电弧离子镀NiAlHf涂层的抗高温氧化性能

目的通过电弧离子镀技术,获得抗氧化性能优良的NiAl涂层。方法采用电弧离子镀技术,在弧流为110 A,偏压为-50 V的参数下沉积NiAlHf涂层。通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对涂层的物相结构和形貌进行分析,通过能谱仪(EDS)分析涂层的成分。采用恒温氧化增重实验对涂层的氧化动力学进行分析。结果由电弧离子镀技术制备的NiAl涂层致密均匀,无大颗粒、孔洞等缺陷。涂层主要由β-NiAl相组成,活性元素Hf固溶在主相中。NiAlHf涂层表现出良好的抗高温氧化性能,动力学曲线符合抛物线规律,在1150℃下恒温氧化200h的平均氧化速率为0.0841g/(m^2×h),远优于传统MCrAlY涂层体系。NiAlHf涂层在氧化初期形成保护性的α-Al2O3氧化皮以及少量亚稳态的θ-Al2O3,随后θ-Al2O3逐渐转变为稳态的α-Al2O3。Hf在涂层表面富集从而形成HfO2,对氧化皮形成了钉扎作用,增强了氧化皮的粘附性,提高了涂层的抗氧化性能。随着氧化的进行,涂层中的β-NiAl相逐渐转变为γ'-Ni3Al相。结论 NiAlHf涂层在1150℃下仍具备优良的抗高温氧化性能,对下一代耐更高温度涂层开发,电弧离子镀NiAl涂层的技术推广及工业化应用有一定的指导作用。     

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。     

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%。     

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。     

调质结构对Ti-TiN-Zr-ZrN多层膜力学性能影响

采用真空阴极电弧离子镀技术,在TC11钛合金和单晶Si片表面分别沉积不同调制周期、不同R_Ti/TiN:R_Zr/ZrN调制比和不同厚度的Ti-TiN-Zr-ZrN多层膜。用扫描电镜、X射线衍射仪、划痕仪、显微硬度计和应力测试仪分析测试了多层膜的截面形貌、厚度、结合力、硬度和残余应力;重点研究了调制周期、调制比和膜层厚度等调制结构的改变对多层膜残余应力和相关性能的影响。结果表明：增加调制周期,则残余应力降低,结合力和硬度均增大;降低RTi/TiN:RZr/ZrN调制比,则残余应力增大,结合力下降,硬度增加;增大多层膜厚度,则残余应力略有上升,结合力和硬度都提高,当膜层厚度达到7.54μm后,硬度稳定在30Gpa左右。     

电弧离子镀NiCrAlYSi涂层抗高温氧化行为

采用电弧离子镀技术,在镍基高温合金DZ22B表面沉积一层NiCrAlYSi抗高温氧化涂层。利用SEM、XRD、EDS和电子探针等,分析了涂层的微观形貌、组织结构、物相和元素分布规律。研究了涂层和基体在1050℃的静态空气环境中恒温氧化200 h的氧化动力学规律和抗氧化性能。结果表明:沉积态涂层致密均匀,无孔洞等明显缺陷。经热处理后,涂层发生了β-NiAl向γ'-Ni_3Al的转变,主要物相为γ'-Ni_3Al/γ-Ni、β-NiAl和α-Cr相。恒温氧化200 h后,与基体相比,平均氧化速度由0.096 7g/(m~2·h)降到0.0340g/(m~2·h),显著提高了基体的抗高温氧化性能。氧化初期,涂层表面形成了一层均匀致密的α-Al_2O_3保护层,阻止氧向涂层内部扩散,从而大大提高了抗氧化性能。氧化过程中,涂层与基体的界面处发生了元素互扩散现象;主要为Cr元素从涂层向基体的内扩散和Co、W和Y元素从基体向涂层的外扩散。     

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。     

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。     

物理气相沉积中等离子体参数表征的研究进展

物理气相沉积作为制备表面防护薄膜的重要方法,一直是表面薄膜领域研究重点,而物理气相沉积中等离子体作为直接影响薄膜性能的关键因素,其参数的表征对优化沉积工艺和提高薄膜性能具有重要指导意义.概述了常用物理气相沉积方法及其发展,包括电弧离子镀、磁控溅射和电弧磁控复合技术的原理及发展历程.归纳了目前生产中常用的等离子体参数表征方法——Langmuir探针法、汤姆逊散射法、微波干涉法和发射光谱法,阐明了这些表征方法诊断等离子体参数的原理,分析了不同表征方法的优缺点和存在的主要问题,并对常用物理气相沉积中等离子体参数表征相关研究的发展和现状作了综合论述和总结,分别整理了电弧离子镀和磁控溅射中等离子体参数诊断的发展历程和近期研究.两种物理气相沉积方法最常用的等离子体参数表征方法都是Langmuir探针法和发射光谱法,早期的研究侧重于探索等离子体瞬态参数和薄膜结构性能的关系.随着现代技术的进步,早期诊断方法不断与新技术融合,研究方向也逐渐偏向于研究等离子体参数的时间变化和优化薄膜工艺、性能评价方法.最后分析了当前物理气相沉积中等离子体参数表征存在的问题和不足,展望了等离子体参数未来的研究趋势.