Ti/TiN复合膜工艺优化及性能研究

利用正交试验和极差分析方法，分析了多弧离子镀Ti／TiN复合膜中工艺参数（弧电流、氮气分压、基体负偏压、钛过渡层厚度）对Ti／TiN复合膜的纳米硬度和膜与基体的结合力的影响及主次关系，并通过正交试验对工艺参数进行了优化。研究表明，氮气分压和弧电流是影响Ti／TiN复合膜纳米硬度的2个最主要因素，膜层与基体的结合力随着弧电流的增加而下降；升高基体负偏压，虽然可以提高Ti／TiN复合膜纳米硬度和膜与基体的结合力，但是高负偏压将急剧升高基体温度，可能导致基体退火；沉积一定厚度的钛过渡层可以显著提高TiN膜层与基体的结合力。     

W-C-S-Mo复合薄膜的制备及力学和摩擦学性能

利用磁控溅射与磁过滤阴极真空电弧（MS/FCVA）复合沉积法，在不同偏压下在单晶Si基体上制备W-C-S-Mo四元复合薄膜；分析沉积偏压对薄膜纳米硬度、弹性模量和膜基结合力等力学性能的影响；在潮湿大气、真空环境下研究偏压对薄膜摩擦学性能的影响。结果表明，薄膜硬度、弹性模量和附着力随着沉积负偏压的增大呈现先增大后减小的趋势，在偏压-100 V时薄膜力学性能最好；负偏压-100 V下制备的W-C-S-Mo四元复合薄膜样品在潮湿大气和真空环境下均具有较好的摩擦学性能，拉曼测试发现，W-C-S-Mo复合薄膜在潮湿大气环境中的润滑作用主要由DLC提供，而在真空环境中薄膜中的软质相MoS2晶粒起润滑作用。     

工艺参数对多弧离子镀TiAlN涂层铝含量和硬度的影响

为研究不同工艺参数对多弧离子镀制备TiAlN涂层性能的影响规律,设计了L9(3~4)正交试验表,并通过试验研究了弧电流、衬底负偏压、氮气/氩气流量比以及腔体压强对涂层Al含量和硬度的影响规律,得到了最佳工艺参数优化组合。结果表明:影响Al含量的因素按重要性排序依次是:腔体压强、氮气/氩气流量比、衬底负偏压、弧电流。影响涂层硬度的因素按重要性排序依次是:弧电流、氮气/氩气流量比、腔体压强、衬底负偏压。     

磁控溅射TiN薄膜低温沉积技术及其摩擦学性能研究

利用磁控溅射装置在高速钢基体上制备了TiN薄膜,研究了基体温度升高的原因及其磁控溅射的低温原理,讨论了低温与离子刻蚀、负偏压、磁场强度3个主要溅射工艺参数的关系,并对TiN薄膜的摩擦学性能进行了研究。实验结果表明,离子刻蚀、负偏压、磁场强度对低温磁控溅射TiN成膜过程具有较大的影响,所制备的TiN薄膜的耐磨性、配副适应性也较好。     

硬质合金基体FCVA沉积TiAlN薄膜的试验研究

采用磁过滤阴极真空弧源(FCVA)沉积技术,通过改变氮气流量在硬质合金基体上沉积了TiAlN薄膜,用显微硬度计测定了TiAlN薄膜的硬度和厚度;采用X射线衍射(XRD)分析技术进行了TiAlN薄膜的相分析;并进行了摩擦磨损试验和对基体与薄膜的结合力进行定性的分析。结果表明:TiAlN薄膜厚度在450~520nm之间;最高硬度为2754Hv,对应氮气分压为N2分压在8.0×10-2Pa~1.1×10-1Pa;薄膜中主要存在Ti2AlN、Ti2N与TiN相。     

脉冲负偏压幅值对复合离子镀制备TiCN薄膜结构和性能的影响

采用复合离子镀技术,在不同脉冲负偏压幅值下于304不锈钢表面制备TiCN薄膜,研究了负偏压幅值对薄膜成分、结构、表面粗糙度、显微硬度及摩擦磨损性能的影响。结果表明:随着负偏压幅值升高,钛、碳与氮元素的原子比以及碳与钛元素的原子比先增大后减小,薄膜表面的颗粒及针孔、凹坑等缺陷尺寸减小,数量减少,表面形貌得到改善;薄膜主要由TiCN相组成,随着负偏压幅值增大出现(111)晶面择优取向,且薄膜的显微硬度先增大后减小,并在负偏压幅值为300V时达到最大,为2 690HV;薄膜的摩擦磨损性能优于基体的,随着负偏压幅值增加,薄膜的摩擦因数不断降低,在负偏压幅值为300V时约为0.355,此时薄膜的摩擦磨损性能最优。     

