等离子体增强磁控溅射CrSiN涂层摩擦磨损行为

目的基于细晶强化理论,借助新型涂层制备技术获得综合性能优良的CrSiN涂层,研究Si含量对涂层微观结构、力学性能及耐磨性能的影响规律。方法采用等离子体增强磁控溅射技术,制备四种含有不同Si含量的Cr Si N涂层。使用X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和原子力显微镜(AFM),分析涂层的化学成分、晶体结构、微观形貌和表面粗糙度。使用纳米压痕/划痕仪测试涂层的显微硬度、杨氏模量和结合力。使用摩擦磨损试验仪考察涂层的摩擦磨损行为。结果 Cr Si N涂层中Si含量随着Si靶功率的增加而增加。所有涂层中均未检测到含Si物相,主要由Cr N相组成。随着Si含量的增加,CrN(111)衍射峰逐渐减弱直至消失,涂层由疏松的三角锥结构逐渐变为致密平整的CrN纳米晶和Si3N4非晶共存的复合结构,涂层表面粗糙度显著降低,涂层的显微硬度、杨氏模量、结合力及耐磨性能均呈现先增后降的趋势。结论 Si含量为18.5%的Cr Si N涂层具有最佳的耐磨性能,此时涂层的硬度、杨氏模量、结合力和平均摩擦系数分别约为27 GPa、327 GPa、30 N和0.289。     

低Si含量WSiN涂层的结构和摩擦学行为

利用反应磁控溅射法制备W₂N和WSiN涂层,利用XRD,SEM和AFM研究涂层的显微结构,利用纳米压痕仪测试涂层的力学性能,利用摩擦磨损仪表征涂层的摩擦磨损行为。结果表明,原子数分数2.4% Si掺杂没有引起W₂N涂层相结构和力学性能的明显变化,但降低了涂层的表面粗糙度（从10.56 nm到8.35 nm）。不锈钢基底、W₂N涂层、WSiN涂层与Al₂O₃对偶球的摩擦因数分别为0.62、0.42和0.35,对应的磨损率分别为4.2×10^-14、3.8×10^-16和3×10^-16 m³/N·m。不锈钢基底、W₂N涂层、WSiN涂层与GCr15对偶球的摩擦因数分别为0.56、0.47和0.49,对应的磨损率分别为5.9×10^-15、2.8×10^-16和3.2×10^-16 m³/N·m。在上述两种对偶球情况下,W₂N涂层、WSiN涂层均能够降低不锈钢的摩擦因数10%~40%和磨损率1~2个量级。W₂N涂层和WSiN涂层具有较好的润滑抗磨性,能给不锈钢基底提供防护作用,且WSiN涂层的防护效果更佳。     

Ni含量对CrNiN涂层结构与性能的影响

目的研究Ni元素在CrNiN涂层中的存在形式,阐明Ni含量对CrNiN涂层的微观结构、力学性能和耐腐蚀性能的影响。方法采用磁控溅射技术,在控制Cr靶功率不变的条件下,通过改变NiCr靶电流制备3种不同Ni含量的CrNiN涂层。利用X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）、聚焦离子束显微镜（FIB）、透射电子显微镜（TEM）、纳米压痕仪、电化学工作站等测试方法表征涂层的成分、组织结构、力学性能和耐腐蚀性能。结果当NiCr靶电流由0.5A增加到1.0A时,CrNiN涂层中的Ni含量（均用原子数分数表示）由6.84%增加到13.36%,CrNiN涂层具有明显的（200）择优取向。CrNiN涂层主要由CrN相组成,存在少量的Cr2N相和Ni金属相。随着Ni含量的增加,CrNiN涂层的硬度先增大后减小,当Ni含量为8.57%时,CrNiN涂层的硬度相对于CrN涂层提高了36%,达到了（16.9±0.7）GPa,韧性和抗塑性变形能力也明显提高;CrNiN涂层的腐蚀电流密度逐渐减小,耐腐蚀性增强。当Ni含量为13.63%时,涂层的自腐蚀电位为-0.096V,腐蚀电...     

