基材温度对采用磁控溅射制备的Ti-Al-Si-Cu-N涂层的微观结构及摩擦学性能的影响

本文中,采用反应磁控溅射技术在304不锈钢基片上沉积Ti-Al-Si-Cu-N涂层。通过扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）、纳米压痕仪、划痕仪和球盘式摩擦磨损试验机研究了不同的基材温度对涂层结构和摩擦学性能的影响。结果表明：随着沉积温度从室温升至250 oC,涂层变得表面平滑,结构致密。硬度和弹性模量随沉积温度的升高而升高。划痕实验表明：当沉积温度分别为室温,150 oC 和250 oC时,临界载荷为3.85 N, 3.45 N 和5.10 N。当沉积温度为250 oC时,涂层的摩擦系数和磨损量最小,磨损机制主要为磨粒磨损摩擦过程中产生的磨屑主要来自GCr15不锈钢珠。在较低的沉积温度下,涂层的磨损机理主要为脆性断裂和磨粒磨损。     

N含量对ZrCuAl(N)涂层结构及抗腐蚀性能的影响

采用磁控溅射方法在ZrCuAl非晶涂层中掺杂不同含量N,采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、原子力显微镜等对涂层的显微结构进行表征,采用纳米压痕仪、显微硬度仪、划痕仪评估涂层的力学性能,通过极化试验评估涂层的抗腐蚀性能。结果表明,N掺杂可将涂层的硬度提高约3倍,弹性模量提高约2倍,结合力从1.51 N增加到22.76 N,但涂层的韧性有所下降。同时,N掺杂可使涂层发生钝化现象,提高涂层的耐腐蚀能力。当掺杂N原子数分数为35.8%时,涂层经极化试验后无点蚀现象,表面保持良好的形貌,无腐蚀迹象。因此,一定含量的N掺杂能同时提高Zr基非晶涂层的力学性能和耐蚀能力。     

α+β型生物钛合金磁控溅射TiN涂层磨损性能

为提高Ti6Al7Nb合金耐磨性,采用磁控溅射技术在合金表面制备了TiN涂层,通过扫描电镜、光学显微镜、X射线衍射仪和销-盘式磨损实验研究了涂层的相结构和磨损性能.结果表明:涂层与基材结合良好,涂层的成分与结构随溅射时间而变化.溅射3 h时,涂层由表及里的相组成依次为TiN、TiN+Ti2N、Ti2N,其中TiN层硬度提高至基材的3倍.在10～40 N载荷下涂层明显改善了合金的抗磨损性.表面改性后合金的磨损机制由原来的氧化磨损+粘着磨损转变为以磨粒磨损为主.     

磁控溅射IN738涂层耐盐水腐蚀性能研究

利用电化学方法、扫描电镜和扫描隧道显微镜等技术，研究了纳米晶IN738涂层耐盐水腐蚀性能，探讨了溅射纳米涂层的腐蚀机制，发现表面纳米化导致钝性金属材料钝化膜的溶解速度增加，而表面微观孔隙的存在使材料的耐点蚀能力下降，但是纳米IN738涂层总体耐蚀性能很高。     

4Cr13钢基表面SiC/Ta复合涂层的制备及摩擦磨损性能

针对马氏体不锈钢的表面耐磨性不能满足应用需求,且在钢基表面直接制备Si C涂层会产生与基体结合不良的问题,采用双辉等离子表面冶金技术在4Cr13马氏体不锈钢表面制备SiC/Ta复合涂层,对涂层的组织结构、表面硬度、结合强度和摩擦磨损性能进行研究。结果表明,所制备的SiC/Ta复合涂层厚5~6μm,由SiC、Ta、Ta_2C和TaC相构成。SiC/Ta/基体各层间以扩散连接,与基体结合良好。经双辉等离子表面冶金技术处理后,表面显微硬度由基材的279 HV_(0.2)提高到1 738 HV_(0.2)。4Cr13不锈钢的摩擦学性能也得到明显改善,摩擦因数比基材的平均摩擦因数降低了0.32,磨损率是基材磨损率的4%。     

GO-TiO2对磷酸盐粘结涂层耐磨损性能的影响

目的 提高磷酸盐粘结涂层的耐磨损性能.方法 以3-氨基丙基三乙氧基硅烷为纽带,制备氧化石墨烯-二氧化钛复合材料(GO-TiO2),并作为增强相加入涂层中.通过SEM和FTIR,对GO-TiO2的微观结构和官能团进行表征,采用维氏硬度计对涂层显微硬度进行测量,利用摩擦磨损试验机测试涂层的摩擦学行为,采用白光干涉仪和SEM...     

