全方位离子注入与沉积TiN薄膜的纳米压痕和纳米划擦行为

用等离子体浸没离子注入与沉积(PIIID)复合改性技术在AISI52100轴承钢基体表面合成了高硬耐磨的TiN薄膜。膜层的相组成及其表面形貌分别用X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)表征。合成薄膜前后试样的力学性能经纳米压痕和划痕实验评价。XRD结果表明,膜层中主要存在TiN相,择优取向(200),同时含有少量TiO2和钛氮氧的化合物。AFM形貌显示出试样表面TiN呈定向排列,膜层均匀完整,结构致密。纳米压痕测试结果表明,膜层具有较高的纳米硬度和弹性模量,最大值分别达到22.5和330 GPa,较基体分别增长104.5%和50%。根据纳米划痕形貌和划痕深度随划痕位置的变化关系分析出,薄膜在纳米划擦过程中先后经历了弹性变形,弹塑性变形,加载开裂或卸载剥落三个阶段。划擦剥落抗力达到80mN,表明TiN薄膜具有很好的弹性恢复能力和较强的疲劳剥落抗力。     

等离子体浸没式离子注入-离子束增强沉积TiN膜研究

本文采用一种新型的等离子体浸没式离子注入 离子束增强沉积的技术(PIII IBAD),在Cr12MoV钢基体上制备出了TiN膜,对沉积膜的组织进行了光电子能谱分析,并对沉积膜进行了硬度检测、摩擦试验及磨痕形貌分析。试验结果表明,沉积膜中的组织为TiN、TiO2和Ti2O3,TiN膜具有高达Hv3200的高硬度和极其优良的摩擦性能。     

TC4钛合金表面电弧离子镀TiN/CrN纳米多层薄膜研究

用电弧离子镀技术在TC4钛合金基体上通过改变偏压制备了4组TiN/CrN薄膜,对薄膜的表面形貌、厚度、相结构、硬度、膜基结合力和摩擦系数等组织、性能进行了测试表征。结果表明,薄膜是由TiN相和CrN交替叠加构成的纳米多层薄膜,薄膜的调制周期为60 nm,总的厚度约为480 nm。与基体钛合金相比,镀膜后样品的表面性能与偏压幅值密切相关并有显著提高:显微硬度从基体的3 GPa提高到16.5~24.7 GPa;摩擦系数从基体的0.35大幅度降低到0.14~0.17;薄膜与基体结合牢固,膜基临界载荷在60~80N之间。经电弧离子镀TiN/CrN纳米多层薄膜处理后,TC4钛合金可以满足沙粒和尘埃磨损条件下的耐磨性能要求。     

辉弧共溅射Ar/N2流量比对TiN薄膜结构及硬度的影响

采用辉光弧光协同共放电混合镀方法在A3碳钢基体上沉积氮化钛薄膜,通过改变Ar/N2流量比,研究Ar/N2流量比对TiN薄膜结构及硬度的影响。X射线衍射谱图表明制备的TiN有明显的(111)晶面择优取向;Ti2p的X射线光电子谱谱峰拟合分析表明Ti2p1/2峰和Ti2p3/2峰均有双峰出现,可知氮化物中的Ti存在不同的化学状态,整个膜层是由TiN,TiO2,TiNxOy化合物组成的复合体系,Ar/N2流量比影响各成分的含量。对比硬度的变化和组成成分之间的关系发现,膜层硬度随着含TiN量的增多而增大,当Ar/N2流量比为3∶1时,硬度最大。     

在室温条件下制备高质量纳米结构TiN薄膜研究

在室温条件下,利用磁过滤等离子体在单晶硅和不锈钢表面上制备了性能优异的纳米结构TiN薄膜.运用原子力显微镜和掠角入射X射线衍射仪对其结构与形貌进行了表征,利用纳米压痕仪测量了TiN薄膜的硬度和弹性模量.结果表明:TiN薄膜表面光滑,致密,无柱状晶;TiN晶粒的平均尺寸为50nm,薄膜硬度达50 GPa,是传统CVD和PVD技术沉积氮化钛的两倍多;XRD衍射试验表明,纳米TiN的衍射角都普遍向小角度移动,TiN晶粒沿(111)择优生长.     

