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。     

高速钢表面多弧离子镀(Ti,Al)N薄膜及性能研究

采用多弧离子镀技术在W18Cr4V表面制备出（Ti，Al）N硬质薄膜，研究了Al含量对（Ti，Al）N薄膜的形貌、硬度、膜基结合力、耐磨性、摩擦系数的影响。并利用扫描电镜、X射线衍射仪对薄膜进行了分析。结果表明Al含量在25％左右的（Ti，Al）N薄膜硬度达到2780HV0．05，耐磨性好，摩擦系数仅为0．168，且与钢基体结合良好．具有最佳的综合性能。     

多弧离子镀沉积Ti/TiN多层薄膜的摩擦磨损及电化学性能

软硬交替多层结构的薄膜因其优异的抗摩擦磨损性能和耐腐蚀特性使其在工程领域具有重要的应用价值。利用多弧离子镀在不锈钢和Si(100)表面沉积了Ti N单层薄膜和3种不同Ti/Ti N调制比的多层膜,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、CSM摩擦磨损试验机和电化学工作站分别分析了薄膜的结构特征、耐磨损性能和电化学性能。结果表明:多层膜层状结构明显,Ti N相出现(111)面择优取向;Ti与Ti N沉积时间比为1∶5的样品具有较低的摩擦因数(0.26)和磨损率(6.6×10–7 mm3·N–1·m–1);在3.5%Na Cl溶液中,多层膜样品的腐蚀电流密度较不锈钢基体降低了两个数量级,腐蚀电位较不锈钢基体明显提高,表明多层膜可以提高不锈钢基体的耐腐蚀性。     

占空比对中频磁控溅射（Al,Ti）N周期性多层膜组织与性能的影响

采用LABVIEW软件控制N2气体流量,辅助中频磁控溅射制备不同占空比的(Al,Ti)N周期性多层膜,分别利用X射线衍射仪、场发射扫描电镜、纳米硬度仪研究了(Al,Ti)N周期性多层膜的组织结构和力学性能,研究表明:不同占空比下的薄膜只存在面心立方结构,多层膜具有一定的择优取向,择优取向随着占空比的改变而变化,当占空比为50%时,薄膜中存在(111)和(220)两种取向;多层的结构可以提高薄膜的结合强度和力学性能,获得的多层膜硬度最高为33.58GPa,临界载荷在40N左右,磨损情况也得到了明显的提高,主要是以粘合磨损为主;氮流量的增加有利于多层膜的性能改善。     

调制周期对TiN/Ti多层膜组织结构和结合力的影响

为了阐明调制周期对薄膜微观组织及薄膜与基体结合力的影响,采用反应磁控溅射在Ti6Al4V基板上交替沉积了Ti层及TiN层制备了TiN/Ti多层膜。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度仪和划痕仪测量分析了薄膜的晶体结构、微观组织、硬度以及薄膜与基体之间的结合力。研究结果表明:TiN/Ti多层膜中均存在TiN,Ti和Ti2N 3种相。TiN/Ti多层膜均以柱状晶方式生长,在调制周期较大(5层)时,TiN和Ti层的界面清晰;随着调制周期的减小(层数增加),TiN和Ti层的界面逐渐消失。与单层TiN薄膜相比,多层TiN/Ti薄膜的硬度显著提高;但随着薄膜层数的增加,多层TiN/Ti薄膜硬度略微降低。当调制周期为80nm(30层)时,薄膜与基体的结合力明显提高,达到73N。     

电弧离子镀(Ti,Al)N复合薄膜的结构和性能研究

利用电弧离子镀设备在1Cr11Ni2W2MoV不锈钢基体表面沉积了不同成分的（Ti1-xAlx)N薄膜；X射线衍射分析表明，x在0－0．5之间时，薄膜是Bl型（NaCl)单相结构；x=0.64时，同时出现B1和B4型（ZnS)两种相结构，x≥0.79时，只出现B4型结构；随着Al含量的增加，晶格常数减小，B1结构的薄膜择优取向由（111）向（220）转变。力学性能测试表明，适当Al含量可以提高薄膜的硬度、膜基结合强度及抗磨损性能；B1结构（Ti,Al)N薄膜的氧化实验表明，随着Al含量的增加，薄膜抗氧化性能显著提高。     

