金刚石薄膜制备和评价

采用平直钨丝作热解源,并借助钨丝支架的弹性恢复力,较好地解决了热丝热解化学气相沉积法(HFCVD)合成金刚石过程中热解丝的变形问题.样品独立加热,基片温度、钨丝温度、钨丝与样品基片距离均可独立调节.装置改进后,在Si(100)上合成了面积大约45mm×25mm的比较均匀的金刚石膜.用扫描电子显微镜(SEM)、Raman光谱和X射线衍射仪对制备的金刚石膜进行了分析.     

用于轻金属切削的新工具涂层

新的碳基涂层已被发展用于切削轻金属(如铝)。这类涂层能直接用于工具上或者作为另一种硬质涂层的顶层。切削试验显示：这类涂层对于容易粘附在工具上的材料(如铝合金)具有良好的切削性能，因为显著地减少了所谓的切屑瘤(BUE)的出现。结果延长了工具的寿命并使工件材料在切削后表面光滑。特别是在干切削和深孔加工方面，涂层性能非常好。关于涂层性能的观察及原始切削结果将逐一介绍。本文也将介绍由一家主导欧洲的航空航天工业的制造商最近完成的工业领域的试验结果。切削力、切屑瘤的形成和表面粗糙度等数据将用来解释整个干切削过程。     

掺钨类金刚石膜的制备与性能研究

采用无灯丝长条离子源结合非平衡磁控溅射的方法,在不同基体上制备了面积较大、光滑、均匀的掺钨类金刚石(W-DLC)膜层,用SEM、Raman、XPS、XRD、硬度计、划痕仪、摩擦磨损试验机等手段分析和研究了膜层的形貌、结构及部分性能.结果表明膜/基硬度高,W-DLC/Si为Hv0.025 15=3577;膜/基结合力在45～75N之间;摩擦系数小,抗磨损性能良好.     

Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜对钛合金疲劳性能的影响

采用真空阴极电弧沉积技术在TC11钛合金基体上沉积约10μm厚的Ti/Ti N/Zr/Zr N多层膜,通过对比镀膜前后试样的屈服强度、抗拉强度、疲劳强度、疲劳寿命,以及断口形貌,研究沉积Ti/Ti N/Zr/Zr N多层膜对基体疲劳性能的影响,探讨疲劳断裂机理。结果表明:多层膜对TC11钛合金基体材料的屈服强度和抗拉强度影响不大,但由于膜层硬而脆而降低了基体材料的收缩率和延伸率;多层膜提高基体材料的疲劳极限;低应力下,裂纹源在多层膜表面萌生,并向内部扩展,在多层结构的膜层界面处受到阻碍,发生偏转,从而提高基体疲劳寿命;高应力下,膜层容易破裂,裂纹源增多,降低基体疲劳寿命;应力水平在520 MPa到650 MPa范围内,疲劳寿命增量从+40.82%降到-36.88%。     

调制比对MoS_2-Ti/Cu-Ni-In多层膜微动磨损性能影响

为了改善钛合金表面的抗微动磨损性能,采用非平衡磁控溅射技术在钛合金(TC4)表面沉积了不同调制比(2∶1、1∶1、1∶2)的MoS_2-Ti/Cu-Ni-In多层固体润滑膜(调制周期均为2μm)。利用扫描电镜、划痕仪、XRD、维氏显微硬度计、微动摩擦磨损试验机、3D表面轮廓仪对多层膜的形貌、结合力、物相、硬度、抗微动磨损性能、磨痕形貌进行分析测试。结果表明,所制备的MoS_2-Ti/Cu-Ni-In多层膜交替结构清晰,结构致密,在12000个微动循环周期后,测得MoS_2-Ti/Cu-Ni-In多层膜在调制比为工艺2∶1、1∶1时,多层膜的室温平均微动系数分别为0.071、0.065,其最终磨损总量分别为0.087mm~3、0.045mm~3,多层膜具有良好的抗微动磨损效果。     

射频磁控溅射制备(In,Co)共掺ZnO薄膜的电学和磁学性质

(In, Co)共掺的ZnO薄膜（ICZO薄膜）在100 ℃下通过射频（RF）溅射沉积至玻璃基板上。沉积过程采用In、Co、Zn三靶共溅射。通过调节靶功率,获得了不同In含量的ICZO薄膜。研究了不同In含量下薄膜电学性质和磁学性质的变化。分别使用扫描电子显微镜（SEM）、高分辨透射电子显微镜（HR-TEM）、原子力显微镜（AFM）、电子探针扫描（EPMA）、X射线衍射仪(XRD)、霍尔测试（Hall measurement）和振动样品磁强计（VSM）对薄膜的成分、形貌、结构、电学特性和磁学特性进行了表征和分析。详细分析了薄膜中载流子浓度对磁学性质的影响。实验结果表明,随着薄膜中In含量的提高,薄膜中载流子浓度显著提高,薄膜的导电性得到优化。所有的薄膜均表现出室温下的铁磁特性。与此同时,束缚磁极化子（BMP）模型与交换耦合效应两种不同的机制作用于ICZO半导体材料,致使薄膜的饱和磁化强度随载流子浓度发生改变,并呈现在三个不同的区域。      