Si和Y掺杂对(Ti,Al)N涂层结构和性能的影响

分别在未施加偏压和施加-100 V偏压条件下,利用磁控溅射技术在压气机叶片用1Cr11Ni2W2MoV热强不锈钢基体上沉积了Ti_0.3Al_0.7N和Ti_0.39Al_0.55Si_0.05Y_0.01N硬质涂层.实验结果表明,施加偏压及Si和Y掺杂明显改变了涂层的相结构,提高了涂层致密度,施加-100 V偏压且添加Si和Y的涂层为非晶结构,表面更加均匀致密.950℃氧化实验表明:Ti_0.39Al_0.55Si_0.05Y_0.01N涂层表面形成极薄且致密的Al₂O₃保护性氧化膜,大大降低了氧化速率.施加-100 V偏压的（Ti,Al）N和（Ti,Al,Si,Y）N沉积态涂层与未施加偏压的相应涂层相比,硬度均降低,尤其是（Ti,Al,Si,Y）N涂层变化显著.经950℃热处理,施加偏压的（Ti,Al,Si,Y）N涂层硬度略有降低,这是由于形成了硬度较低的B4相,而未施加偏压的（Ti,Al,Si,Y）N涂层硬度显著提高,这归因于B1相固溶体的分解.划痕测试结果表明,在实验载荷（50N）下,所有涂层均未出现连续性的剥落.     

Si含量对汽车发动机铸造铝合金性能的影响

制备了Si含量分别为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和1.0%的汽车发动机用6061铝合金,研究了时效态的金相组织,并对其室温拉伸性能和维氏硬度进行了测试。结果表明,拉伸强度呈现随Si含量增加先升高后降低的趋势,屈服强度和维氏硬度随着Si含量的增加而逐渐升高,伸长率随着Si含量的增加而逐渐下降。当Si含量为0.6%时,6061铝合金具有最优的力学性能。     

Si对Ti-Al-Si-N涂层微观结构及性能的影响

Ti-Al-Si-N涂层是在Ti-Al-N涂层基础上发展而来的一种四元复合涂层。本文综述了Si对Ti-Al-Si-N涂层微观结构、硬度、残余应力、抗氧化性能、热稳定性能、摩擦磨损性能及切削性能的影响。分析表明:Si元素能有效细化晶粒,减少柱状晶,形成新型纳米结构,从而显著提高涂层硬度,可达39 GPa;Si的原子分数超过5%后,涂层残余应力逐渐降低;Ti-Al-Si-N涂层在1 100℃下仍具有良好的抗氧化性能;Si元素使涂层的热稳定性能有很大提高,Ti-Al-Si-N涂层1 100℃氧化后硬度无显著变化;与Ti-Al-N涂层相比,添加Si元素后涂层的摩擦系数由0.7下降至0.5;Ti-Al-Si-N涂层刀具的使用寿命与Si原子分数有很大的关系。     

载荷及摩擦频率对Al-Mg2Si复合涂层摩擦性能的影响

目的研究载荷及摩擦频率对Al-Mg_2Si复合涂层摩擦磨损性能的影响。方法用高速往复摩擦磨损测试仪考察了不同载荷及摩擦频率下的Al-Mg_2Si复合涂层的摩擦系数,并用SEM和超景深三维显微镜检测分析磨痕的表面形貌、磨痕深度和体积,对比分析载荷及摩擦频率的影响。结果载荷一定时,随着摩擦频率的增大,摩擦系数呈下降趋势,体积磨损率呈上升趋势。频率为3 Hz时,摩擦系数最小,为0.50;体积磨损率最大,为166.08×10~(-4) mm~3/(N·mm)。频率从1 Hz增至3 Hz时,摩擦系数减少了0.65,体积磨损率增加了3.1倍。频率一定时,随着载荷的增加,摩擦系数和体积磨损率均呈增加趋势。载荷为15 N时,摩擦系数和体积磨损率最大,分别为0.93和126.27×10~(-4) mm~3/(N·mm)。载荷从5 N增至15 N时,摩擦系数增加了0.27,体积磨损率增加了0.4倍。结论与载荷相比,摩擦频率对Al-Mg_2Si复合涂层摩擦性能的影响更大。     

N含量对Cr-N涂层结构和抗高温水蒸汽氧化性能的影响

为提高锆( Zr)合金的抗高温水蒸气性能,采用磁控溅射技术,通过改变沉积过程中的 N₂ 流量,在 Zr 合金表面制备不同 Cr/ N 比的涂层,研究不同 N 含量对涂层结构和抗高温水蒸汽氧化性能的影响。 利用扫描电镜、 能谱仪、X 射线衍射仪对涂层氧化前后的表面与截面形貌、化学组成、相结构进行观察和分析,利用纳米压痕仪测量涂层的力学性能,通过高温水蒸汽氧化试验评估涂层的抗氧化性能。 结果表明,随 N 含量的增加,涂层的生长结构分别为“疏松柱状” 、“致密非柱状” 、“致密柱状” 。 其中,“ 致密非柱状” 结构的涂层具有最高的硬度,是“ 疏松柱状”涂层的 2 倍。 同时,该涂层在氧化过程中生成的 Cr₂O₃ 氧化层均匀致密,可以有效防护 Zr 合金基底 6 h 不被氧化。     