具有TiN过渡层的BCN薄膜制备与力学性能

用电弧增强磁控溅射(AEMS)装置在高速钢(W18Cr4V)和Si(100)基体上制备了具有TiN过渡层的BCN薄膜,用X射线衍射(XRD)仪和傅里叶红外光谱(FTIR)分析了薄膜的微观结构,用划痕仪测试了薄膜的结合力,用显微硬度计和销盘式摩擦磨损实验仪测试了薄膜的硬度和摩擦学性能。结果表明:本实验条件下制备的具有Ti N过渡层的BCN薄膜的硬度为23 GPa,薄膜与GCr15钢球对磨的摩擦系数为0.3,具有TiN过渡层的BCN薄膜的结合力和摩擦学性能较BCN单层薄膜有明显提高。     

Ti6Al4V表面TiN/Ti复合膜的制备及摩擦学性能研究

采用直流磁控溅射法在Ti6Al4V表面制备TiN/Ti复合膜。分别用FESEM、GDEOS和XRD分析薄膜表面的成分及相结构;利用划痕仪分析膜基结合强度;通过球盘磨损机和轮廓仪测试磨痕形貌和磨损体积,评价膜层的摩擦学性能。结果表明,TiN/Ti复合膜表面致密光滑,呈金黄色金属光泽;膜基结合强度大于100 N;表面镀有TiN/Ti复合膜的Ti6Al4V合金虽没有减磨作用,但提高了耐磨性。     

H13表面TiAlN/CrAlN复合涂层的摩擦磨损性能研究

采用真空电弧离子镀工艺在H13钢表面制备Ti Al N/Cr Al N复合涂层,利用划痕试验仪、盘式摩擦磨损试验机、金相显微镜和努氏硬度计分析Ti Al N/Cr Al N膜层的结合力和摩擦学性能,金相组织形貌和试样表面的显微硬度。结果表明,Ti Al N/Cr Al N复合薄膜表面组织分布均匀,结合致密,涂层与基体间的结合力是影响涂层承载能力的主要因素之一,Ti Al N复合涂层的摩擦性能优于H13基体和Cr Al N复合涂层的摩擦性能,Ti Al N/Cr Al N复合涂层的结合力分别为35 N和24 N,沉积有Ti Al N涂层试样表面摩擦系数最小,减摩效果最好,耐磨性能优越,并能有效地抵抗摩擦磨损。     

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。     

TiN/TiCN/Al2O3/TiN与TiN/TiCN/Al2O3/TiCNO多层涂层的组织性能比较

目的对比TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN和TiN/TiCN/Al_2O_3/TiCNO两种多层涂层的组织性能。方法采用化学气相沉积(CVD)技术在硬质合金基体上沉积TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN和TiN/TiCN/Al_2O_3/TiCNO两种多层涂层。通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析涂层的物相和组织形貌,采用纳米力学测试系统测试涂层顶层的硬度和弹性模量,利用显微维氏硬度计和划痕仪分别测量涂层的显微硬度和结合强度,利用往复式多功能摩擦磨损试验机研究涂层的摩擦磨损性能。结果顶层TiN晶粒为柱状晶,顶层TiCNO晶粒呈细针状。与顶层TiN相比,顶层TiCNO硬度更大,抗塑性变形能力更强。与以TiN为顶层的多层涂层相比,以TiCNO为顶层的多层涂层表面粗糙度、摩擦系数较大,结合强度较低。当磨损只发生在顶层时,耐磨性取决于顶层涂层的性能,TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN的磨损体积和磨损率为TiN/TiCN/Al_2O_3/TiCNO的1.2倍。当磨损进行到顶层与Al_2O_3层界面时,结合强度对耐磨性也有重要影响,TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN的磨损体积和磨损率是TiN/TiCN/Al_2O_3/TiCNO的82%。结论与TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN相比,TiN/TiCN/Al_2O_3/TiCNO的顶层TiCNO硬度较大,抗塑性变形能力强,其顶层耐磨性较好。改善TiN/TiCN/Al_2O_3/TiCNO多层涂层表面粗糙度和结合强度将进一步提高该涂层的摩擦磨损性能。     

Structure and wear resistance of TiN and TiAlN coatings on AZ91 alloy deposited by multi-arc ion plating

In order to investigate the microstructure of TiN and TiAlN coatings and their effect on the wear resistance of Mg alloy, TiN and TiAlN coatings were deposited on AZ91 magnesium alloy by multi-arc ion plating technology. TiN and Ti70Al30N coatings were prepared on the substrate, respectively, which exhibited dark golden color and compact microstructure. The microstructures of TiN and Ti70Al30N coatings were investigated by X-ray diffractometry (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The micro-hardness and wear resistance of TiN and Ti70Al30N coatings were investigated in comparison with the uncoated AZ91 alloy. The XRD peaks assigned to TiN and TiAlN phases are found. The hardness of TiN coatings is two times as high as that of AZ91 alloy, and Ti70Al30N coating exhibits the highest hardness. The wear resistance of the hard coatings increases obviously as result of their high hardness.     

