溅射(Ti,Al)N薄膜的机械性能

运用直流平面磁控反应溅射在抛光淬火的TSA碳素工具钢上沉积(Ti,Al)N薄膜。研究了反应气体N_2流量与基片偏压对形成(Ti,Al)N薄膜的显微硬度的影响。在N_2流量约为10sccm,P_(N2)/P_(Ar),约为0.12与偏压U_B=200V时,(Ti,Al)N薄膜的显微硬度接近极大,可达3000kgf/mm~2。(Ti,Al)N薄膜划痕实验的临界负载L_c约为31N。磨损实验表明,(Ti,Al)N薄膜比淬火的T8A碳素工具钢基底具有好得多的耐磨损特性。微观分析表明(Ti,Al)N薄膜具有良好的抗氧化性能是由于氧化过程中在薄膜表面形成Al-O保护层。     

射频磁控溅射沉积Al/Al2O3纳米多层膜的结构及性能

运用射频磁控溅射技术在Si(100)基片及40Cr钢基体上制备了调制周期λ=60 nm,调制比η=0.25～3的Al/Al2O3纳米多层膜.通过X射线衍射、X射线光电子能谱、扫描电镜、原子力显微镜、维氏显微硬度仪及MFT-4000多功能材料表面性能测试仪对多层膜的结构、硬度、膜基结合强度及摩擦性能进行了研究.结果表明:Al/Al2O3多层膜中Al层呈现(111)择优取向,Al2O3层以非晶形式存在,多层膜呈现良好的调制结构.薄膜与衬底之间的结合强度较高,均在40N左右,摩擦系数均低于衬底的摩擦系数,表明Al/Al2O3多层膜具有一定的减摩作用.η=0.25的Al/Al2O3多层膜具有最高的硬度值(16.1GPa),摩擦系数最低(0.21),耐磨性能最好.     

(TiAlNb)N多组元硬质反应膜研究

采用多弧离子镀技术,通过采用Ti-Al合金靶及Ti-Nb靶的组合方式,在高速钢基体上制备了( TiAlNb)N多组元硬质反应膜。利用扫描电镜、X射线衍射仪对( TiAlNb)N膜层表面、断面形貌、成分、相结构进行观察测定;系统考察了( TiAlNb)N膜层的显微硬度、膜/基附着力、摩擦磨损及热震阻力等力学性能;结果表明,少量添加Nb的( TiAlNb)N多组元硬质膜为面心立方结构,具有良好的硬度、附着强度、耐磨性和抗热震性。     

离子束辅助中频反应溅射 (Cr,Ti,Al)N薄膜的研究

为了提高工模具的服役性能,采用中频反应溅射,无灯丝离子源辅助的方法沉积了(Cr,Ti,Al)N多元硬质薄膜.分别用电子能谱、X-射线衍射、显微硬度计、划痕仪和干涉显微镜分析了薄膜的成分、相组成、硬度、膜/基结合力及膜层厚度.结果表明用此法制备的薄膜为含有多相结构的(Cr,Ti,Al)N多元硬质膜,晶粒细小,沉积速率快,显微硬度高达35 GPa,结合强度高度达80 N,综合性能优异.     

中频磁控溅射TiAlN薄膜的制备与性能研究

采用中频非平衡磁控溅射离子镀技术在硬质合金基体YG6上制备TiAlN薄膜。利用XRD、EDS、体式显微镜、显微硬度仪和多功能材料表面性能测试仪等对其组织结构以及性能进行了研究分析。结果表明:低Al靶功率时,膜层以TiN、TiC形式存在,TiN的择优取向面(111),显微硬度与偏压有关;高Al靶功率时,膜层主要存在Ti3AlN、AlN相,Ti3AlN相沿(220)晶面择优取向;膜层结构致密均匀,N原子与金属原子比接近1:1;膜层厚度为1.93μm;显微硬度3145HV;结合力85N。     

Cu/Zr纳米多层膜微结构与力学性能

本文利用直流磁控溅射方法在石英玻璃基片上制备一系列自支撑Cu/Zr纳米多层膜,使用箱式电炉对多层膜进行退火处理,利用显微硬度计,X射线衍射仪、扫描探针显微镜表征了多层膜的力学性能与微观结构,研究了不同工艺参数对纳米多层膜性能的影响.研究结果表明:当Cu调制层厚从42 nm增加至140nm时,多层膜显微硬度从4.9 GPa逐渐降低至4.0 GPa;当Zr调制层厚从3.2 nm增加至4.8 nm时,显微硬度值从6.51 GPa降低至5.64 GPa,硬度值降低13.4%,而从4.8 nm增至8 nm时,显微硬度值变化不大(约5.7 GPa);合适的温度退火时,多层膜微观缺陷消失,表面形貌更均匀,显微硬度增加.利用Chu和Barnett提出的硬度增强理论模型对Cu/Zr纳米多层膜表现出的超硬现象进行了理论分析和解释.     

