铜合金表面过渡层厚度对Cr-DLC薄膜残余应力和结合性能的影响

为提高铜合金表面Cr-DLC薄膜的膜/基结合性能,设计了Cr/CrN/Cr-DLC多层结构薄膜,采用磁控溅射/等离子辅助气相沉积方法在铜合金样品表面制备不同Cr粘结层厚度的Cr掺杂类金刚石（Cr-DLC）薄膜。利用高分辨拉曼光谱仪、薄膜应力仪、纳米压痕仪、划痕仪和连续冲击试验机分别对薄膜的微观结构、残余应力、纳米硬度和弹性模量、薄膜与基体结合性能和耐冲击韧性进行测试。结果表明,随着Cr粘结层厚度的增加,铜合金表面Cr-DLC薄膜的残余应力出现了先升高后降低的趋势,最小残余应力达到-0.47 GPa,降幅高达75.5%。薄膜的膜/基结合力随Cr粘结层厚度的增加而提高,当Cr粘结层厚度为1.01 μm时,Cr-DLC薄膜的膜/基结合力最佳,与无Cr粘结层Cr-DLC薄膜的第1（L_c1）和第2（L_c2）临界载荷相比分别提高69%和67%。经20 000次连续冲击试验,所有薄膜样品冲击坑的冲击深度均没有弹性恢复,薄膜在冲击坑的中心位置均出现一定面积的剥落,其中,Cr粘结层厚度1.01 μm的Cr-DLC薄膜样品的膜层剥落面积最小,表现出了最好的抗连续冲击的能力。一定厚度Cr粘结层能够大幅降低铜合金表面Cr-DLC薄膜的残余应力,提高膜/基结合力和耐冲击性能。     

Cr掺杂及Cr过渡层对类金刚石薄膜附着力的影响

采用线性离子束复合磁控溅射的混合PVD技术制备了含Cr过渡层以及Cr掺杂的DLC薄膜,并测量了其厚度、残余应力、结合力、摩擦因数等性能.划痕测试的结果表明,增加过渡层后薄膜的结合状况得到了明显改善,其残余应力也有所下降,Cr掺杂的DLC薄膜残余压应力最低可达0.23 GPa.有关结果为强膜基结合力、低应力、大面积的类金刚石薄膜可控制备提供了新的技术思路.     

Ti/Al过渡层对共掺杂类金刚石薄膜性能的影响

目的研究Ti/Al过渡层对不同溅射电流下的Ti/Al共掺杂DLC薄膜的成分、结构、机械性能和结合力的影响。方法采用线性离子束复合磁控溅射技术在316L基底上沉积含有Ti/Al过渡层的Ti/Al共掺杂DLC薄膜,利用场发射扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、高分辨透射电镜(HRTEM)及共聚焦激光拉曼光谱仪分析了薄膜的界面形貌及键态结构。采用辉光放电光谱仪对样品成分进行深度分析,纳米压痕仪测量薄膜硬度及弹性模量,划痕测试系统测量膜基结合力,残余应力仪测量薄膜内应力。结果与未添加过渡层相比,添加Ti/Al过渡层对薄膜的结构和机械性能影响较小,且均在溅射电流为2.5 A时有最优的机械性能;然而,溅射电流为2.5 A时,添加过渡层使结合力从54.5 N提高到了67.2 N,提高了19%,残余应力从1.28 GPa降低到了0.25 GPa,降低了80%。结论 Ti/Al过渡层可缓解因DLC薄膜和基体的晶格匹配差异和膨胀系数不同而导致的高界面应力。在薄膜与基底界面,过渡层呈现典型柱状晶结构,可促进膜基界面间的机械互锁,显著改善薄膜与基体之间的结合力而不损伤其机械性能。     

电弧离子镀CrN薄膜的制备及性能研究

以气压、弧电流和偏压为影响因素设计正交试验,采用电弧离子镀技术在6Cr13Mo马氏体不锈钢表面沉积Cr N薄膜。利用扫描电镜、显微硬度计、划痕仪对Cr N薄膜的厚度、硬度、结合力进行检测,研究薄膜性能并优化其制备工艺。结果表明:靶电流对薄膜厚度及结合力影响最大,随着电流升高,膜层厚度急剧增大,而结合力逐渐降低;对薄膜硬度影响最大的为负偏压,随着偏压升高,膜层硬度先升高后降低。综合考虑Cr N薄膜的表面质量、硬度、结合力,得到最佳制备工艺为气压1.4 Pa、靶电流100 A、偏压-100 V。     

调质结构对Ti-TiN-Zr-ZrN多层膜力学性能影响

采用真空阴极电弧离子镀技术,在TC11钛合金和单晶Si片表面分别沉积不同调制周期、不同R_Ti/TiN:R_Zr/ZrN调制比和不同厚度的Ti-TiN-Zr-ZrN多层膜。用扫描电镜、X射线衍射仪、划痕仪、显微硬度计和应力测试仪分析测试了多层膜的截面形貌、厚度、结合力、硬度和残余应力;重点研究了调制周期、调制比和膜层厚度等调制结构的改变对多层膜残余应力和相关性能的影响。结果表明：增加调制周期,则残余应力降低,结合力和硬度均增大;降低RTi/TiN:RZr/ZrN调制比,则残余应力增大,结合力下降,硬度增加;增大多层膜厚度,则残余应力略有上升,结合力和硬度都提高,当膜层厚度达到7.54μm后,硬度稳定在30Gpa左右。     