高速钢表面多弧离子镀(Ti,Al)N薄膜及性能研究

采用多弧离子镀技术在W18Cr4V表面制备出(Ti,Al)N硬质薄膜,研究了Al含量对(Ti,Al)N薄膜的形貌、硬度、膜基结合力、耐磨性、摩擦系数的影响。并利用扫描电镜、X射线衍射仪对薄膜进行了分析。结果表明Al含量在25%左右的(Ti,Al)N薄膜硬度达到2780HV0.05,耐磨性好,摩擦系数仅为0.168,且与钢基体结合良好,具有最佳的综合性能。     

Improving tribological properties of Ti6Al4V alloy with duplex surface treatment

Ti-doped diamond like carbon films were deposited on both untreated and plasma nitrided Ti6Al4V alloy using Closed Field Unbalanced Magnetron Sputtering (CFUMBS) method and their tribological properties were evaluated by conducting sliding wear conditions. The influence of the nitrided layer on tribological behavior of Ti-DLC films was studied by means of XRD, SEM, scratch tester, microhardness tester and pin-on-disc tribotester. The microhardness results pointed out that the duplex treatment dramatically increased the surface hardness and reduced the plastic deformation of the alloy. Wear tests showed that Ti-DLC coatings on both untreated and nitrided surfaces caused a reduction in the coefficient of friction. The reason of the reduction in the coefficient of friction was found to be the formation of transfer film between the sliding surfaces. Wear rates demonstrated that wear resistance of duplex treated (Ti-DLC coating after nitriding) Ti6Al4V alloy was significantly improved.     

MoS2-Zr复合薄膜的摩擦学性能研究

目的改善MoS_2薄膜的疏松结构,提高其硬度及摩擦磨损性能。方法采用离子源辅助磁控溅射技术在GCr15基体上沉积不同Zr含量的MoS_2-Zr复合薄膜,通过SEM分析薄膜的表面及截面形貌。采用EDS检测薄膜的成分,采用显微维氏硬度计测试薄膜的硬度,采用Rockwell-C硬度计进行压痕测试实验,采用球-盘式旋转摩擦磨损试验机评价薄膜的摩擦磨损性能。结果 MoS_2-Zr复合薄膜的致密程度和硬度随着Zr含量的增加而增大,其硬度值为300~500HV。复合薄膜与基体的结合力随着Zr含量的增加而增强,但当Zr含量过高时,结合力下降。含Zr原子数分数为15%的MoS_2-Zr复合薄膜具有最好的摩擦学性能,其平均摩擦系数为0.09,磨损率为9.33×10~7 mm~3·N~(–1)·m~(–1),耐磨寿命达5.25×105 r。结论 Zr的掺杂改善了纯MoS_2薄膜的疏松结构,提高了MoS_2薄膜的硬度和结合力,合适的Zr掺杂可以获得较低的摩擦系数和较长的耐磨寿命。     

盐雾腐蚀条件下Ti合金表面功能薄膜的摩擦磨损性能

目的研究Ti6Al4V合金、铬掺杂类金刚石(Cr-DLC)薄膜、钨掺杂类金刚石(W-DLC)薄膜和氮化钛(TiN)薄膜,在干摩擦和盐雾腐蚀气氛摩擦条件下的摩擦磨损性能。方法在商用Ti6Al4V合金表面通过非平衡磁控溅射制备Cr-DLC薄膜和W-DLC薄膜,通过多弧离子镀技术制备TiN薄膜。利用扫描电镜、显微硬度计、摩擦磨损试验机、白光干涉扫描轮廓仪,对薄膜的形貌、硬度、干摩擦和腐蚀摩擦性能、磨痕形貌进行测试分析。结果干摩擦条件下,Ti6Al4V合金表面沉积Cr-DLC、W-DLC和TiN三种薄膜的摩擦系数均比Ti6Al4V合金低;Ti6Al4V合金及其表面制备的三种薄膜在盐雾腐蚀气氛条件下的摩擦系数都比干摩擦条件下有所增加。与Ti6Al4V合金相比,Cr-DLC、W-DLC和TiN三种薄膜在干摩擦和盐雾腐蚀气氛摩擦条件下均减小了磨损体积。干摩擦条件下,W-DLC薄膜的磨损体积为0.0017 mm~3,耐磨性最好;盐雾腐蚀气氛摩擦条件下,TiN薄膜的磨损体积为0.0028 mm~3,表现出最佳的耐腐蚀磨损性能。通过磨痕形貌可以得出,盐雾腐蚀气氛摩擦条件下,Ti6Al4V合金表面制备的金属掺杂类金刚石薄膜的磨损受到磨粒磨损和腐蚀磨损双重机制的影响。结论三种表面功能薄膜在盐雾腐蚀气氛摩擦条件下都较好地保护了Ti合金,极大地减少了磨损损失。     