氮离子束轰击对电弧离子镀TiN膜层的作用

电弧离子镀膜层中"大颗粒"的存在,降低了膜层质量,限制了其进一步应用.采用俄罗斯UVN 0.5D2I离子束辅助沉积电弧离子镀设备,对高速钢W18Cr4V上沉积的TiN膜层进行了氮离子束轰击.结果表明:TiN膜层表面"大颗粒"完全消失,凹坑浅而平整,粗糙度降低.膜层中较软的Ti和Ti2N向TiN转变,TiN(111)取向逐渐减弱,而(200)取向逐渐增强.膜层的显微硬度由原来的1 980 HV1N升高到2 310HV1N.     

金属组元配比对(ZrTiAl)N膜相组成和硬度的影响北大核心CSCD

采用多弧离子镀技术制备了不同金属组元配比的(ZrTiAl) N硬质反应膜,进而考查金属组元配比对(ZrTiAl) N硬质反应膜的相组成和硬度的影响规律。为保证(ZrTiAl) N膜层中Zr、Ti、Al组元含量配比的规律性变化,对膜层沉积过程中弧源靶及电流分别进行了设定。通过扫描电镜进行(ZrTiAl) N膜层表面形貌和断面形貌观察及成分测定。X射线小角度衍射方法用于膜层相结构测试分析。采用VICKERS 402 MVD硬度仪测定膜层的表面硬度。所制备的(ZrTiAl) N膜层保持了膜层表面形貌、断面形貌以及膜层厚度的一致性。(ZrTiAl) N膜层均为单一固溶体型(ZrTiAl) N面心立方相组成,具有单一的(111)面择优生长取向,其点阵常数随金属组元配比的变化基本符合Vegard定律。在金属组元配比的较大变化范围内,(ZrTi Al) N膜层的相组成和择优生长取向未改变,均具有较高的硬度。在以Zr N为基的(ZrTiAl) N膜层中,Ti N和Al N的含量较大并且接近相等时,膜层容易达到硬度极大值。     

金属组元配比对(ZrTiAl)N膜相组成和硬度的影响

采用多弧离子镀技术制备了不同金属组元配比的(ZrTiAl) N硬质反应膜,进而考查金属组元配比对(ZrTiAl) N硬质反应膜的相组成和硬度的影响规律。为保证(ZrTiAl) N膜层中Zr、Ti、Al组元含量配比的规律性变化,对膜层沉积过程中弧源靶及电流分别进行了设定。通过扫描电镜进行(ZrTiAl) N膜层表面形貌和断面形貌观察及成分测定。X射线小角度衍射方法用于膜层相结构测试分析。采用VICKERS 402 MVD硬度仪测定膜层的表面硬度。所制备的(ZrTiAl) N膜层保持了膜层表面形貌、断面形貌以及膜层厚度的一致性。(ZrTiAl) N膜层均为单一固溶体型(ZrTiAl) N面心立方相组成,具有单一的(111)面择优生长取向,其点阵常数随金属组元配比的变化基本符合Vegard定律。在金属组元配比的较大变化范围内,(ZrTi Al) N膜层的相组成和择优生长取向未改变,均具有较高的硬度。在以Zr N为基的(ZrTiAl) N膜层中,Ti N和Al N的含量较大并且接近相等时,膜层容易达到硬度极大值。     

(Ti,Al, Cr)N膜系的研究进展

总结了(Ti,Al,Cr)N膜系的沉积方法并讨论了化学成分、N2流量以及基底偏压等工艺参数对薄膜产生的影响,针对(Ti,Al,Cr)N膜系的相组成与膜层成分、抗氧化性、耐腐蚀性、显微硬度、抗摩擦磨损性能以及膜基结合力等方面进行了详细阐述.在此基础上,对(Ti,Al,Cr)N膜系的未来发展进行了展望,以期为多组元氮化物硬质膜的研究提供参考.     