TiN、CrN的环境摩擦磨损对比研究

采用直流叠加脉冲偏压电弧离子镀技术在45钢表面沉积了TiN、CrN薄膜。用显微硬度计测试了薄膜的硬度,用划痕仪测量了薄膜的膜基结合力,用球-盘式摩擦磨损试验机评价了不同介质条件下（干摩擦、水润滑、油润滑）TiN、CrN薄膜的摩擦学特性,用表面轮廓仪测试了薄膜磨痕处的磨损轮廓,用扫描电镜（SEM）观察了薄膜磨痕形貌。结果表明,相对于干摩擦条件下,在水润滑和油润滑条件下TiN和CrN薄膜的摩擦因数和磨痕深度都有所降低。在相同的介质条件下,CrN薄膜的摩擦因数和磨痕深度始终小于TiN薄膜。     

氩气与氮气流量比对磁控溅射法制备TiN薄膜的影响

用直流反应磁控溅射法在Si(100)基底上制备了TiN薄膜,采用X射线衍射仪和原子力显微镜对其结构和形貌进行了表征,利用四探针测试仪测量了TiN薄膜的方块电阻,使用紫外可见分光光度计测定了薄膜反射率;研究了溅射沉积过程中氩气与氮气流量比对TiN薄膜结构及性能的影响.结果表明:在不同氩气与氮气流量比下,所制备薄膜的主要组成相是(200)择优取向的立方相TiN;随着氩气与氮气流量比的增加,薄膜厚度逐渐增大,而表面粗糙度与电阻率先减小后增大;当氩气与氮气流量比为15:1时,薄膜表面粗糙度和电阻率均达到最小值;TiN薄膜的反射率与氩气与氮气流量比的关系不大.     

磁控溅射镀膜技术在铝合金制品装饰镀中的应用

磁控溅射镀膜技术广泛应用于高档产品零/部件表面的装饰镀中。采用磁控溅射镀膜技术在铝合金基材上镀制Ti/TiN/TiCN复合薄膜,研究了氮气流量、乙炔流量及沉积时间等工艺参数对制备TiCN薄膜颜色的影响,探讨了提高复合薄膜的显微硬度、结合强度并进而改善铝合金表面装饰性和防护性的途径。研究结果表明,通过控制氮气流量、乙炔流量及沉积时间可使TiCN薄膜呈现特定颜色,如仿金色;当复合薄膜膜厚达到1.5μm时,涂层铅笔硬度达到6 H,薄膜附着力达到1级,满足电子行业的测试标准。     

基片偏压对ta C薄膜结构和摩擦因数的影响

利用磁过滤阴极电弧技术,通过改变基片负偏压(0~500 V)制备四面体非晶碳(ta C)薄膜,研究基片负偏压对ta C薄膜结构和摩擦因数的影响.研究表明,基片负偏压对ta C薄膜的sp3键含量有很大影响,当负偏压为200 V时,ta C薄膜的sp3键含量为85%.在0~200 V范围内随着基片偏压的增大,表面粗糙度逐渐减小,在负偏压为200 V时,薄膜表面粗糙度最小,为0.18 nm左右;当负偏压超过200 V后,由于薄膜中石墨相增多,薄膜表面粗糙度将增大.随着基片偏压的逐渐增大,由于薄膜表面粗糙度的减小和在摩擦中石墨相自润滑层的形成,薄膜的摩擦因数大大降低,耐磨性提高.     

磁过滤阴极弧法TiN薄膜的制备及其微观机械性能研究

采用“S”型磁过滤阴极弧等离子体沉积技术,室温下在（111）面单晶硅上沉积氮化钛薄膜。采用AFM和XRD技术分别对薄膜的表面形貌和晶体择优取向进行了表征,并用微刻划的方法分析薄膜的微观机械性能。结果表明,薄膜表面光滑致密,随偏压的增大,表面颗粒粒径先增大后减小,并且从（111）面的择优取向转变成（220）面。在刻划实验中,随载荷增加,薄膜先后经历了完全弹性变形,弹-塑性变形和脆性断裂阶段。利用直接和间接2种方法对得到的薄膜的临界载荷进行分析对比,发现在不同负偏压下,薄膜的内应力和临界载荷不同。随着负偏压的增大,薄膜的内应力逐渐增大,临界载荷逐渐减小。在-100V偏压下制备的氮化钛薄膜的微观机械性能最为理想。     

