基体偏压对高功率脉冲磁控溅射AlCrN涂层结构及其性能的影响

为了获得性能更加优异的刀具涂层,采用高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS)在Ar/N_2混合气氛下制备了AlCrN涂层,研究了不同基体偏压对于涂层的结构和力学性能的影响.XRD图谱表明:AlCrN涂层中存在立方CrN(200),CrN(220)和六方AlN(110)的衍射峰,其中CrN(220)的衍射峰在偏压大于等于-60 V时才会出现,六方AlN(110)的衍射峰在偏压大于等于-100 V时才会出现;Al元素加入会使所有CrN的衍射峰都向更低的角度偏移.随着基体偏压的升高,涂层表面的大颗粒数量和尺寸都呈现逐渐减小趋势.AlCrN涂层的硬度及弹性模量随着偏压的上升先增加后减小,在偏压为-150 V时均达最大值32.5±2.0 GPa和490±111.0 GPa.随着基体偏压增加,涂层的临界载荷先上升后减小,在偏压为-100 V时有最大值约40 N.     

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。     

RF-PCVD低温沉积无色透明类金刚石保护膜的工艺研究

采用磁约束增强射频辉光放电等离子体辅助化学气相沉积法(RF-PCVD)低温沉积出无色透明的类金刚石保护膜(DLC),主要研究了炉压P0、射频功率Pf、自生负偏压Uz、磁感应强度B、电极间距d、反应气体、镀膜时间t等工艺参数对成膜的影响.试验结果表明,外加磁场B制约了带电粒子逃逸出电极空间,提高了反应气体的离化率及等离子体浓度和活性,并使非独立变量Pf和Uz成为独立变量,有利于工艺调节.当极间距大时,需适当提高Pf,Uz和C-H流量才可得到无色、较硬的DLC膜.在比功率密度大于0.009 W·cm-2·Pa-1、C-H浓度即体积分数0.9%～1.4%及膜厚小于90nm的条件下,可沉积出无色透明、硬度较高的DLC膜.     

碳氮膜的沉积工艺及其结构研究

以氨气为反应气体,用真空阴极电弧沉积法制备了CNx膜,研究了工艺参数对膜层的沉积速率、化学成分的影响及膜层结合状态.结果表明:沉积速率随着氨气分压的提高而下降,当氨气分压达到6.7 Pa时将没有膜的沉积;CNx膜主要由碳和氮组成,降低真空系统的抽速、将反应气体导至靶面附近、提高氨气分压可以提高膜层中氮含量;氮是以化合态存在于膜层中.     

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Hv0.02515=3577；膜／基结合力在45-75N之间；摩擦系数小，抗磨损性能良好．     

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.     

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。      

掺杂元素对TiAlN涂层结构及性能的影响

TiAlN涂层具有良好的化学稳定性、高的热硬性、良好的抗氧化性、高的膜/基结合力以及优异的耐磨性,是目前应用范围最广的工具表面硬质涂层之一,适合各种干切削场合并逐步替代Ti N涂层。随着高速切削的快速发展,TiAlN涂层逐渐难以满足现代刀具高速切削的要求,针对TiAlN基多元涂层的研究在近几年得到了国内外广泛的关注,通过掺杂微量元素对TiAlN涂层结构及性能进行优化是提升TiAlN涂层综合性能的有效方法。本文重点讨论Si、Cr、Y、V和B等元素对TiAlN涂层结构和性能的影响,为TiAlN硬质涂层进一步开发应用提供一定的依据。     

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。