线性离子束制备DLC薄膜的结构和性能

为研究线性离子束技术在不同基体材料上沉积DLC薄膜的结构和性能,分别在YG6硬质合金、SKD11不锈钢和T7451铝合金表面沉积DLC(类金刚石)薄膜,并采用Cr作为过渡层,缓解膜基不匹配性。通过原子力显微镜、台阶仪和Raman光谱研究薄膜的表面形貌和微观结构;利用划痕仪和摩擦磨损试验机对薄膜膜基结合强度及耐磨性进行测试。结果表明:采用该技术制备的DLC薄膜均匀光滑,表面粗糙度Ra仅为5.5nm;DLC/Cr/SKD11膜系的ID/IG值低于DLC/Cr/YG6膜系和DLC/Cr/T7451膜系,说明沉积于SKD11表面的DLC含有较多的sp3 C;DLC/Cr/SKD11和DLC/Cr/T7451膜系膜基结合强度为42.2N和23.2N,而DLC/Cr/YG6膜系在120N载荷范围内未有明显破损脱落,结合强度最好;DLC/Cr/YG6膜系摩擦因数(0.09)小于DLC/Cr/SKD11膜系(0.14)和DLC/Cr/T7451膜系(0.32),说明其具有较好耐磨性能。由此看出,不同基体上制备的DLC薄膜结构不同,结合强度和耐磨性也有所差别。     

阴极弧径向不同位置膜层性能分布规律

利用阴极弧沉积的方法在201不锈钢基体上制备了TiN薄膜,研究了阴极弧径向不同位置大颗粒、膜厚以及膜层性能的分布规律.分别采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析了膜层的相结构、膜层的表面形貌和截面形貌.研究了镀膜试样和基体在3.5%(质量分数)NaCl溶液中的腐蚀行为,并利用电化学方法分析其抗腐蚀性能,并采用球-盘式摩擦磨损、划痕测试以及微小压痕等方法测试了径向不同位置沉积的TiN薄膜摩擦磨损性能、膜基结合力以及硬度.结果表明,靠近靶材中心的位置,膜层的硬度、厚度最大,电化学腐蚀电位最高,在径向夹角20°处的膜层厚度、硬度最小.在靠近出气位置侧沉积的TiN薄膜大颗粒数目较多,造成表面缺陷增加,TiN薄膜的抗腐蚀性能下降.靠近弧源中心位置沉积的膜层摩擦磨损系数较大,两侧处的膜层摩擦系数较小,膜基结合力与表面形貌和膜层厚度有很大关系.     

过渡层对介质漆表面的ZrN薄膜膜基结合力的影响

采用磁控溅射技术在涂有介质漆的铝合金表面制备纯Al、Ti、Cr过渡层,在过渡层上溅射Zr N薄膜,并用划痕法测量不同复合薄膜的膜基结合力。测试结果表明,制备了过渡层的Zr N薄膜与介质漆间膜基结合力均能得到改善。具有Al过渡层的复合膜层膜基结合力超过50 N,解决了开裂、翘皮、剥落等问题,为提高Zr N薄膜与涂有介质漆的铝合金表面膜基结合力提供有效途径。     

深振荡磁控溅射复合沉积CrN/TiN超晶格薄膜的结构和性能

分别采用深振荡磁控溅射(deep oscillation magnetron sputtering,DOMS)复合脉冲直流磁控溅射(pulsed dc magnetron sputtering,PDCMS)技术和单一的PDCMS技术,沉积厚度为2μm、调制周期为6.3 nm的Cr N/Ti N超晶格薄膜。利用XRD、SEM和TEM表征薄膜的结构。利用纳米压痕仪、划痕仪和空气电阻炉分别测试薄膜的力学性能、结合力和热稳定性。利用球-盘式摩擦磨损试验机测试薄膜的摩擦学性能。利用阳极极化实验测试薄膜在3.5%(质量分数)Na Cl溶液中腐蚀性能。研究表明,与单一的PDCMS技术相比,DOMS+PDCMS复合技术显著改善了Cr N/Ti N超晶格薄膜结构,薄膜具有更优异的力学性能、持久的耐磨减摩性和抗腐蚀性能。     

多弧离子镀工艺参数对氮化钛薄膜结合力的影响研究

应用多弧离子镀对4Cr13不锈钢基体沉积TiN薄膜,用WS-2005型附着力自动划痕仪测试薄膜的结合力,研究弧电流、沉积温度和偏压对膜基结合强度的影响。结果表明:随着靶电流、沉积温度和偏压的增大,TiN薄膜与基体的结合力先增大后减小。在其它参数不变时,当弧电流为85、95、105、120 A时,薄膜结合力分别为42、50、75、63N;当沉积温度为150、200、250、300℃时,薄膜的结合力分别为45、45、48、40 N;当偏压为0、200、300、400 V时,薄膜的结合力分别为38、42、58、42 N。本试验膜基结合强度最佳工艺参数为:弧电流105A、沉积温度250℃、偏压300V。