负偏压对低温沉积TiN薄膜表面性能的影响

研究了在低温磁控溅射沉积TiN薄膜过程中,负偏压对基体温度、薄膜表面性能、薄膜与基体界面结合强度以及摩擦学性能的影响.研究结果表明,加负偏压条件下,明显提高基体温度,有益于晶粒细化,提高硬度,改善色泽,提高TiN/基体的界面结合强度,但会引起表面轻微的粗糙化;摩擦学试验表明,负偏压对低温磁控溅射TiN薄膜及其摩擦副的摩擦磨损性能的影响较明显.     

钛合金表面磁控溅射与多弧离子镀TiN膜的摩擦学性能比较

分别采用磁控溅射（MS）和多弧离子镀（MAIP）技术在TC4钛合金表面制备了TiN膜层，采用划痕仪、显微硬度计和多冲试验机评价了两种方法制备膜层的膜基结合强度及承受静态和动态载荷的能力。采用球一盘磨损试验机评价了膜层的摩擦学性能，利用扫描电镜（SEM）分析了磨痕形态特征，利用轮廓仪测量了磨损体积。结果表明：磁控溅射和多弧离子镀TiN膜层均能显著提高钛合金表面的硬度和承载能力；磁控溅射TiN膜层致密、光滑，有良好的减摩作用，但由于膜层承载能力低和膜基结合强度较差，摩擦因数随磨损行程呈增大变化趋势；多弧离子镀TiN膜层结合强度高，膜层厚，承载能力强，韧性好，同时硬质TiN膜层表面分布的Ti颗粒起到了润滑作用，因而耐磨性能优于磁控溅射TiN膜层。     

金属和陶瓷配副件条件下TiN薄膜的摩擦学特性

多弧离子镀TiN薄膜具有广泛的应用.采用多弧离子镀技术在不锈钢衬底表面沉积了TiN薄膜.用显微硬度计测试了TiN薄膜的硬度,用往复球-盘式摩擦磨损试验机评价了在GCr15和Si3N4两种不同配副件及空气中干摩擦条件下TiN薄膜的摩擦学性能,用表面轮廓仪测试了磨痕处的磨痕轮廓,用配有能谱仪(EDS)的扫描电镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)观察和测试了磨痕形貌和磨痕处主要化学元素组成,用金相显微镜观察了配副件磨损表面形貌.结果表明:在不同配副件条件下,TiN薄膜的摩擦因数随速度和载荷的增加均出现了降低的趋势.而在相同速度和载荷下,以GCr15为配副件时TiN薄膜的摩擦因数小于以Si3N4为配副件时的摩擦因数.以Si3N4为配副件时TiN薄膜主要表现为磨粒磨损.以GCr15为配副件时TiN薄膜几乎没有磨损,而配副件GCr15主要表现为磨粒与粘着磨损.     

W、Mo离子注入对离子镀TiN薄膜表面结构和性能的影响

目的进一步改善氮化钛薄膜的摩擦学性能。方法利用金属蒸汽真空弧源(MEVVA)在离子镀TiN薄膜表面进行等剂量W、Mo离子注入。采用扫描俄歇系统、光学三维形貌仪、X射线衍射仪和纳米压痕仪,分别分析了TiN薄膜的离子注入深度、表面形貌及粗糙度、相结构和不同压入深度的薄膜硬度。在球盘滑动摩擦磨损试验机上考察了TiN薄膜的摩擦学性能,并利用扫描电子显微镜和三维形貌仪对其磨损形貌进行分析。结果等剂量离子注入后,TiN表面注入层中W离子的含量明显大于Mo离子,两种离子注入对TiN薄膜的表面形貌和硬度的影响较小。XRD结果表明,W离子和Mo离子注入后均发现了Ti_2N硬质相。两种离子注入均可以不同程度地降低TiN薄膜的摩擦系数和磨损率。结论 W、Mo离子注入均可显著改善TiN薄膜的摩擦学性能,但Mo离子更有利于其摩擦系数的降低,而W离子注入更有利于TiN薄膜磨损率的降低。     

偏压和氮分压对TiN膜层结构和膜/基体系性能的影响

采用多弧离子镀工艺在钛合金或低碳钢基材上制备TiN薄膜,研究了不同偏压及不同氮分压下制备的薄膜相结构、残余应力、膜/基体系硬度、膜/基结合及其摩擦磨损行为.结果表明:偏压影响TiN晶粒的择优取向,偏压绝对值越大则薄膜内部的残余应力也越大;偏压过高或过低都会降低薄膜与基材之间的结合强度,从而影响其摩擦学性能.氮分压上升,TiN熔滴粒度变大,Ti2N相减少,导致薄膜硬度提高;由过高或过低氮分压制备的膜/基体系在划痕试验中测得的临界载荷均较小;随着氮分压的增加,在试验范围内样品的摩擦因数下降但耐磨性并未获得预期的提高.     