FCVA沉积TiAlN薄膜的工艺研究

采用磁过滤阴极真空弧源(FCVA)沉积技术,在高速钢(HSS)基体上沉积TiAlN薄膜,用显微硬度计测定TiAlN薄膜的硬度和厚度,用X射线衍射(XRD)分析技术进行TiAlN薄膜的相分析并进行了摩擦磨损实验,为在刀具表面沉积TiAlN薄膜打下较好的工艺基础。     

A high voltage pulse power supply for metal plasma immersion ion implantation and deposition

We describe the design and implementation of a high voltage pulse power supply (pulser) that supports the operation of a repetitively pulsed filtered vacuum arc plasma deposition facility in plasma immersion ion implantation and deposition (Mepiiid) mode. Negative pulses (micropulses) of up to 20 kV in magnitude and 20 A peak current are provided in gated pulse packets (macropulses) over a broad range of possible pulse width and duty cycle. Application of the system consisting of filtered vacuum arc and high voltage pulser is demonstrated by forming diamond-like carbon (DLC) thin films with and without substrate bias provided by the pulser. Significantly enhanced film∕substrate adhesion is observed when the pulser is used to induce interface mixing between the DLC film and the underlying Si substrate.     

Tribological characteristics of (TiZrHfVNbTa)N coatings applied using the vacuum arc deposition method

The effect of the pressure of the nitrogen atmosphere during the formation of vacuum arc nitride coatings based on high entropy alloys of the Ti-Zr-Hf-V-Nb-Ta system on their structure, hardness, and tribotechnical characteristics is considered. It is shown that strong nitride-forming components lead to the dependence of the structural state and properties on the pressure of the nitrogen atmosphere during coating deposition. Deposition at a nitrogen pressure of 0.4 Pa results in the formation of a texture with the [111] axis when the applied bias potential is ?70 V and when the bias potential is equal to ?150 V the textural structure is biaxial ([111] and [110]) textures and high value of hardness of 51 GPa Along with that the highest value of wear resistance (under oxidizing-mechanical wear) is inherent to coatings formed under the pressure of nitrogen of 0.09 Pa. The strongest microdeformation of coating crystallites corresponds to this pressure.     

多弧离子镀(Ti,Cr)N膜层工艺及性能

用多弧离子镀膜机，以W6Mo5Cr4V2高速钢为基体材料，镀覆（Ti,Cr）N多元膜，研究了多弧离子镀工艺对膜层性能的影响，确定了最佳镀膜工艺参数，探讨了多元膜层的强化机理。结果表明：膜层硬度及膜基结合力随偏压的增大而增大，膜层强度随氮分压的升高而增大，孔隙率随氮分压的升高而增大。（Ti,Cr)N多元膜层强化机理主要是：晶粒细化、固溶强化、多元素优化。     

The dependence of extracted current on discharge gas pressure in neutral beam ion sources on HL-2A tokamak

The discharge gas pressure is a key factor to influence the extracted current of ion source. In this paper, the dependence of extracted current on discharge gas pressure was investigated in detail at different arc discharge currents. The discharge gas pressure with a very broad range (0.1 Pa-2.7 Pa) was scanned for the first time. It is turned out that, with the increasing of discharge gas pressure, the extracted current increases and the arc voltage decreases at different arc currents; however, when the discharge gas pressure exceeds a certain value, the extracted current decreases. For the same discharge gas pressure, the higher the arc current, the higher the arc voltage and the extracted current are. The arc efficiency was also calculated, and its dependence on gas pressure was almost the same with the dependence of extracted current on gas pressure, but at the same discharge gas pressure, the lower the arc current, the higher the arc efficiency is and the lower the extracted current is.     

基体偏压对真空脉冲过滤弧沉积TiN涂层表面粗糙度的影响

采用离子束辅助真空脉冲过滤弧沉积技术,在硬质合金基体上制备了TiN涂层。对涂层的物理性能和机械性能进行了分析,利用XRD、SEM分别对不同基体偏压下沉积涂层的相组成和表面形貌进行了分析与观察,利用光学轮廓仪对涂层表面轮廓和表面粗糙度进行了测量,分析了基体偏压对TiN涂层表面粗糙度的影响。