反应磁控溅射沉积工艺对Cr-N涂层微观结构的影响

研究在不同工艺条件下用直流反应磁控溅射技术在T10衬底上制备Cr-N涂层,并采用光电子能谱仪和XRD依次分析Cr-N涂层的表面结构和工艺参数对Cr-N涂层成分及相组成的影响。结果表明,Cr-N涂层在存放一段时间后表面产生复杂的Cr2O3相以及Cr（O2 N）x相;常温下随着N2含量的增加,涂层相结构逐渐由Cr转变为化学比的CrN相。当N2含量为33-3％时,Cr-N涂层的相成分主要为Cr2N＋CrN。并发现衬底偏压直接影响Cr-N系涂层的晶态及取向特征,当偏压增加到-130V时,Cr-N涂层中β-Cr2N相结构逐渐转变为（110）和（300）取向结构。     

65Mn钢基体CrTiAlN微纳米复合膜的制备与抗高温磨损性能研究

采用多弧离子镀在活塞环65Mn钢基体表面制备CrTiAlN微纳米复合膜,研究了CrNx过渡缓冲层与工作负偏压对CrTiAlN微纳米复合膜性能的影响规律,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、划痕仪、纳米硬度仪和发动机台架试验装置,系统分析了薄膜相结构、表面形貌、纳米硬度和抗高温摩擦磨损性能。结果表明:当N2含量为45%时,CrNx薄膜中主要以CrN(220)相为主,此时复合膜结合强度相对较高;复合膜厚度随负偏压增大而减小,纳米硬度随负偏压增大而增大,当偏压为–200V时,CrTiAlN微纳米复合膜的晶粒较为细小。采用优化工艺沉积的CrTiAlN复合膜具有优异的抗高温粘着磨损性能,优于CrN膜和电镀Cr,最后对3种活塞环涂层的抗高温磨损机理进行了分析讨论。     

非平衡磁控溅射制备CrTiAlN/GLC复合涂层的表面性能及摩擦磨损性能研究

采用非平衡磁控溅射技术在新型冷作模具钢表面制备CrTiAlN/GLC复合涂层,并应用拉曼光谱(Raman)、纳米压痕、磨损试验等测试方法分析与考察该复合涂层的组织结构、纳米硬度、结合强度和摩擦磨损性能。结果表明:CrTiAlN/GLC复合涂层由CrTiAlN和以sp2为主的非晶及微晶结构GLC组成,其纳米硬度(17.38 GPa)介于CrTiAlN与GLC单一涂层之间,但有最高的弹性模量(186.35 GPa),并与基体结合状况良好(临界载荷Lc≥60 N)。此外,复合涂层还明显地改善了基体表面的摩擦学性能,干摩擦系数为0.1～0.35,油润滑磨损率(<0.7×10-12mm3/N.mm)约为基体(1.36×10-12 mm3/N.mm)的50%。     

用于发动机活塞环表面涂层的CrN薄膜

设计了一套电子源辅助中频孪生非平衡磁控溅射装置,在单晶硅、高速钢、硬质合金衬底上制备了CrN,研究了气体流量、衬底偏压、溅射功率对薄膜结构和性能的影响.X射线衍射表明,在N2/(N2+Ar)比例低于60 %时,CrN薄膜呈明显的 (200) 结构,当N2/(N2+Ar)高于60 %时,出现含Cr2N的多晶结构.沉积速率在8.5～12.5 mm/h之间,显微硬度为10～18 GPa.衬底偏压对沉积速率、薄膜结构和显微硬度都有重要影响.在较低偏压下得到的薄膜以CrN(200)为主;在较高偏压下出现(200)和(111)相.AFM和SEM测试表明,在较低偏压下沉积的样品呈纤维状微结构,在Vb>25 V时,样品呈现柱状结构.CrN涂层的沉积速率和力学性能基本达到了发动机活塞环表面涂层的要求.     

非平衡闭合场磁控溅射CrTiAlN/MoST复合涂层的性能研究

采用非平衡闭合场磁控溅射方法在Cr12MoV冷作模具钢表面制备CrTiAlN单一涂层和CrTiAlN/MoST复合涂层,通过AFM、XRD、显微硬度、划痕和磨损试验综合分析涂层相结构和的表面性能.实验结果表明,CrTiAlN/MoST复合涂层比CrTiAlN单一涂层更光滑、致密,(Cr,Ti,Al)N在(111)晶面呈强烈的衍射峰,无明显的MoS2衍射峰.Crl2MoV经PVD处理后,表面显微硬度和耐磨性得到了明显的提高,尤其是复合涂层,由于CrTiAlN硬涂层抗磨和MoST软涂层减摩的综合作用表现出比CrTiAlN涂层更低的磨损率,主要的磨损机制为逐层剥落的疲劳磨损.     