复合镀渗MoS2薄膜及其组织性能分析

采用多弧离子镀及低温离子渗硫相结合的复合镀渗工艺,在45钢基体上制备了二硫化钼固体润滑薄膜。用AFM、SEM观察了薄膜表面及截面形貌．用XRD及XPS分析了薄膜相结构及表面化合价态,摩擦试验结果导,示该薄膜具有优异的摩擦学性能,复合镀渗工艺为原位合成二硫化钼固体润滑薄膜提供了一种新方法。     

高速钢表面离子镀TiC薄膜及其耐磨性研究

采用多弧离子镀技术在W18Cr4V高速钢表面沉积TiC薄膜,通过场发射电镜、能谱及X射线衍射研究了薄膜表面及界面的结构与组成,并利用微量磨损仪对TiC薄膜的耐磨性进行了对比.结果表明,多弧离子镀在高速钢表面获得的TiC薄膜硬度达2900 HV0.05,薄膜表面平整致密,在TiC薄膜与基体之间存在一扩散并不明显的伪扩散层.由于TiC膜的硬度高于TiN膜且具有更低的摩擦系数,TiC膜的耐磨性优于TiN膜.     

铝掺杂对转子钢20Cr13表面PVD涂层防腐耐冲性能影响

为强化双螺杆压缩机转子表面防腐耐冲性能,本文通过多弧离子镀/磁控溅射复合工艺,在转子基材20Cr13表面分别制备CrN、TiN、TiAlCrN三类PVD涂层,研究三类涂层的力学性能及Al元素掺杂对硬质氮化物涂层防腐耐冲性能的影响。试验结果表明：CrN、TiN、TiAlCrN三类PVD涂层能够显著提升转子基材20Cr13表面硬度。通过Al元素的掺杂,涂层发生固溶强化,从而显著提升氮化物涂层的硬度,但TiAlCrN涂层孔隙率较高,耐腐蚀性能较差。TiAlCrN涂层由于硬度较高、薄膜结合力高,其耐冲蚀性能较好。     

盐雾腐蚀条件下Ti合金表面功能薄膜的摩擦磨损性能

目的研究Ti6Al4V合金、铬掺杂类金刚石(Cr-DLC)薄膜、钨掺杂类金刚石(W-DLC)薄膜和氮化钛(TiN)薄膜,在干摩擦和盐雾腐蚀气氛摩擦条件下的摩擦磨损性能。方法在商用Ti6Al4V合金表面通过非平衡磁控溅射制备Cr-DLC薄膜和W-DLC薄膜,通过多弧离子镀技术制备TiN薄膜。利用扫描电镜、显微硬度计、摩擦磨损试验机、白光干涉扫描轮廓仪,对薄膜的形貌、硬度、干摩擦和腐蚀摩擦性能、磨痕形貌进行测试分析。结果干摩擦条件下,Ti6Al4V合金表面沉积Cr-DLC、W-DLC和TiN三种薄膜的摩擦系数均比Ti6Al4V合金低;Ti6Al4V合金及其表面制备的三种薄膜在盐雾腐蚀气氛条件下的摩擦系数都比干摩擦条件下有所增加。与Ti6Al4V合金相比,Cr-DLC、W-DLC和TiN三种薄膜在干摩擦和盐雾腐蚀气氛摩擦条件下均减小了磨损体积。干摩擦条件下,W-DLC薄膜的磨损体积为0.0017 mm~3,耐磨性最好;盐雾腐蚀气氛摩擦条件下,TiN薄膜的磨损体积为0.0028 mm~3,表现出最佳的耐腐蚀磨损性能。通过磨痕形貌可以得出,盐雾腐蚀气氛摩擦条件下,Ti6Al4V合金表面制备的金属掺杂类金刚石薄膜的磨损受到磨粒磨损和腐蚀磨损双重机制的影响。结论三种表面功能薄膜在盐雾腐蚀气氛摩擦条件下都较好地保护了Ti合金,极大地减少了磨损损失。     