Ti-Mo-N三元多层膜的结构与性能

采用 Ti/ Mo复合靶 ,用多弧离子镀技术沉积了 Ti-Mo-N多元多层膜 ,并对其组织结构与性能进行了研究。结果表明 :在本试验条件下多元膜的结构形式为 (Ti,Mo) 2 N,最佳多层膜的结构形式为基体 / Ti/ Ti N/ (Tiy Mo1-y) N/ (Ti,Mo) 2 N,并具有较高的显微硬度、耐磨性和极低的孔隙率 ,在 80 0℃具有很好的抗氧化性能。在沉积过程中存在着多元合金膜层与复合靶的成分离析现象 ,这与靶材的结构有关。     

多弧离子镀TiN/TiCrN/CrN多元多层复合膜的制备及性能研究

采用XH-800多弧离子镀设备在硬质合金刀具表面制备TiN/TiCrN/CrN多元多层复合膜.利用XRD、SEM、显微硬度计、多功能材料表面性能测试仪等对其组织结构与性能进行了研究.结果表明:膜层表面均匀,未出现龟裂现象,色泽光亮度好;膜的相结构组成为TiN和Cr2N,随着Cr靶电流的增大,TiN的择优取向由(200)向(111)转变,膜层出现单质Cr;膜层厚度为5.02μm,具有明显多层特征;显微硬度2536 HV;结合力65 N.     

IBAD合成CNx／NbN纳米多层膜

用离子束辅助沉积技术（ＩｏｎＢｅａＡｓｓｉｓｔｅｄＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＩＢＡＤ）制成ＣＮｘ／ＮｂＮ纳米多层膜，研究了工艺参数（轰击能量，基片温度）对膜的结构和性能的影响，分析表明，多层膜内的ＮｂＮ为多晶结构，在轰击能量为４００ｅＶ，基片温度为６００℃时，得到了与β－Ｃ３Ｎ４的晶面间距相对应的三条电子衍射环，基片温度的上升，膜层的硬度上升，轰击能量增大，则膜层的硬度表现为先上升后下降，最大显微硬度     

多弧离子镀Ti(C,N)/TiN多元多层膜研究

在LF6防锈铝的基体上采用多弧离子镀技术沉积了Ti(C，N)／TiN／Ti(C，N)/TiN／TiN(C，N)／TiN六层多元多层膜，并对其组织结构与性能进行了研究。结果表明：多元多层膜表面膜层均匀，未出现龟裂现象；膜与基体之间形成了纳米级厚度的Al3Ti新相层，说明膜与基体间的结合存在化学键合，结合强度良好，划痕临界载荷达79N。显微硬度达HV0．11911．0，与基体相比，其表面显微硬度提高了近20倍，耐磨性提高了10倍以上，但摩擦因数较高(μ＝0．66)，粘着对偶件磨损，使对偶件磨损较严重。     

混合添加剂硝酸镧与纳米氧化锌对ZL205A铝合金微弧氧化膜层性能的影响

在硅酸盐电解液中添加复合添加剂硝酸镧(La(NO3)3)和纳米氧化锌(纳米ZnO)对铸造铝合金进行微弧氧化实验。通过涡流测厚仪、扫描电镜、显微硬度计、X射线衍射仪等分析复合添加对膜层的厚度、硬度、腐蚀性能的影响。结果表明,复合添加剂La(NO3)3+纳米ZnO的加入可提高膜层的耐蚀性,增加膜层的厚度和硬度。当La(NO3)3含量为0.5g/L,纳米ZnO含量为3g/L时,获得的膜层厚度和硬度较大。     