光发射谱对CrTiAlN涂层性能的影响

在不同光发射谱(OEM)条件下,采用闭合场非平衡磁控溅射技术(CFUBMSIP)在SDC99冷作模具钢表面沉积CrTiAlN涂层,采用X射线衍射仪(XRD)、显微硬度仪、原位纳米力学测试系统和销盘摩擦磨损试验机(POD)测试分析涂层的相结构、表面硬度以及耐磨损性能。结果表明:各条件下制备的CrTiAlN涂层均为FCC结构,且在(200)晶面择优取向;光发射谱值为65时,制备的CrTiAlN涂层具有较高的表面承载能力以及膜基结合力,纳米硬度和弹性模量分别为22.7 GPa和276.4 GPa;OEM65制备的CrTiAlN涂层较OEM70、OEM80制备的CrTiAlN涂层具有更低的摩擦因数和磨损率,表现出更佳的摩擦磨损性能。     

偏压对非平衡磁控溅射ZrNbAlN薄膜的成分、力学性能及腐蚀特性的影响

采用反应非平衡磁控溅射技术在青铜及Si（100）衬底上沉积不同负偏压（Vb）的纳米ZrNbAlN薄膜。薄膜结构及成分采用X射线光电子能谱及X射线衍射进行表征。结果表明,Zr和Nb的原子浓度受负偏压影响,Vb导致N 1s谱和Al 2p谱的结合能增加及Zr 3d5/2和Nb 3d5/2谱的结合能降低,薄膜表面形貌的演化受控于Vb。X射线衍射谱显示这些薄膜具有（111）择优取向。此外,薄膜的力学特性及腐蚀行为分别通过纳米压痕测试及腐蚀测试表征。当负偏压为-70 V时,纳米压痕测试显示的最大显微硬度为21.85 GPa,ZrNbAlN膜在青铜衬底上的性能远优于未涂层处理的衬底。在0.5 mol/L NaCl和0.5 mol/L HCl溶液中的腐蚀实验表明,腐蚀势能及腐蚀电流依赖于衬底偏压,在-90 V时能够获得较高的抗腐蚀特性。     

非平衡闭合场磁控溅射CrTiAIN／MoST复合涂层的性能研究

采用非平衡闭合场磁控溅射方法在Cr12MoV冷作模具钢表面制备CrTiAlN单一涂层和CrTiAlN／MoST复合涂层，通过AFM、XRD、显微硬度、划痕和磨损试验综合分析涂层相结构和的表面性能。实验结果表明，CrTiAlN／MoST复合涂层比CrTiAlN单一涂层更光滑、致密，（Cr,Ti，Al）N在（111）晶面呈强烈的衍射峰，无明显的MoS2衍射峰．Cr12MoV经PVD处理后，表面显微硬度和耐磨性得到了明显的提高，尤其是复合涂层，由于CrTiAlN硬涂层抗磨和MoST软涂层减摩的综合作用表现出比CrTiAlN涂层更低的磨损率，主要的磨损机制为逐层剥落的疲劳磨损。     

CrTiAlN涂层的显微组织及其在高速干铣削中的切削性能(英文)

利用闭合场非平衡磁控溅射系统制备CrTiAlN复合涂层硬质合金立铣刀,该涂层由Cr粘接层、CrN过渡层以及CrTiAlN涂层组成。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜、显微硬度、划痕仪等技术对CrTiAlN涂层的显微组织和力学性能进行分析表征。在干式切削条件下,通过高速铣削测试淬硬钢(P20,HRC45)的切削性能。结果表明:涂层由有着纳米层Cr(Ti,Al)N结构的柱状晶组成。CrTiAlN涂层在硬质合金上具有良好的结合性能以及近30 GPa的高硬度。相对于无涂层铣刀,涂层大大提高硬质合金立铣刀寿命、减小切削力。讨论其相关切削机理。     

基底偏压对电弧离子镀制备AlCrVN涂层微结构及力学性能的影响

目的 研究基底偏压对AlCrVN涂层微结构及力学性能的影响。方法 采用电弧离子镀技术,使用合金靶AlCrV,纯N₂作为引弧介质和氮源,在不同的基底偏压下制备AlCrVN涂层,对AlCrVN涂层的物相结构、微观形貌、硬度、摩擦因数及磨损率进行测试分析,作为对比制备了AlCrN涂层。结果 AlCrVN涂层为柱状晶结构,由面心立方CrN为基础的(CrV)N置换固溶体相和Cr₂N六方相2种晶相组成,随着基底偏压的增大,涂层衍射峰强度及位置变化不明显;涂层表面的大颗粒数量减少,凹坑增多;涂层硬度由50V时的22 GPa增大到150 V时的24.2 GPa,200 V时硬度值减小到22 GPa;摩擦因数由0.42增大到0.71;磨损率由6.4×10^-7 mm³/(N·m)逐渐增大到13.2×10^-7 mm³/(N·m)。结论 基底偏压对AlCrVN涂层性能影响较大,低偏压(50V)时,涂层的摩擦因数、磨损率最低,耐磨性能最好。含V元素的AlCrVN涂层的力学和摩擦学性...     

