氮气下用激光烧蚀法室温制取高纯氮化钛

氨化钛（ＴｉＮ）由于有着超高硬度,优良的机械性能,极高的热稳定性和低的电阻系数,因而应用极其广泛;如特殊工具的硬化涂层、微电子中的扩散挡板、选择性波长的透光膜等,金色的表面还可用于美化产品． ＴｉＮ薄膜的制取方法通常有：化学汽相沉积（ＣＶＤ）、物理汽相沉积（ＰＶＤ）、离子注入、激光处理、磁场溅射沉积和电弧蒸发．但所有这些方法都要求基板温度至少在２００℃以上,对于高质量的膜,更要求基板温度至少达５００℃．香港城市大学物理与材料科学系对脉冲激光沉积方法（ＰＬＤ）进行了研究,在室温下制出了高纯ＴｉＮ膜…     

高速钢W18Cr4V离子渗氮层组织对TiN膜与基体结合强度的影响

采用Ｗ１８Ｃｒ４Ｖ高速钢进行离子渗氮－ＰＥＣＶＤ ＴｉＮ复合处理,运用透射电子显微镜、Ｘ射线衍射仪和光学显微镜研究试样的表层组织结构。采用连续压入法研究ＴｉＮ膜与基体的结合强度,结果表明,离子渗氮能够提高膜基结合强度,通过分析渗氮层与膜－基界面的组织特点,认为ＴｉＮ膜在渗氮层上一些与其具有相同或相似晶体结构的氮化物上外延生长,以及强度较高的渗氮层对膜的支撑是基体渗氮提高膜－基结合强度的两大因素。     

三种材料多弧离子镀TiN涂层性能比较

硬质ＴｉＮ薄膜广泛用作高速钢刀具有耐磨层,较少用于其他钢种。本文选择Ｗ６Ｍｏ６Ｃｒ４Ｖ２、３Ｃｒ２ＡＷ８Ｖ和ＧＣｒ１５三种材料用多弧离子设备沉积ＴｉＮ淫层,测定了涂 表面硬度、涂层与基体的结合力、ＴｉＮ涂层的结构及过渡层硬度分布。试验结果证明：只有选择在沉积温度下保持高的硬度及含有较多合金元素尤其是Ｖ元素的基本材料,才能获得良好的性能的ＴｉＮ涂层。     

离子束增强沉积TiN薄膜界面结合强度的研究

利用划痕法测定了离子束增强沉积ＴｉＮ薄膜的界面结合力。结果表明，由于在离子束增强沉积过程中ＴｉＮ薄膜和基体之间生成一层厚约３０￣４０ｎｍ的过渡层，从而大大改善了涂层的界面结合强度，其临界载荷可达１４０Ｎ，为一般ＰＶＤ和ＣＶＤ方法所生成的ＴｉＮ膜的３￣４倍，并且发现它并不随膜厚的增加而变化。     

离子束增强沉积TiN薄膜界面结合强度的研究

采用划痕法测定了离子束增强沉积ＴｉＮ薄膜的界面结合力。结果表明，由于在离子束增强沉积过程中ＴｉＮ薄膜和基体之间生成一层厚约３０～４０ｎｍ的过渡层，从而大大改善了涂层的界面结合强度，其临界载荷可达１４０Ｎ，为一般ＰＶＤ和ＣＶＤ方法所生成的ＴｉＮ膜的３～４倍，并且发现它并不随膜厚的增加而变化。     

PCVD TiN膜的界面制备及性能

用ＴｉＣｌ４作为反应气体制备ＰＣＶＤ ＴｉＮ镀层,对降低界面的氯含量,改善ＰＣＶＤＴｉＮ镀层的界面性能进行了研究。在镀层制备过程中增加了界面制备过程,即采用氩离子轰击以及氢的反应使界面的氯含量降低,膜基界面得到改善。结果表明,与常规ＰＣＶＤ制备的ＴｉＮ镀层相比,膜层的结合强度有大幅度的提高,耐磨性和耐蚀性均有改善,特别是其耐蚀性达到甚至超过奥氏体不锈钢的水平。     