Si对MCrAlY涂层微观结构及性能的影响

本文制备了Si含量分别为0,2%及5%的CoCrAlSiY合金涂层,研究了Si元素的添加对合金粉末及涂层的组织、结构及性能的影响,初步探讨了Si元素对涂层高温性能的作用机理。研究结果表明：Si元素主要分布在涂层的β相中,通过影响β相的含量和分布对涂层的高温性能产生影响,Si推进了合金由内氧化向外氧化发生的过程,促进了保护性氧化膜的形成,但Si含量过高,会引起氧化膜的PBR值增加,氧化膜的应力变大,不利于涂层高温抗热震性能的提高。     

沉积偏压对MoN涂层结构和柴油中摩擦学性能的影响

目的 研究沉积偏压对MoN涂层微观结构、性能,以及在柴油介质中摩擦学行为的影响机制。方法 采用磁控溅射技术在304不锈钢基体上沉积MoN涂层。利用X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、X射线能谱仪、原子力显微镜、纳米压痕仪、薄膜应力测试仪和电化学工作站研究MoN涂层的微观结构、成分、表面粗糙度、力学性能、耐腐蚀性能。利用球−盘式摩擦实验机和激光拉曼光谱仪对MoN涂层在0号柴油中的摩擦学行为及机制进行研究。结果 随着偏压的增加,涂层的厚度和膜−基结合力均呈先增大后减小的趋势;涂层的表面粗糙度、内应力和硬度呈先升高后降低的趋势。在偏压为−120 V时,沉积的γ-Mo2N涂层组织致密、表面光滑(Sa 7.78 nm)、硬度高(18.02 GPa)、膜−基结合力高(253 mN)。随着偏压的增加,涂层的摩擦因数呈先减小后增加的趋势。在偏压为−120 V时,沉积的γ-Mo2N涂层的摩擦因数和磨损率均最小,分别为0.10和1.8×10⁻⁷ mm³/(N∙m)。拉曼光谱分析结果表明,在摩擦催化作用下,柴油在磨痕表面产生了碳基膜。此外,通过电化学腐蚀分析发现,在偏压−120 V下沉积的γ-Mo2N涂层具有优异的耐腐蚀性能。结论 MoN涂层结构、性能受到偏压的影响显著。柴油在摩擦催化作用下发生了降解,形成了碳基膜,这有利于降低MoN涂层的摩擦因数和磨损率。     

磁控溅射沉积V-Al-N涂层的结构和性能研究

通过反应磁控溅射法制备了V1-xAlxN(0≤x≤0.67)涂层,研究了Al含量对涂层微观结构、力学性能及摩擦磨损性能的影响.结果表明:在0≤x≤0.51范围内,随Al含量的增加,V1-xAlxN涂层的微观结构不断变得致密,硬度不断提高,其中结构最为致密的V0.49Al0.51N涂层的硬度较VN提高了近3倍;在较宽的成分区间内,V1-xAlxN涂层结构均比较致密,硬度大于30 GPa,最高硬度达到41 GPa;随着硬度的改善,V1-xAlxN涂层的摩擦磨损性能较VN涂层也有不同程度的提高.     

环境温度对磁控溅射Ti-Al-Si-N涂层摩擦学性能的影响

目的探索磁控溅射制备的Ti-Al-Si-N涂层在不同环境温度下的摩擦学性能。方法利用磁控溅射技术,在AISI304不锈钢表面制备了Ti-Al-Si-N涂层,采用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪研究了涂层的成分与微观结构,利用HT-1000型高温摩擦磨损试验机,以直径为5 mm的Al_2O_3球作为摩擦副,研究了Ti-Al-Si-N涂层在室温、200、400、600℃时的摩擦学性能。结果磁控溅射制得的Ti-Al-Si-N涂层表面平整、致密,具有典型的柱状晶结构;在室温、200、400、600℃的环境温度下,涂层的摩擦系数分别为0.6、0.35、0.25和0.2,磨损体积分别为0.319、0.232、0.0149和0.0136 mm~3。涂层的摩擦系数和磨损体积均随温度的升高而降低。结论随着测试温度的升高,磨痕区域生成越多的以氧化钛和氧化铝为主的氧化物,其具有一定的减摩作用。在室温下,涂层的磨损机理主要为疲劳剥落,200℃时为磨粒磨损,400℃时为磨粒磨损和氧化磨损,600℃时主要为氧化磨损。     