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。     

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.     

沉积功率对Ce-Ti/MoS2复合涂层摩擦磨损性能的影响

目的 探究Ce-Ti合金靶功率对MoS2基涂层摩擦学性能的影响,制备干摩擦性能优异的MoS2基复合涂层。方法 采用直流与射频双靶非平衡共溅射技术,通过调节Ce-Ti(1∶1)靶功率控制涂层掺杂元素含量。利用原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱仪(XPS)等多种测试手段,分析合金靶功率对Ce-Ti/MoS2涂层微观组织、力学性能及摩擦学性能的影响。结果 随着掺杂金属功率提升,MoS2基涂层由明显的晶体结构变为类似非晶结构;表面由纯MoS2的蠕虫状逐渐转化为细小团聚形貌,在达到90 W功率后团聚尺寸又逐渐粗大。当Ce-Ti靶(Ce的原子数分数为2.32%;Ti的原子数分数为7.21%)沉积功率达到70 W时,致密程度显著提高,由无掺杂多孔柱状晶变为细密柱状生长结构,纳米硬度达7.85 GPa,并明显改善了氧化现象。在摩擦磨损方面,70 W功率下磨痕呈微量的磨粒磨损,平均摩擦因数低至0.073,磨损率减少至9.42× 10^–8 mm³ N^–1m^–1。对偶钢球形成转移膜,有效减少摩擦过程剪切力。70 W条件下转移膜面积最小,且摩擦时磨痕处重组生成MoS2结构,显著减少材料的摩擦因数与磨损率。结论 磁控溅射Ce-Ti掺杂MoS2基涂层提升了涂层致密程度与摩擦磨损性能,在功率达到70 W时达到最优综合性能,涂层的摩擦因数与磨损率也因形成高质量转移膜而显著降低。     

Mo含量对Cr12MoV钢表面CrMoN涂层磨损性能的影响

采用非平衡闭合场磁控溅射方法在Cr12MoV冷作模具钢表面制备不同Mo含量的CrMoN涂层,通过XRD、SEM、显微硬度和磨损试验分析涂层的相结构、表面性能和耐磨性.实验结果表明,CrMoN涂层均呈面心立方结构,无明显的柱状晶,其厚度随Mo含量的增加而增厚.CrMoN涂层显著提高了Cr12MoV钢的表面硬度和耐磨性,尤其是中等Mo含量(20.72%Mo)的涂层.经18h冲击磨损后,该涂层的磨损速率(5.3×10-5mm3/h)明显低于未表面处理试样(1.0×10-3mm3/h),微区逐层剥落的疲劳磨损为主要磨损机制.然而,低Mo含量涂层磨损速率略高于未表面处理试样,磨损机制从疲劳磨损转变为三体磨粒磨损.     

冷喷涂Ta涂层组织及腐蚀性能

利用冷喷涂技术在316L不锈钢表面制备Ta涂层.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)对涂层的相结构和微观组织进行了分析,通过显微硬度计和万能力学试验机测定涂层的显微硬度和结合强度;采用电化学试验机测试了涂层和不锈钢基体的腐蚀性能.结果表明:涂层微观组织均匀致密,孔隙率为0.5％;涂层与基体结合良好,结合强度为60 MPa;涂层平均显微硬度为256 HV0.3;Ta涂层的自腐蚀电位(-0.25V)略低于316L不锈钢块体(-0.13 V),自腐蚀电流密度(2.16× 10-7A/cm2)比316L不锈钢(4.83×10-7A/cm2)降低了一倍,钝化电位及钝化电流分别为-0.06 V和1.05× 10-4A/cm2,具有很宽的钝化区,能够有效保护316L基体.     