铝合金等离子体基离子注入形成AlN／TiN层结构研究

用X射线光电子能谱和小掠射角X射线衍射研究了铝合金LY12等离子体基离子注入形成的AlN/TiN改性层的结构。结果表明,N和Ti能注入铝合金表面,N在注入层呈类高斯分布,而Ti沿注入方向呈梯度递减。后注入的Ti和N对先注入的N的含量和分布有重要影响。同时注入Ti和N,能在试样表面形成一层稳定的Ti,N层。所形成的AlN/TiN改性层主要由TiO2,TiN,TiAl3,Al2O3,AlN相组成。     

铝合金等离子体基离子注入形成A1N/TiN层结构研究

用X射线光电子能谱和小掠射角X射线衍射研究了铝合金LY12等离子体基离子注入形成的AIN/TiN改性层的结构.结果表明,N和Ti能注入铝合金表面,N在注入层呈类高斯分布,而Ti沿注入方向呈梯度递减.后注入的Ti和N对先注入的N的含量和分布有重要影响.同时注入Ti和N,能在试样表面形成一层稳定的Ti,N层.所形成的AlN/TiN改性层主要由TiO2,TiN,TiAl3,Al2O3,AlN相组成.     

等离子浸没离子注入沉积纳米TiN薄膜的机械性能研究

采用等离子体浸没离子注入沉积(PⅢ-D)在不锈钢基底上合成TiN薄膜。对沉积TiN薄膜后的不锈钢试样进行拉伸变形实验,扫描电子显微镜(SEM)原位观察表明在较大塑性变形量下氮化钛薄膜没有剥落和裂纹出现。采用划痕法测得薄膜与基体间有较强的结合力。薄膜的纳米压痕测试显示出很高的纳米硬度和弹性模量值。通过对合成TiN薄膜的TEM结构测试、AFM表面观察、AES成分结果分析,认为该合成薄膜的纳米级晶粒尺寸、致密的表面质量以及成分沿深度的分布是其具有优异的抗塑性变形性能以及高的结合强度的原因。     

结构调制超硬Ti/TiN纳米多层膜的制备及其尺寸效应

使用多弧离子镀技术在高速钢基体上制备了调制周期为5~40 nm的Ti/TiN纳米多层膜,用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、纳米压痕仪和划痕仪等手段表征薄膜的微观结构和性能,研究了调制周期对Ti/TiN纳米多层膜性能的影响,并讨论了在小调制周期条件下Ti/TiN纳米多层膜的超硬效应和多弧离子镀技术对纳米多层膜硬度的强化作用。结果表明,与单层TiN相比,本文制备的Ti/TiN纳米多层膜分层情况良好,薄膜均匀致密,没有明显的柱状晶结构,TiN以面心立方结构沿(111)方向择优生长。随着调制周期的减小薄膜的硬度呈现先增大后减小的趋势,并在调制周期为7.5 nm时具有最大的硬度42.9 GPa和H/E值。这表明,Ti/TiN在具有最大硬度的同时仍然具有良好的耐磨性和韧性。Ti/TiN纳米多层膜的附着力均比单层TiN薄膜的附着力高,调制周期为7.5 nm时多层膜的附着力为(58±0.9) N。     

类金刚石碳膜的结构及其微动磨损行为

采用非平衡磁控溅射与等离子源离子注入(PSII)的混合技术，在1Crl8Ni9Ti不锈钢上制备N／Ti，N／TiN／C／DLC多层膜，研究其结构和微动磨损性能，并与N注入层比较。结果表明，N注入层内形成了CrN和Fe3N等氮化物相；多层膜内形成了TiN，Ti2N和CrN等化舍物相。PSII技术能够提高1Crl8Ni9Ti不锈钢的表面硬度，N注入层的硬度约为基体硬度的2．5倍，DLC多层膜的硬度约为基体硬度的4倍。N注入层和DLC多层膜都能够提高1Crl8Ni9Ti的抗微动磨损性，虽然DLC多层膜比N注入层薄，但其抗微动磨损性能更好。     