Ti靶电流对CrTiAlN镀层组织结构及硬度的影响

利用磁控溅射技术在高速钢和单晶硅基体上沉积CrTiAlN梯度镀层,研究Ti靶电流对CrTiAlN镀层组织、相结构及硬度的影响.利用EDS、XRD和SEM分析镀层的成分、相结构及形貌,采用显微硬度计测量镀层的硬度.结果表明:随着Ti靶电流的增大,镀层中的Ti原子逐渐置换CrN中的Cr原子形成Cr-Ti-N体系,同时出现少量的TiN相;镀层生长的择优取向由(111)晶面逐渐转变为(200)晶面;镀层柱状晶的结构更为致密,其表面形貌由三棱锥结构逐步变为胞状结构;随Ti靶电流的增大,镀层硬度逐渐由1267HV升至1876HV.     

离子氮化对H13钢表面CrTiAlN镀层结合强度的影响

在经过离子氮化处理的H13钢基体上,采用闭合场非平衡磁控溅射法制备了CrTiAlN硬质涂层,并与未氮化的镀膜试样进行了膜基结合强度、膜层微观结构形貌及相组成的对比。结果表明:离子氮化处理可提高基体硬度,形成硬度梯度过渡;氮化+镀膜复合处理可以显著提高膜基结合强度。     

Tribological properties of molybdenum coatings sprayed by electro-thermal explosion directional spraying

The microstructure and the mechanical properties of the electro-thermal explosion directionally sprayed molybdenum coatings were determined by means of SEM, XRD and microhardness tester, respectively. Experiments on the tribological property of the coatings were performed using a ring-on-block type wear tester. Results showed that the molybdenum coatings were characterized by compact microstructure, high bonding strength and high wear resistance. The applied loads and the counterpart's hardness have an obvious influence on the tribological properties of the coatings. Several wear failure modes, such as micro-plowing and pits, were identified in the post-testing analysis.     

Wear, erosion and corrosion resistance of CrTiAlN coating deposited by magnetron sputtering

A nanolayered CrTiAlN coating, which was deposited on Ti6Al4V substrate using unbalanced magnetron sputtering technique, was tested to evaluate its performances against wear, erosion and corrosion. The coating, with a higher hardness compared to CrN, demonstrates significantly higher dry sliding wear resistance than CrN and TiN coatings. Different from the brittle TiN coating, the CrTiAlN coating has a maximum erosion rate at an impingement angle of 45° and shows better erosion resistance than TiN coating at 90°. The CrTiAlN coated Ti6Al4V, when tested in 3.5% NaCl aqueous solution, shows a markedly more noble corrosion potential in comparison with the uncoated Ti6Al4V substrate. Furthermore, it demonstrates a wide passive region with a low current density. All these properties make the CrTiAlN coating a good candidate for a variety of industrial applications.     

Up-scaled Teer-UDP850/4 Unbalanced Magnetron Deposition System Used for Mass-Production of CrTiAlN Hard Coatings

Up-scaled deposition process of Teer-UDP850/4 has been established and used for massive production of CrTiAlN hard coatings in applications of anti-wear, cutting and forming tools. This deposition system uses four magnetrons that are arranged by unbalanced magnets to form closed magnetic field enabling the system running in high current density.Elemental metals of Cr, Ti and Al are used as the target materials which are co-deposited with nitrogen forming multialloy nitride, nanoscale multi-layer or superlattice hard coatings. The substrate turntable is designed as planet rotation mechanism with three folds so that components or tools with complicate geometry can be uniformly coated onto all their surfaces and cutting edges. The power units for the magnetrons are straight dc whilst the substrate is biased by pulsed dc. Two solid heaters are installed in the system to enable running a wide range of deposition temperature from 200℃ to 500℃. The pumping system is powerful that incorporated with a polycold to pump the system to a good vacuum in a very short time. A front door and a movable substrate table are available to benefit easily loading and unloading. Deposition procedure,properties and performance of the coatings is also presented in this paper.     