非对称双极脉冲磁控溅射制备Ti-Co-La-N纳米薄膜性能

利用非对称双极脉冲磁控溅射制备了不用Co-La掺杂量的Ti-Co-La-N纳米复合薄膜.分别用扫描电子显微镜、X射线衍射、纳米压痕仪、划痕仪以及摩擦磨损仪研究了薄膜的表面形貌、结合力、显微硬度和摩擦学性能.结果表明:复合薄膜主要有TiN相、Co2N相和LaN相组成;复合膜的纤维硬度达到14.61 GPa,低于TiN的显微硬度;复合薄膜的显微硬度和结合力都随着Co-La掺杂量的增加而降低;在高速钢基体上复合薄膜的摩擦系数达到了0.6.     

锆合金表面涂层耐高温高压动水腐蚀性能的研究

目的 提高锆合金在高温高压环境中耐动水腐蚀性能。方法 利用多弧离子镀技术（MAIP）在Zr-4合金表面分别制备了Al2O3涂层和Cr/TiAlN复合涂层,利用磁控溅射技术（MS）在Zr-4合金表面制备了TiN涂层。通过堆外高压釜实验,对比研究了三种不同涂层的耐高温高压动水腐蚀性能,利用自动划痕仪检测膜基结合力,利用XRD分析涂层的物相成分,利用SEM观察涂层腐蚀前后的微观形貌,利用EDS对涂层元素种类与含量进行分析。结果 多弧离子镀技术制备的Al2O3涂层和Cr/TiAlN涂层致密度较高,但表面存在少量大颗粒与微孔洞;磁控溅射技术制备的TiN涂层均匀平整,表面大颗粒较少。Al2O3涂层、TiN涂层和Cr/TiAlN涂层可承受的临界载荷分别为26、16、26.5 N。在实验条件下,Cr/TiAlN涂层和TiN涂层表面均发生了剥落或腐蚀现象,且这两种试样表面均检测出大量的ZrO2,而Al2O3涂层几乎未被破坏,基体得到了充分防护。结论 利用多弧离子镀技术在Zr-4合金表面制备的Al2O3涂层和Cr/TiAlN涂层的膜基结合力较高,利用磁控溅射技术制备的TiN涂层的膜基结合性能较差,其中Al2O3涂层具备良好的耐腐蚀性能,在高温高压动水腐蚀环境中能够有效地保护锆合金基体。     

GNiCr40Al3Ti合金表面Cr-DLC、CrAlN和CrN薄膜在去离子水环境中的摩擦磨损性能

目的 在去离子水环境中,研究GNiCr40Al3Ti合金表面制备的铬掺杂类金刚石(Cr-DLC)、氮化铬铝(CrAlN)和氮化铬(CrN)等薄膜的摩擦磨损性能。方法 在GNiCr40Al3Ti合金表面采用离子源辅助非平衡磁控溅射制备Cr-DLC薄膜,采用多弧离子镀技术制备CrAlN薄膜和CrN薄膜。利用冷场发射扫描电镜、拉曼光谱仪和X射线衍射仪,对薄膜的微观结构和形貌进行分析。利用显微硬度计、摩擦磨损试验机、白光干涉扫描轮廓仪等,对薄膜的硬度、摩擦磨损性能、磨痕二维轮廓等进行研究。结果 在10 h连续的去离子水环境摩擦过程中,CrN薄膜的平均摩擦系数最低,仅为0.17,比GNiCr40Al3Ti合金的摩擦系数降低了54%。与GNiCr40Al3Ti合金相比,其表面制备的Cr-DLC、CrAlN和CrN薄膜在去离子水环境摩擦条件下都减小了磨损体积,其中,CrN薄膜表现出最好的耐磨性,磨损体积为0.017 mm³,仅为GNiCr40Al3Ti合金磨损体积的0.18%。Cr-DLC薄膜与CrAlN薄膜的耐磨性不及CrN薄膜,主要是由薄膜的微观结构造成的,Cr-DLC薄膜的柱状疏松结构造成薄膜过早的被磨穿,CrAlN薄膜中存在的Cr相引起薄膜硬度降低,从而降低了抗剪切的能力。结论 在去离子水环境中,CrN薄膜具有最低的摩擦系数和最佳的耐磨性。     