厚钛过渡层缓解铜基上热丝 CVD 金刚石薄膜内应力

以紫铜为基体,在紫铜上先采用磁控溅射技术镀一层金属钛,再以H2和CH4作为反应气体,采用热丝化学气相沉积法(HFCVD)在钛过渡层上合成金刚石薄膜,研究不同钛过渡层厚度对金刚石薄膜质量的影响。利用X射线(XRD)、激光拉曼光谱(Raman)、扫描电镜(SEM)分析薄膜的结构、成分和表面形貌,用能谱仪(EDS)对热处理前后样品的表面进行了元素分析。研究发现,当钛过渡层厚度为3μm时,生成的金刚石薄膜受到较大内应力而发生破裂;当钛过渡层厚度为25μm时,金刚石薄膜质量较好,薄膜受一定内应力,但没有破裂;850℃左右保温热处理12 h,铜原子与钛原子发生了扩散。     

微喷砂预处理对硬质合金上沉积类金刚石薄膜结构和性能的影响

使用45μm白刚玉对YG6硬质合金样品进行微喷砂预处理后,利用阳极层流型气体离子源和非平衡磁控溅射复合技术制备梯度过渡类金刚石薄膜。研究表明:优化的微喷砂预处理工艺能显著提高膜/基结合力,降低膜层的摩擦因数。文中通过对优化微喷砂预处理前后表面接触角成分和硬度的测试,以及制备出膜层的物相和微观结构的分析,进一步探讨了优化微喷砂预处理对类金刚石薄膜性能的影响。     

稀土含量对Ti6Al4V钛合金等离子渗氮层组织和摩擦学性能的影响

目的研究稀土含量对Ti6Al4V钛合金表面等离子体渗氮层结构和性能的影响。方法运用等离子表面改性技术对Ti6Al4V(TC4)钛合金进行等离子渗氮处理,渗氮过程中通入不同含量的稀土作为催渗剂,以获得钛合金表面强化层。利用金相显微镜和扫描电子显微镜(SEM)观察渗氮层组织,用X射线衍射仪(XRD)分析渗层相组成,用能谱仪(EDS)检测渗层的化学成分,用维氏显微硬度计测量渗层的显微硬度,用球-盘式摩擦磨损试验机和三维轮廓仪检测渗层的摩擦磨损性能。结果TC4钛合金表面等离子渗氮层结构包括表面化合物层(主要成分为δ-TiN)和扩散层(主要为N原子扩散形成的N-Ti固溶体),加入稀土可以促进N原子向基体的扩散,提高渗氮速度。渗层厚度增加,硬度和耐磨性能提高,扩散层使钛合金基体与化合物层之间的硬度梯度更加平缓。当稀土通入速率为60 mL/min时,渗层厚度可达155μm,表面硬度为1275HV0.05,摩擦系数降到0.27,磨损率明显降低。结论钛合金等离子渗氮过程中加入稀土可以有效提高渗速,改善渗氮层硬度,提高材料表面的耐磨性能。     

不同稀土掺杂固体渗铬对Cr-RE渗层结构及性能的影响

目的 改善GCr15轴承钢的表面性能,以满足其在重载恶劣工况下服役的要求。方法 采用固体包埋法对GCr15轴承钢进行渗铬处理,通过添加不同的稀土氧化物La2O3、Y2O3和CeO2,获得三种Cr-RE渗层。利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、能谱仪（EDS）、显微维氏硬度计、Rockwell-C硬度计及球-盘式摩擦磨损试验机,对Cr-RE渗层的表面形貌、截面形貌、物相组成、渗层成分、显微硬度、结合强度和摩擦磨损性能分别进行表征。结果 不同稀土元素添加都能在GCr15轴承钢表面形成一层致密、连续的稀土改性渗铬层,其厚度为10 μm,其中Cr-La渗层韧性和结合强度最好,其压痕等级为HF1。Cr-RE渗层主要由Cr7C3、Cr2C和(Cr,Fe)7C3等相组成。Cr-RE渗层能显著提高基体表面硬度,其中Cr-Y渗层表面硬度最大可达1520 HV。三种Cr-RE渗层均有提高耐磨性和减摩作用,其中Cr-La渗层具有最好的摩擦学性能,其平均摩擦系数为0.4714,磨损率为4.4806×10?7 mm3/(N?m),其磨损机理为粘着转移和氧化磨损。结论 稀土掺杂渗铬能有效改善渗铬层的韧性和耐磨性,其中Cr-La渗层综合性能最好。