镍-磷-钛酸钾晶须化学复合镀层的制备及性能

采用化学复合镀方法制备镍-磷-钛酸钾晶须复合镀层,用扫描电镜和金相显微镜观察复合镀层的表面形貌和断面结构,用XRD研究时效温度对镀层组织结构的影响,并解释时效温度对镀层显微硬度的影响机制。采用交流阻抗技术和中性盐雾实验研究镀层的耐腐蚀性能。在销-盘式摩擦磨损试验机上进行复合镀层的摩擦磨损性能测试。结果表明：镀层的显微硬度随温度的变化曲线呈单峰形态,在400℃时达到最大值;复合镀层具有良好的耐腐蚀性能和摩擦磨损性能,在同等实验条件下,复合镀层的磨损率只有Ni-P镀层的1/4。     

VN基硬质耐磨涂层的制备及其性能

目的在N2及其与C2H2混合气氛下,制备VN基硬质耐磨涂层,研究VN基涂层的结构及力学、耐磨、抗腐蚀性能,为工业化应用积累科学数据。方法采用阳极层离子源辅助阴极电弧离子镀系统,在高速钢衬底上制备VN、VCN和VCN/VN多层涂层,系统研究多层涂层调制周期厚度变化对涂层晶体结构、表面形貌、硬度、耐磨性及耐腐蚀性能的影响。结果 C原子的加入和VCN/VN多层涂层调制周期的变化对VCN/VN涂层的晶体结构、表面形貌、硬度、摩擦系数及耐腐蚀性能均有明显影响。随着VCN/VN涂层调制周期的增加,VN(200)衍射峰逐渐减弱并宽化,VN (111)衍射峰消失,涂层表面金属熔滴大颗粒数量减少,小颗粒数量明显增加。VN涂层硬度为1890HV,VCN涂层硬度为2290HV,VN/VCN多层涂层硬度为2350HV左右。对磨材料为氧化铝时,VN涂层的摩擦系数为0.74左右,VCN涂层和VCN/VN涂层的摩擦系数明显降低,在0.60左右,磨损机理由以磨削磨损为主(VN涂层)逐渐转化为粘着磨损为主(S5),磨削磨损起次要作用。随着C原子的加入和VCN/VN多层涂层调制周期的变化,涂层耐腐蚀性能明显增强,自腐蚀电位由VN的-0.26 V增大到VCN的-0.14 V,自腐蚀电流密度由1.63′10^-5 A/cm^2降低到2.7′10(-6) A/cm^2。结论采用阳极层离子源辅助电弧离子镀技术可制备VN基硬质耐磨涂层,C元素的加入可有效提高VN涂层的硬度,降低VN涂层的摩擦系数,增强VN涂层的耐腐蚀性能。VCN/VN多层涂层通过周期厚度的调制可以有效提高VN基涂层的硬度、耐磨及耐腐蚀性能。     

激光再制造金属零件熔覆层组织及耐磨性能

采用Fe-Cr-B-Si-Mo铁基合金粉末进行激光多层熔覆,利用金相显微镜(OM),扫描电镜(SEM),显微硬度计和磨损试验机分析了熔覆层的显微组织,测试了涂层的硬度和耐磨性能.试验发现,多层熔覆层组织致密,具有快速凝固组织特征;层间形成了冶金结合,从而使整个材料在理论上没有薄弱环节.结果表明,熔覆层硬度达到760～780HV;45钢基体的体积磨损量是激光熔覆层的21.7倍;激光熔覆层具具有较好的冶金质量和耐磨性.     

POSS改性丙烯酸涂层的耐刮擦及紫外防护性能

丙烯酸树脂基涂层具有良好的耐候性,但其力学性能较差,耐刮擦及摩擦磨损性能不足等缺点易导致其使用寿命降低。为改善其耐刮擦及摩擦磨损性能,进一步提高其耐候性和延长使用寿命,采用溶胶凝胶法合成了八乙烯基多面体低聚倍半硅氧烷(OvPOSS),进一步将其与丙烯酸树脂(PMB)原位复合改性制备了不同OvPOSS添加量的有机无机杂化树脂。利用光镜、接触角测量仪、显微硬度仪等表征了OvPOSS改性树脂制备的涂层在紫外辐照前后的表面形貌、接触角、硬度等;采用纳米划痕仪和摩擦试验机研究了涂层改性前后的耐刮擦和摩擦磨损性能。结果表明：当添加OvPOSS质量分数为10%时,改性涂层的各方面性能最佳。与未改性的丙烯酸涂层相比,OvPOSS的加入显著改善了OvPOSS/PMB复合涂层的硬度,抗紫外线性,耐刮擦和摩擦磨损等性能。