镁合金表面非平衡磁控溅射CrN镀层结合性能和摩擦磨损性能

采用不同偏压闭合场非平衡磁控溅射技术在镁合金表面沉积Cr-N镀层,分别对镀层的组织结构、厚度、结合性能和摩擦磨损性能进行了表征和分析。结果表明,镀层主要由Cr(N)相和少量Cr2N相组成。在偏压为60V时镀层具有较高的硬度、良好的结合性能和摩擦磨损性能。偏压进一步升高,虽然镀层硬度有所提高,但结合性能和抗磨性能均下降。     

溅射技术对TiN涂层结构和力学性能的影响

目的 沉积条件对Ti N涂层的组织结构和力学性能有着至关重要的影响,而溅射技术又决定了涂层的沉积条件,探究不同溅射技术对Ti N涂层的微观组织结构和性能的影响,提高Ti N涂层的力学性能和高温摩擦磨损性能。方法 采用不同的溅射技术(dcMS、Hi PMS、Hybrid)在M2高速钢表面沉积Ti N涂层,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、sin²ψ法、纳米压痕仪、洛氏压痕法、划痕法和CSM球盘式摩擦试验机分别测试了Ti N涂层的组织结构特征、沉积速率、残余应力、纳米硬度、膜基结合力和高温摩擦磨损性能。结果 不同溅射技术制备的Ti N涂层均为柱状晶结构和Ti N (111)择优取向。HiPIMS-TiN涂层具有最高的纳米硬度(29.7GPa)和最低的膜基结合力(HF2),而Hybrid-TiN涂层呈现出最小的残余应力、高沉积速率和高膜基结合力,其膜基结合力达到HF1级,临界载荷(Lc2)达到82.5 N。不同溅射技术制备的Ti N涂层的摩擦因数均随着温度的升高而降低,在500℃时,Ti N涂层的摩擦因数约为0.53。Ti N涂层的磨损率随着温度的升...     

掺Ti量对类金刚石薄膜机械性能的影响

采用非平衡磁控溅射技术,通过改变Ti靶溅射电流,在不锈钢衬底表面沉积了不同掺Ti量的类金刚石薄膜(Ti-DLC),研究了掺Ti量对薄膜的显微硬度、弹性模量、膜/基结合强度、断裂韧性及摩擦磨损行为的影响。结果表明:DLC薄膜掺杂Ti后,硬度明显提高,且随着Ti靶溅射电流的增大,薄膜硬度先增加、后降低,Ti靶溅射电流为1.5A时,薄膜硬度最高;掺杂适量的Ti,可以明显改善DLC薄膜的膜/基结合强度和断裂韧性,并能明显降低DLC薄膜的摩擦系数。     

TiSi(CN)系列涂层的结构和性能研究进展

近年来,随着工业的发展,机器零部件的应用面临了新的挑战,关键零部件的磨损腐蚀导致的涂层失效变得尤为显著。Ti基涂层因其低摩擦系数、硬度高、耐磨性好且具有优异的耐蚀性,逐渐受到了业界的关注。综述了物理气相沉积Ti Si C、Ti CN、Ti Si N和Ti Si CN硬质涂层结构和性能的研究现状。简要总结了Ti基涂层发展的历程,重点分析和对比了四种硬质涂层的成分、结构特点、硬度、结合强度、耐磨减摩性能和耐腐蚀性能,对于不同方法制备的涂层的影响因素分别做了分析,并对涂层的不同失效方式做了解释。从微观结构和性能两方面对涂层进行描述,阐明了硬质涂层中碳的键结构和相结构变化与涂层减摩自润滑性能之间的本构关系,指出了碳元素的石墨化转变在涂层减摩方面的重要作用。论述了钛基硬质涂层结构诱导超硬现象的机制,归纳和评估了超硬耐磨减摩涂层的特点。最后,对目前国内外Ti基涂层研究所存在的问题进行了总结,展望了物理气相沉积钛基多元多界面硬质涂层的发展方向和前景。