多层梯度结构对TiAlSiN涂层摩擦磨损性能的影响

为提高304不锈钢耐磨损性能,采用磁过滤阴极弧等离子体沉积的方法制备TiAlSiN多层梯度涂层,研究多层梯度结构对涂层摩擦磨损性能的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、纳米压痕仪和划痕仪等方法对涂层的表面形貌、物相结构以及力学性能进行表征,并通过MST-3001摩擦磨损试验仪测试不同结构涂层的摩擦磨损性能。结果表明:与TiAlSiN单层涂层相比,TiAlSiN多层梯度涂层具有更高的结合力和韧性;两种涂层的摩擦因数和磨损率都远小于304不锈钢,其中TiAlSiN多层梯度涂层具有比单层涂层更低的磨损率,磨损率由2.6×104μm3/(N·m)降至8.5×103μm3/(N·m),降低了67.8%,TiAlSiN多层梯度涂层磨痕表面光滑致密,主要磨损机制为轻微粘着磨损、磨粒磨损和氧化磨损的协同作用。     

N2流量对等离子体增强磁控溅射TiN涂层的影响

目的研究N_2流量对等离子体增强磁控溅射TiN涂层组织结构和性能的影响,优化TiN涂层的制备工艺。方法在不同N_2流量的条件下,采用等离子体增强磁控溅射法制备TiN涂层。采用3D形貌仪和扫描电子显微镜观察涂层的表面形貌,利用X射线衍射仪测定涂层的相结构,利用显微硬度计测试涂层试样的硬度,利用球-盘摩擦磨损试验机考察涂层试样的摩擦磨损性能,利用能谱仪分析磨痕表面的化学组成。结果 N_2流量小于61.5 mL/min时,增加N_2流量对总气压和靶电压的影响很小;N_2流量超过61.5 mL/min后,总气压和靶电压均随着N_2流量的增加而显著增大。随着N_2流量的增大,制备的TiN涂层X射线衍射谱中的TiN(111)、TiN(220)衍射峰强度不断增大,TiN(200)衍射峰强度先不变后突然减小。N_2流量约为61.5 mL/min时,制备的TiN涂层试样的致密性最好,硬度最高。N_2流量在50~61.5 mL/min范围内,制备的TiN涂层试样的磨损率较低,最低可达7.4×10~(-16) m~3/(N·m)。当N_2流量超过63 mL/min后,TiN涂层试样的磨损率显著增大。结论 N_2流量对等离子体增强磁控溅射TiN涂层择优取向、硬度及摩擦磨损性能的影响较显著,N_2流量约为61.5 mL/min时,制备的TiN涂层试样的硬度和耐磨性最好。     

N2气流量比对磁控溅射Mo-N涂层结构和性能的影响

目的研究N_2气流量比对直流反应磁控溅射Mo-N涂层结构、力学性能和摩擦性能的影响。方法采用直流反应磁控溅射技术在304不锈钢基体表面制备Mo-N涂层,对涂层结构进行X射线衍射(XRD)分析,对涂层形貌和磨痕形貌进行扫描电镜(SEM)分析,采用维氏显微硬度计测试涂层的显微硬度,采用划痕法表征涂层的结合强度,采用球盘式摩擦磨损试验仪评价涂层的摩擦磨损性能。结果随着N_2气流量比R从0.3增加至0.7,涂层主要由面心立方γ-Mo2N相构成,当R为0.7时,制备的涂层中出现少量的六方δ-MoN相。涂层的显微硬度先降低后增加,最高硬度可达3060HV。结合强度先增加后降低,当R为0.4和0.5时,涂层的结合力较高,约为40N,且具有较好的摩擦学性能,平均摩擦系数约为0.22,磨损形式主要为磨粒磨损。结论在基体温度为300℃时制备涂层,N_2气流量比在0.3～0.7的范围变化对涂层相结构的影响较小。硬度相对较高时,结合力越好,摩擦学性能越好。     

反应磁控溅射沉积工艺对Cr-N涂层微观结构的影响

研究在不同工艺条件下用直流反应磁控溅射技术在T10衬底上制备Cr-N涂层,并采用光电子能谱仪和XRD依次分析Cr-N涂层的表面结构和工艺参数对Cr-N涂层成分及相组成的影响。结果表明,Cr-N涂层在存放一段时间后表面产生复杂的Cr2O3相以及Cr（O2 N）x相;常温下随着N2含量的增加,涂层相结构逐渐由Cr转变为化学比的CrN相。当N2含量为33-3％时,Cr-N涂层的相成分主要为Cr2N＋CrN。并发现衬底偏压直接影响Cr-N系涂层的晶态及取向特征,当偏压增加到-130V时,Cr-N涂层中β-Cr2N相结构逐渐转变为（110）和（300）取向结构。     