对向靶溅射TiN薄膜的结构和物性

利用对向靶溅射（ＦＴＳ）沉积出（１１１）择优取向的单相ＴｉＮ膜，膜硬度（ＨＶ）最高可达３８００，择优取向随基板偏压增高，可由（１１１）转向（２００），晶格常数随氮气分压增高而增大，这是氮原子进入四面体间隙引起的。     

对向靶溅射TiN薄膜的结构和物性

利用对向靶溅射（ＦＴＳ）沉积出（１１１）择优取向的单相ＴｉＮ膜，膜硬度（ＨＶ）最高可达３８００，择优取向随基板偏压增高，可由（１１１）转向（２００），晶格常数随氮气分压增高而增大，这是氮原子进入四面体间隙引起的。     

铁基体等离子体增强磁控溅射离子镀Ti－TiN涂层的组织结构

利用等离子体增强磁控溅射离子镀（ＰＥＭＳＩＰ），先在铁基体上镀一层很薄的钛中间层，继之沉积ＴｉＮ。对膜层进行俄歇电子能谱（ＡＥＳ）分析和透射电镜（ＴＥＭ）分析。结果表明，膜与基体之间有厚约５０ｎｍ的过渡层；膜基界面处有ＦｅＴｉ相；中间层与后继膜交接处Ｔｉ２Ｎ与α－Ｔｉ有取向关系。     

多弧离子沉积（TiFeCr）N多元膜

研究了多弧离子沉积（ＴｉＦｅＣｒ）Ｎ多元膜的性能,并与同一设备下沉积ＴｉＮ膜的性能进行比较。结果表明,（ＴｉＦｅＣｒ）Ｎ多元膜的力学性能和耐蚀性能均优于ＴｉＮ膜。定量金相分析结果表明,（ＴｉＦｅＣｒ）Ｎ多元膜的孔隙度比ＴｉＮ膜低得多。文中对多元膜的强化机理进行了讨论,认为孔隙度降低是使多元膜性能大幅度提高的主要原因。     

Ti-Si-N纳米复相薄膜及Si含量对脉冲直流PCVD镀膜质量的影响

用工业型脉冲直流等离子体增强化学气相沉积(PCVD)设备，在高速钢(W18Cr4V)表面沉积Ti-Si-N三元薄膜，研究了不同N2流量对薄膜组织及性能的影响，结果表明：随N2流量增大，膜层沉积速率及膜层中Si含量减少，薄膜组织趋于致密，膜层颗粒尺寸明显减小，划痕法临界载荷和显微硬度显著增加，硬度最高可达50GPa以上。研究发现，对应N2流量，薄膜相组成发生变化，依次存在有TiN／a-Si3N4／Si，TiN／a—Si3N4／TiSi2／Si，TiN／a—Si3N4／TiSi2三种相组成形式，分析认为，低N2或高Si效果不佳的原因在于直流PCVD是以工件为阴极，膜层中过多的Si3N4和Si将严重劣化阴极的电导性，致使膜层疏松，说明脉冲直流PCVD与射频PCVD存在很大的区别。     

高能量密度脉冲等离子体制备高硬耐磨TiN涂层

用高能量密度脉冲等离子体于室温下在硬质合金刀具上成功淀积了高硬耐磨TiN涂层．实验结果表明，涂层与基体有强的结合力，纳米划痕实验临界载荷达90mN以上；TiN涂层具有很高的硬度和Young’s模量，分别达27和450GPa以上．涂层刀具切削实验表明，刀具可用于硬度高达HRC58-62的CrVVMn钢切削，且磨损量较低，寿命长．     

脉冲偏压电弧离子低温沉积TiN硬质薄膜的力学性能

利用直流和脉冲偏压电弧离子镀技术沉积TiN硬质薄膜，研究了不同偏压下基体的沉积温度、薄膜的表面形貌及力学性能．结果表明，与直流偏压相比，脉冲偏压可以明显降低基体的沉积温度，大大减少薄膜表面的大颗粒污染，改善表面形貌，而薄膜的综合力学性能仍保持良好，说明利用脉冲偏压技术是实现电弧离子镀低温沉积的有效途径．     

Pulsed DC plasma enhanced chemical vapor deposited TiN/Ti(C,N) multilayer coatings