等离子体增强磁控溅射CrSiN涂层摩擦磨损行为

目的基于细晶强化理论,借助新型涂层制备技术获得综合性能优良的CrSiN涂层,研究Si含量对涂层微观结构、力学性能及耐磨性能的影响规律。方法采用等离子体增强磁控溅射技术,制备四种含有不同Si含量的Cr Si N涂层。使用X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和原子力显微镜(AFM),分析涂层的化学成分、晶体结构、微观形貌和表面粗糙度。使用纳米压痕/划痕仪测试涂层的显微硬度、杨氏模量和结合力。使用摩擦磨损试验仪考察涂层的摩擦磨损行为。结果 Cr Si N涂层中Si含量随着Si靶功率的增加而增加。所有涂层中均未检测到含Si物相,主要由Cr N相组成。随着Si含量的增加,CrN(111)衍射峰逐渐减弱直至消失,涂层由疏松的三角锥结构逐渐变为致密平整的CrN纳米晶和Si3N4非晶共存的复合结构,涂层表面粗糙度显著降低,涂层的显微硬度、杨氏模量、结合力及耐磨性能均呈现先增后降的趋势。结论 Si含量为18.5%的Cr Si N涂层具有最佳的耐磨性能,此时涂层的硬度、杨氏模量、结合力和平均摩擦系数分别约为27 GPa、327 GPa、30 N和0.289。     

Al含量对电弧离子镀共沉积Ti_(1-x)Al_xN涂层性能的影响

利用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、划痕仪、磨损实验仪等,研究了不同铝含量的Ti1-xAlxN涂层性能。结果表明:当铝含量约为52%时,经涂层处理试样的显微硬度、摩擦磨损性能都得到了很大的提高,能达到使用钛铝合金靶离子镀Ti1-xAlxN涂层的相应性能,而从经济性来说,利用独立钛、铝靶比钛铝合金靶制备Ti1-xAlxN涂层的成本要低得多,从而具有降低生产成本,提高生产效益的优势。     

钛合金表面离子束增强沉积的Cr和CrMo合金膜层及其性能

利用多功能离子束增强沉积(IBED)设备，在Ti6Al4V钛合金表面制备Cr和CrMo合金膜层，以提高钛合金表面的耐磨性能。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、辉光放电光谱仪和显微硬度计分析和测试了IBED膜层的结构、形态、成分分布、硬度和膜基结合强度的大小。利用球一盘磨损试验机和电化学综合测试仪研究了IBED膜层的摩擦学性能和电化学腐蚀特性。结果表明，利用IBED方法可以在难镀材料钛合金表面制备膜基结合强度高、结晶致密和晶粒尺寸达纳米级的高硬度Cr膜和CrMo合金膜层，显著提高了钛合金表面的抗磨性能，且膜层本身有很好的耐Cl^-介质环境电化学腐蚀性能，与钛合金基体之间有很好的接触腐蚀相容性。     

离子源功率对a-C:H(Al)薄膜结构及性能的影响

目的研究离子源功率对a-C:H(Al)薄膜结构及性能的影响。方法采用阳极离子源离化CH_4气体,中频磁控溅射Al靶,通过改变离子源功率,在n(100)型单晶硅及16Mn Cr5钢基体上沉积a-C:H(Al)薄膜。利用扫描电镜、维氏显微硬度计、摩擦磨损试验机和表面轮廓仪等设备对a-C:H(Al)薄膜的结构及性能进行表征。结果薄膜的硬度均在1000HV以上。摩擦系数较低,为0.05~0.15。离子源功率为450 W时,薄膜摩擦系数和结合力均出现了最优值,分别为0.05和21.46 N。离子源功率在550 W时,磨损率达到最低值,为3.59×10~(-7) mm~3/(N·m)。结论离子源功率较低时,薄膜表面较疏松,随着离子源功率的增加,薄膜逐渐趋于平整致密。随离子源功率的增加,薄膜的硬度增大,薄膜的结合力先增大后减小,而薄膜的摩擦系数先减小后增大,磨损宽度减小,磨损深度降低,磨损率减小。