涂层的组织和摩擦磨损性能

采用双阴极等离子溅射技术在TC4合金表面成功制备了四种不同铬含量的纳米晶(Mo1-xCrx)Si2(x=0,0.09,0.18,0.27)涂层,研究了涂层的组织、与基体的结合力以及摩擦磨损性能。结果表明:(Mo1-xCrx)Si2涂层的组织均匀、致密,与基体结合紧密;随着铬含量增加,纳米晶涂层的硬度、弹性模量均增加,摩擦因数和磨损率均降低。     

TiAlN，CrAlN和TiCrN涂层的制备及摩擦学性能研究

运用直流和射频磁控共溅射的方法制备TiAlN、CrAlN和TiCrN3种涂层,研究涂层的力学性能及在空气和水基切削液中的摩擦学性能,揭示其磨损机制。研究发现,Al元素主要以固溶体形式存在于TiAlN和CrAlN涂层内;3种涂层的显微硬度分别为HV719.3、HV1022.5和HV973.5。在空气中TiAlN、CrAlN和TiCrN涂层与SUS440C钢球对摩的稳态摩擦因数分别为1.25、1.14和1.31,TiAlN和CrAlN涂层的磨损机制主要是氧化磨损,而CrTiN涂层以磨粒磨损为主;而在水基切削液中3种涂层与SUS440C钢球对摩的摩擦因数明显降低,其对应的稳态摩擦因数分别为0.44、0.47和0.77,但磨痕上的划痕加剧,其磨损机制以磨粒磨损为主。     

Inconel690合金表面WC-10Co-4Cr和CoCrW涂层的微动磨损特性

为了提高Inconel690合金管的耐磨性,采用超音速火焰喷涂技术(HVOF)在Inconel690合金管表面制备WC-10Co-4Cr和CoCrW两种涂层,在PLINT微动磨损试验机上考察其微动磨损性能。试验结果表明:载荷一定时,涂层的摩擦因数随着位移的增加而变大;相同试验条件下,在稳定阶段,WC-10Co-4Cr和CoCrW涂层的摩擦因数小于Inconel690;两种涂层的耐磨性均显著优于Inconel690合金,而WC-10Co-4Cr涂层的耐磨性略优于CoCrW涂层。磨损表面形貌分析表明,两种涂层的磨痕表面存在剥落坑和剥层现象,磨损机制以剥层和磨粒磨损为主。     

38CrMoAlA钢表面多弧离子镀CrN涂层的制备及其耐摩擦腐蚀性能研究

为提高酸性条件下38CrMoAlA钢的耐摩擦腐蚀性能,采用多弧离子镀技术在38CrMoAlA钢和渗氮38CrMoAlA钢基体上沉积CrN、Cr/CrN涂层,通过XRD、SEM等方法对涂层的微观结构进行表征,通过硬度和结合力测试、开路电位和极化性能测试、摩擦磨损试验,研究涂层的力学、电化学以及摩擦学性能。结果表明:CrN和Cr/CrN涂层开路电位较高,腐蚀电流密度小,涂层表面处于轻微钝化态,可提高酸性条件下38CrMoAlA钢的耐腐蚀性能;CrN和Cr/CrN涂层的摩擦因数和磨损率均小于38CrMoAlA钢基体,表明2种涂层均可提高38CrMoAlA钢基体的摩擦学性能;以渗氮38CrMoAlA钢为基体的Cr/CrN涂层的硬度虽略小于以38CrMoAlA钢为基体的CrN涂层,但其具有更高的膜基结合力和更优的耐摩擦腐蚀性能。     

沉积气压对氮化钒(VN)涂层微结构及其性能的影响*

为研究沉积气压对VN涂层力学性能和摩擦性能的影响,采用离子镀制备VN涂层,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜等设备检测VN涂层的物相结构、表面形貌,采用划痕仪测试基体与涂层的膜基结合力,采用摩擦磨损试验机测试涂层的摩擦因数。结果表明:随着沉积氮气气压的升高,VN衍射峰强度逐渐增强,具有(200)晶面择优取向,表面平整度高;随着沉积氮气气压变化,涂层显微硬度和膜基结合力呈抛物线变化趋势,在氮气气压为1.0 Pa时,涂层硬度最高为HV2284,结合力最大为45 N,并具有稳定的摩擦因数,平均摩擦因数为0.85。通过调控沉积气压,多弧离子镀技术可以制备出性能更优越的VN涂层。