基片温度对强流脉冲离子束烧蚀等离子体沉积类金刚石薄膜结构和性能的影响

利用强流脉冲离子柬(High-intensity pulsed ion beam-HIPIB)烧蚀等离子体技术在Si(100)基体上沉积类金刚石(Diamond-like carbon-DLC)薄膜，基片温度的变化范围从25℃(室温)到400℃。利用Raman谱、X射线光电子谱(XPS)、X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)研究基片温度对DLC薄膜的化学结合状态、表面粗糙度、薄膜显微硬度和薄膜内应力的影响。根据XPS和Raman谱分析得出，基片温度低于300℃时，sp3C杂化键的含量大约在40％左右；从300℃开始发生sp3C向sp2C的石墨化转变。随着沉积薄膜时基片温度的提高，DLC薄膜中sp3C的含量降低，由25℃时42．5％降到400℃时8．1％，XRD和AFM分析得出，随着基片温度的增加，DLC薄膜的表面粗糙度增大，薄膜的纳米显微硬度降低，摩擦系数提高，内应力降低。基片温度为100℃时沉积的DLC薄膜的综合性能最好，纳米显微硬度22GPa，表面粗糙度为0．75nm，摩擦系数为0．110。     

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。     

基片温度对强流脉冲离子束烧蚀等离子体沉积类金刚石薄膜结构和性能的影响

利用强流脉冲离子束 (High intensitypulsedionbeam HIPIB)烧蚀等离子体技术在Si(1 0 0 )基体上沉积类金刚石 (Dia mond likecarbon DLC)薄膜 ,基片温度的变化范围从 2 5℃ (室温 )到 40 0℃。利用Raman谱、X射线光电子谱 (XPS)、X射线衍射(XRD)和原子力显微镜 (AFM)研究基片温度对DLC薄膜的化学结合状态、表面粗糙度、薄膜显微硬度和薄膜内应力的影响。根据XPS和Raman谱分析得出 ,基片温度低于 30 0℃时 ,sp3C杂化键的含量大约在 40 %左右 ;从 30 0℃开始发生sp3C向sp2 C的石墨化转变。随着沉积薄膜时基片温度的提高 ,DLC薄膜中sp3C的含量降低 ,由 2 5℃时 42 .5 %降到 40 0℃时 8.1 % ,XRD和AFM分析得出 ,随着基片温度的增加 ,DLC薄膜的表面粗糙度增大 ,薄膜的纳米显微硬度降低 ,摩擦系数提高 ,内应力降低。基片温度为 1 0 0℃时沉积的DLC薄膜的综合性能最好 ,纳米显微硬度 2 2GPa ,表面粗糙度为 0 75nm ,摩擦系数为 0 .1 1 0。     

硬质合金表面TiAlZrCr/(Ti,Al,Zr,Cr)N梯度膜的微结构与力学性能

采用多弧离子镀技术,使用Ti-Al-Zr合金靶和Cr单质靶,在wc-8％co硬质合金基体上制备了TiAlZrCr／(Ti,Al,Zr,Cr)N多组元梯度膜.分析了梯度膜的成分、结构和微观组织,并研究了梯度膜的显微硬度和膜／基结合力.研究结果表明,该多组元梯度膜为Bl-NaCl型的TiN面心立方结构;薄膜的成分是以TiAlZrCr合金为过渡层的(Ti,Al,Zr,Cr)N梯度膜;薄膜的组织致密均匀,是典型的柱状晶结构;沉积偏压为-50～-200V时,梯度膜均可获得比(Ti,Al,Zr,Cr)N单层膜更高的硬度(最高值为HV4000)和膜／基结合力(临界载荷大于200 N).     

多弧离子镀(Cr,Ti,Al,Zr)N多组元超硬梯度膜的结构及性能

(Cr,Ti,Al,Zr)N梯度膜性能优异。采用多弧离子镀技术,使用Ti-Al-Zr合金靶和Cr单质靶在高速钢表面制备(Cr,Ti,Al,Zr)N多元超硬梯度膜,利用扫描电镜、能谱、X射线衍射仪、硬度计、划痕仪对膜层形貌、成分、结构、硬度、附着力进行分析,并通过热震性能试验考察了膜层的抗热震性能。结果表明:制备的膜层为面心立方结构,择优生长取向为(220)面;与TiN,(Ti,Al)N,(Ti,Cr)N,(Ti,Al,Zr)N等硬质膜相比,制备的(Cr,Ti,Al,Zr)N多元梯度膜具有更高的硬度和膜/基附着力,硬度可达4400HV,膜/基附着力大于200N,实现了从硬质膜到超硬膜的转变;膜层中N含量梯度可有效减少应力集中,Cr,Al含量的增加有利于提高膜层抗热震性能;负偏压对膜层硬度影响较大,对膜层成分、结构、抗热震性能影响较小,对膜/基附着力基本无影响。