刀具表面超晶格TiN/AlN纳米多层膜的制备及性能的研究

采用脉冲多弧离子镀技术制备TiN／AlN纳米多层膜，对该薄膜的结构研究表明，随着调制周期的减小，稳定态六方AlN相逐渐转变成亚稳态立方AlN相，形成以TiN／AlN超晶格结构为主的薄膜。并从与标准图谱的对比中可知．TiN／AlN超晶格是AlN在立方TiN簿膜的影响下，在TiN层上以亚稳态相立方结构外延生长所形成。另研究显示，TiN／AlN薄膜具有一定的超硬效应以及在硬质合金刀具上优良的使用性能。     

A comparative study of the properties of TiN films deposited by MAIP and FCAP

In this study two types of TiN films were prepared, one using the filtered cathodic arc plasma (FCAP) technique with an in-plane “S” filter, and the other using the multi-arc ion-plating (MAIP), and both deposited under the same parameters. Comparisons of the texture, hardness, roughness, tribological and electrochemical corrosion behaviors of the two types of TiN films were given. The TiN films obtained by the FCAP technology were found to be highly uniform, smooth and macroparticle-free. The TiN films deposited by FCAP had a (111) preferred orientation, while there was no texture in the films deposited by MAIP. Under low load the two kinds of TiN coatings had very different wear mechanisms; the films of FCAP had a lower wear rate and friction coefficient compared with the TiN films deposited by the MAIP technique. The dense and hole-free structure of TiN films of FCAP could effectively avoid the avalanche of TiN films from the substrate during corrosion tests.     

脉冲偏压对直流磁控溅射沉积MoN薄膜结构及性能的影响

MoN薄膜是一种具有潜在应用价值的薄膜材料,但对于其结构和性能的研究还较少。采用直流磁控溅射技术在304不锈钢基体表面沉积MoN薄膜,研究了脉冲偏压对MoN薄膜结构和性能的影响,并系统研究了MoN薄膜在不同摩擦条件下的摩擦磨损行为。采用X射线衍射仪和扫描电镜分析薄膜的晶相结构、晶粒尺寸、表面及断面形貌,采用HMV-2T显微硬度仪测试薄膜的显微硬度。采用UMT-TriboLab多功能摩擦磨损试验机评价薄膜的摩擦磨损性能,并用扫描电镜观察磨损表面,分析其磨损机制。结果表明：脉冲偏压显著影响直流磁控沉积的MoN薄膜的晶相结构、表面形貌、断面结构、硬度和摩擦磨损性能;随脉冲偏压的增大,MoN薄膜的膜厚、硬度都先增大后减小,而薄膜的磨损率却先减小后增大,其中-500 V脉冲偏压下沉积的MoN薄膜具有最高硬度为7731 N/mm²,以及最低的磨损率为5.8×10^-7 mm³/（N·m）。此外,MoN薄膜在不同载荷和转速的摩擦条件下表现出不同的摩擦学行为。     

MAIP镀TiN薄膜结构形貌的研究

本文用多弧离子镀膜(MAIP)技术在高速钢基片表面镀TiN后,用XRD和SEM对膜层组织结构、形貌进行了分析。结果显示,在高速钢基片表面的为TiN薄膜,该TiN膜致密,但在薄膜表面有少量白色大颗粒和黑点。能谱分析显示,白亮的大颗粒成分与普通膜面几乎相同,大黑点是直通基体的针孔,小黑点是盲孔。结论:这些大颗粒降低了薄膜表面粗糙度,对薄膜的耐磨性产生不利影响,而且针孔的存在,对膜层的耐蚀性有不利影响。     

基体脉冲偏压对TiN/Cu纳米复合薄膜组织结构、力学及耐磨性能的影响

本文采用轴向磁场增强电弧离子镀在高速钢基体上沉积了TiN/Cu纳米复合薄膜,研究了基体脉冲偏压幅值对薄膜成分、结构、力学性能及耐磨性能的影响。结果表明,薄膜中铜含量随着脉冲偏压幅值的增加先增加而后降低,在一个较低的范围内(1.3-2.1at.%)。X射线衍射结果表明所有的薄膜均出现TiN相,并未观察到Cu相。薄膜的择优取向随着脉冲偏压幅值的增加而改变。薄膜的最高硬度为36GPa,是在脉冲偏压幅值为-200V时得到的,对应了1.6at.%的Cu含量。与纯的TiN薄膜相比,Cu的添加明显增强了薄膜的耐磨性能。