铝合金等离子体基离子注入形成AlN/TiN层结构研究

用X射线光电子能谱和小掠射角X射线衍射研究了铝合金LY12等离子体基离子注入形成的AlN/TiN改性层的结构。结果表明 ,N和Ti能注入铝合金表面 ,N在注入层呈类高斯分布 ,而Ti沿注入方向呈梯度递减。后注入的Ti和N对先注入的N的含量和分布有重要影响。同时注入Ti和N ,能在试样表面形成一层稳定的Ti,N层。所形成的AlN/TiN改性层主要由TiO2 ,TiN ,TiAl3 ,Al2 O3 ,AlN相组成     

NiTi合金上沉积氮化碳薄膜的力学和血液相容性研究

采用磁控溅射法在生物医用NiTi合金基体表面制备了Ti/CN_x（x≈0.26）梯度薄膜,并制备了Ti/类金刚石(DLC)以及Ti/TiN薄膜进行对比研究. 利用显微硬度计、划痕仪比较分析了上述各薄膜的力学性能,通过表面接触角法研究了薄膜的亲水性. 着重测试并分析了溶血率和血小板粘附行为,进而对薄膜的血液相容性进行评估. 结果表明：Ti/CN_x梯度薄膜与NiTi合金基底的结合牢固,结合力达到63.6N. Ti/CN_x薄膜硬度为23.01GPa,和Ti/TiN薄膜硬度相当,略高于Ti/DLC薄膜. 溶血率和血小板粘附试验表明,Ti/CN_x梯度薄膜能有效改善NiTi合金基底的亲水性和血液相容性,与Ti/TiN和Ti/DLC薄膜相比,Ti/CN_x梯度薄膜具有最小的溶血率,仅为1.12％,并且无论在血小板的粘附数量还是在血小板变形程度都最少,因此具有良好的血液相容性.     

镍基合金基体上离子镀TiN薄膜的制备及性能

在镍基合金Inconel 740H基底上通过多弧离子镀制备Ti N薄膜.控制温度、气体流量、过渡层成分等重要参数,研究其对Ti N薄膜的表面形貌、力学性能以及耐腐蚀性的影响.多弧离子镀沉积过程中,沉积温度分别为200、250、300℃;过渡层成分分别为Al、Cr、Ti;气体流量分别为Ar 5 Sccm∶N240 Sccm,Ar 6 Sccm∶N248 Sccm,Ar 8 Sccm∶N264 Sccm.实验结果表明:在本实验的温度范围内,Ti N薄膜的致密度、结合力以及表面硬度均随着沉积温度的提高而提高;Cr作为过渡层的效果优于Al和Ti,薄膜成分均匀、表面致密,硬度更高,且耐腐蚀性能优异;在Ar、N2流量比一定的情况下,气体流量对Ti N薄膜的表面形貌和力学性能影响不大.本实验的最佳参数是:沉积温度300℃,过渡层成分为Cr,气体流量为Ar 6 Sccm、N248 Sccm.     

钛离子注入类金刚石碳膜的结构与性能的研究

使用金属离子注入的方法制备了 Ti掺杂的DLC膜。采用原子力显微镜观察了薄膜的表面形貌,Ti掺杂后 DLC 膜的表面粗糙度明显减小,表面光洁度增加,颗粒细化。拉曼光谱分析表明实验获得的薄膜是典型的DLC膜,掺杂Ti后的 DLC膜的拉曼光谱存在明显的肩峰,DLC膜化学结构中的sp2 组分增加,sp3 组分减少。透射电子显微镜分析表明Ti注入后有TiC纳米晶形成。掺入Ti的 DLC膜的硬度从 14GPa增加到 20GPa。Ti 掺杂后的 DLC 膜的摩擦系数(0.15)明显低于未掺杂的DLC膜的摩擦系数(0.21),Ti离子注入有助于提高薄膜的抗磨损性。     