非平衡磁控溅射制备CrTiAlN/GLC复合涂层的表面性能及摩擦磨损性能研究

采用非平衡磁控溅射技术在新型冷作模具钢表面制备CrTiAlN/GLC复合涂层,并应用拉曼光谱(Raman)、纳米压痕、磨损试验等测试方法分析与考察该复合涂层的组织结构、纳米硬度、结合强度和摩擦磨损性能。结果表明:CrTiAlN/GLC复合涂层由CrTiAlN和以sp2为主的非晶及微晶结构GLC组成,其纳米硬度(17.38 GPa)介于CrTiAlN与GLC单一涂层之间,但有最高的弹性模量(186.35 GPa),并与基体结合状况良好(临界载荷Lc≥60 N)。此外,复合涂层还明显地改善了基体表面的摩擦学性能,干摩擦系数为0.1～0.35,油润滑磨损率(<0.7×10-12mm3/N.mm)约为基体(1.36×10-12 mm3/N.mm)的50%。     

陶瓷/金属复合耐磨涂层的微观结构与磨损性能分析

采用大气等离子喷涂技术在铸铁基体表面制备WC／NiCrAl和WC／NiCrBSi涂层试样，并从微观结构、显微硬度和磨损性能等方面测试涂层性能。结果显示，在磨损性能方面，以NiCrBSi为粘结金属的涂层优于以NiCrAl为粘结金属的涂层；WC含量高的涂层优于WC含量低的涂层。并探讨了涂层的磨损机理和磨损性能的变化规律，从而为耐磨涂层的设计提供指导。     

磁控溅射（AlCrNbTiVCe）N涂层的高温摩擦学机理

高熵合金涂层作为航空发动机轴承防护涂层有重大的潜在应用价值,鉴于其服役环境日益严苛复杂,进一步提高涂层的高温摩擦学性能是十分必要的。通过非平衡射频磁控溅射技术制备含Ce元素的（AlCrNbTiVCe）N涂层,利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和X射线光电子能谱仪（XPS）表征涂层磨损后的微观形貌、物相和价态,用纳米压痕仪、球盘式摩擦磨损试验机测试涂层的力学性能和摩擦学性能,探讨Ce对涂层微观结构、高温稳定性和摩擦磨损的影响与机制。结果表明,（AlCrNbTiVCe）N涂层主要由多元金属氮化物和单质Ce相组成。引入Ce元素改善了涂层组织结构,提高了高温抗软化能力,有助于涂层摩擦磨损性能的改善。与不含Ce的涂层相比,500℃下（AlCrNbTiVCe）N涂层的摩擦因数和磨损率分别下降27.5%和45.6%,其氧化磨损占主要磨损机制。该涂层高温摩擦学性能的提升主要是由于高温摩擦过程中涂层表面生成了氧化铈,增强了高温稳定性;氧化铈具有润滑特性,起到了减磨耐磨作用。在磁控溅射制备高熵涂层中,引入稀土元素,可为提高涂层高温摩擦学性能的提供借鉴。     

离散涂层对TC4钛合金微动磨损性能影响

采用电火花强化技术和IBED技术复合处理TC4钛合金,生成了离散复合强化层。强化层主要由电极材料和基体材料反应生成的化合物组成。强化层微动磨损体积损失是未处理试样的1/40,磨损机制为片层剥落和局部颗粒剥落。     

粉末结构对HVOF金属陶瓷涂层腐蚀冲蚀磨损性能的影响

采用3种不同NiCr粘结相含量和两种不同尺度WC颗粒的金属陶瓷粉末,运用超音速火焰喷涂（HVOF）方法制备了Cr3 C2-NiCr、WC-12%Co涂层,在5%H2 SO4、15%棕刚玉和水混合介质条件下,运用腐蚀冲蚀磨损试验机测定了涂层在45°冲蚀角下的失重量变化规律,研究了喷涂粉末NiCr含量和WC颗粒尺度对所沉积金属陶瓷涂层耐腐蚀冲蚀磨损性能的影响。结果表明,HVOF喷涂Cr3C2-NiCr、WC-12%Co涂层在5%H2SO4、15%棕刚玉和水混合介质条件下的腐蚀冲蚀率均低于低碳钢,并且Cr3 C2-NiCr涂层的抗腐蚀冲蚀性能要优于WC-12%Co涂层。Cr3 C2-40%NiCr和Cr3 C2-25%NiCr涂层其腐蚀冲蚀率低于Cr3 C2-10%NiCr涂层,与纳米尺度WC颗粒相比,微米尺度WC颗粒所制备的WC-12%Co涂层的抗腐蚀冲蚀性能较好。