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＶａｒｉｏｕｓｃｏａｔｉｎｇｓｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ,ｓｕｃｈａｓＰＶＤ ,ＣＶＤ ,ＰＣＶＤ ,ＩＢＥＤａｎｄＰＳＩＩｈａｖｅｂｅｅｎｕｓｅｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｗｅａｒ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ,ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｓｗｅｌｌａｓｅｌｅｖａｔｅｄａｎｔｉ ｏｘｉｄａｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｓｕｒｆａｃｅｏｆｓｔｅｅｌｓ ,ｆｏｒｉｎｓｔａｎｃｅ ,ｃｕｔｔｉｎｇｔｏｏｌｏｒｄｉｅｓｔｅｅｌｓａｎｄｎｏｎ ｆｅｒｒｏｕｓｍｅｔａｌｓｉｎ…     

脉冲高能量密度等离子体沉积氮化钛膜的结合强度

本文用脉冲高能量密度等离子体技术，在室温条件下，成功地在ＧＣｒ１５钢表面沉积了性能良好的氮化钛薄膜。用自动划痕试验仪测量了氮化钛薄膜的结合强度。研究结果表明：表征薄膜结合强度的临界载荷有相当高的值；氮化钛薄膜的临界载荷随脉冲轰击次数、内外电极的电压变化而变化。对沉积膜结合强度的这些变化给予了理论上的解释与讨论。     

Mechanical Behaviors of Ti-Si-N Coatings Deposited by Bias Sputtering

Ti-Si-N hard coatings were deposited on steel substrates by reactive unbalanced magnetron sputtering from Ti and Si elemental targets in a mixture of Ar and N2 gases.The influences of negative bias voltage(in the range of-30 to-80 V)on the mechanical properties of the coatings were investigated.In particular,the critical cycle during dynamic impact tests was employed to indicate the bonding strength of the coatings.It was found that the Ti-Si-N coatings prepared at lower constant bias voltages could effectively improve the adhesion and the cyclic impact performance,but their hardness was dropped significantly to 13 GPa at a bias of-30 V.Higher bias voltage values induced greater hardness.A maximum hardness of 47 GPa was obtained at a bias of-60 V.However,the coating adhesion was worse in this case,and the number of impact cycles(～8×10 3)that the coatings could endure was much shorter than that of TiN binary coatings(～2×104).On the other hand,the bias voltage was varied linearly from-40 to-60 V during Ti-Si-N deposition.Under this circumstance,the hardness of the coatings deposited with the bias-graded configuration remained very high(42 GPa),and the adhesion strength was improved substantially.Also,the critical impact cycle could reach as high as 1.8×104.Therefore,bias-graded deposition can provide an effective processing route to prepare Ti-Si-N superhard coatings with high adhesion strength and impact resistance.     

钛合金表面反应电火花沉积TiN/Ti复合涂层

利用自制的电火花沉积充气密闭式保护装置和DZ-1400型电火花沉积/堆焊机,以工业纯钛TA2为电极,以工业纯氮为保护气和反应气,在TC4钛合金表面上反应电火花沉积制备了TiN/Ti复合涂层.利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子仪(XPS)分析了涂层的组织、物相和元素组成,利用显微硬度计测定了涂层的显微硬度,利用自制磨损试验装置对比涂层与淬火W18Cr4V高速钢的磨损性能.结果表明,涂层与基体形成良好的冶金结合,涂层主要由钛和反应合成的TiN组成,涂层的平均显微硬度可达1 388 HV0.1,是基体硬度的6倍以上,涂层具有较好的耐磨性.

Abstract：

TiN/Ti composite coating was deposited on TC4 titanium alloy substrate with the self-made special gas-filled-closed electric-spark deposition device and electric-spark deposition machine modeled DZ-1400, the industry pure titanium (TA2) was used as electrode and the industry pure nitrogen gas as shielding and reacting atmosphere. The microstructures, interfacial behavior, phase and element in the coatings were investigated by scanning electronic microscope, X-ray diffraction and X-ray photo spectrum. The microhardness of coatings was tested and its wear-resistance property was tested by the self-made abrasion machine and compared with Wi8Cr4V rapid steel treated by quenching. The results show that an excellent bonding between the coating and substrate is ensured by the strong metallurgical interface. The coatings are mainly composed of Ti and synthesized TiN. The highest microhardness of coating reaches to 1 388 HV0. 1, which is six times higher than that of the substrates. Wear resistance of the coatings is excellent.     