Characterization of the Diamond—like Carbon based Functionally Gradient Film

Diamond-like carbon coatings have been used as solid lubricating coatings in vacuum technology for their good physical and chemical properties. In this paper, the hybrid technique of unbalanced magnetron sputtering and plasma immersion ion implantation (Pill) was adopted to fabricate diamond-like carbon-based functionally gradient film, N/TiN/Ti(N,C)/DLC, on the 304 stainless steel substrate. The film was characterized by using Raman spectroscopy and glancing X-ray diffraction (GXRD), and the topography and surface roughness of the film was observed using AFM. The mechanical properties of the film were evaluated by nano-indentation. The results showed that the surface roughness of the film was approximately 0.732 nm. The hardness and elastic modulus, fracture toughness and interfacial fracture toughness of N/TiN/Ti(N,C)/DLC functionally gradient film were about 19.84 GPa, 190.03 GPa, 3.75 MRa.m1/2 and 5.68 MPa-m1/2, respectively. Compared with that of DLC monolayer and C/TiC/DLC multilayer, this DLC grad     

Effects of bias voltage on the microstructure and mechanical properties of (Ti,Al,Cr)N hard films with N-gradient distributions

(Ti,Al,Cr)N hard reactive films were deposited on high speed steel substrates by multi-arc ion plating (MAIP) technology using pure Cr and Ti-50Al(at.%) alloy targets. The partial pressure of N₂ was raised step by step in each deposition process. The surface morphology, the cross-sectional morphology of fracture sample, the surface compositions and the phase structure of the (Ti,Al,Cr)N films were investigated by scanning electronic microscope (SEM) and X-ray diffraction (XRD). The dense columnar microstructure was obtained in all of the (Ti,Al,Cr)N films, though micro-droplets evidently existed on the surface of the films. The micro-hardness of the film surface, the adhesive strength of the film/substrate and the thermal shock resistance were investigated. The results revealed the effects of bias voltage on the composition, phase structure, and mechanical properties. The improved balanced properties of a micro-hardness of about 50 GPa, an adhesive strength larger than 200 N and a thermal shock resistance of 7-8 cycles were reached at a bias voltage of 150 V. The present super-hard (Ti,Al,Cr)N films with N-gradient distribution may be an actual substitution of TiN, (Ti,Al)N, (Ti,Cr)N and single-layer (Ti,Al,Cr)N hard films.     

(Ti,Al,Zr)N多元氮梯度硬质反应膜的组织结构和性能

采用多弧离子镀技术和Ti-Al合金靶及Zr单质靶的组合,在高速钢基体上制备了(Ti,Al,Zr)N多元N梯度硬质反应膜.分别用扫描电镜、X射线衍射仪观察测定(Ti,Al,Zr)N梯度膜膜层的表面、断面形貌、成分以及相结构,研究了(Ti,Al,Zr)N多元氮梯度硬质反应膜的组织结构和性能.结果表明,与TiN、(Ti,Al...     

单晶TiN颗粒为前驱体制备TiO2薄膜及其光催化性能（英文）

为了开发高活性的二氧化钛(TiO2)光催化剂,通过简易的两步法制备了TiO2薄膜.首先将钛片放入氮化钛(TiN)纳米颗粒悬浮液中,然后干燥这一体系制得TiN/Ti薄膜,最后通过煅烧TiN薄膜前驱体制备了平整均一的二氧化钛(TiO2)薄膜.通过考察退火温度对样品光吸收性能的影响,确定最优退火温度为500℃.在此条件下制备的TiO2为多晶锐钛矿,吸收边带400 nm.以制备的TiO2薄膜为催化剂,3 h内苯酚的降解率达到88%,远大于使用德固赛TiO2(P25)时的62%,制备的二氧化钛薄膜比P25显示出更优良的光催化性能,其光催化降解苯酚的动力学常数为P25的2.2倍.