脉冲偏压对电弧离子镀Ti/TiN纳米多层薄膜显微硬度的影响

采用脉冲偏压电弧离子镀方法在高速钢基体上沉积Ti／TiN纳米多层薄膜，采用正交实验法设计脉冲偏压电参数，考察脉冲偏压对Ti／TiN纳米多层薄膜显微硬度的影响．结果表明，在所有偏压参数（脉冲偏压幅值、占空比和频率）和几何参数（调制周期和周期比）中，脉冲偏压幅值是影响显微硬度的最主要因素；当沉积工艺中脉冲偏压幅值为900V、占空比为50％及频率为30kHZ时，薄膜硬度可高达34．1GPa，此时多层膜调制周期为84nm，TiN和Ti单元层厚度分别为71和13nm；由于薄膜中的单层厚度较厚，纳米尺寸的强化效应并未充分体现于薄膜硬度的贡献中，硬度的提高主要与脉冲偏压工艺，尤其是脉冲偏压幅值对薄膜组织的改善有关．     

多弧离子镀负偏压对氮化钛薄膜的影响研究

在4Cr13不锈钢表面制备TiN薄膜,通过改变负偏压,探讨偏压对薄膜的表面质量、结构、硬度、结合力和摩擦系数的影响。结果表明：负偏压对薄膜的表面质量影响较大。偏压为0 V时,TiN薄膜表面凹凸不平,液滴较多。随着偏压的升高,薄膜表面变得光滑,液滴的尺寸和数量都减小,致密性也得到提高;TiN薄膜在不同偏压下均体现出了在(111)晶面的择优取向,但随着偏压的增大,这种择优取向逐渐减弱,当偏压达到400V时,薄膜在(220)晶面的峰值逐渐增强;当偏压在0 V-400 V之间变化时,薄膜的硬度先增大后减小,当偏压为300 V时,薄膜硬度达到最大值2650 HV;超过300 V时,薄膜的硬度开始降低;当偏压为200 V时,薄膜的结合力为42 N左右;偏压为300 V时,薄膜结合力最大为58 N,偏压为400 V时,薄膜的结合力反而出现下降,为42 N;当偏压为：0V、200V、300V、400V时：平均摩擦系数分别为：0.66、0.55、0.48和0.5;适当的偏压可以提高薄膜的硬度、结合力、耐磨性等性能,当偏压为300 V时,薄膜的各项性能达到最佳。     

梯度基体负偏压真空多弧离子镀沉积TiN涂层及其力学性能

目的通过梯度基体负偏压沉积工艺,获得综合性能优良的Ti N涂层。方法采用多弧离子镀工艺,在0~-180 V连续变化的梯度基体负偏压参数下沉积梯度Ti N涂层。通过X射线衍射仪和扫描电子显微镜对涂层的物相结构和形貌进行分析,通过纳米压痕和纳米划痕对涂层的力学性能进行系统研究。结果与无梯度沉积的涂层相比,梯度基体负偏压沉积Ti N涂层的(111)晶面衍射峰减小,厚度增加,表明涂层的沉积速率增大。经测试,梯度涂层的断裂临界载荷L_(c2)=215.21 m N,硬度值H=31.2GPa,弹性模量E=498 GPa,塑性变形临界载荷L_y=81.65 m N;无梯度沉积涂层的L_(c2)=248.63 m N,H=29.6 GPa,E=452 GPa,L_y=23.39 m N。二者相比之下,梯度涂层虽然断裂临界载荷有所减小,但硬度值和弹性模量均有所增大,并且塑性增大,塑性变形临界载荷大幅增加,综合力学性能提高。结论梯度基体负偏压沉积工艺改变了常规的单一参数设置,在沉积过程中,基体负偏压对涂层生长的影响不断改变,获得的涂层具有结构上的梯度变化,从而力学性能得到了改善。