Ti/Al过渡层对共掺杂类金刚石薄膜性能的影响

目的研究Ti/Al过渡层对不同溅射电流下的Ti/Al共掺杂DLC薄膜的成分、结构、机械性能和结合力的影响。方法采用线性离子束复合磁控溅射技术在316L基底上沉积含有Ti/Al过渡层的Ti/Al共掺杂DLC薄膜,利用场发射扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、高分辨透射电镜(HRTEM)及共聚焦激光拉曼光谱仪分析了薄膜的界面形貌及键态结构。采用辉光放电光谱仪对样品成分进行深度分析,纳米压痕仪测量薄膜硬度及弹性模量,划痕测试系统测量膜基结合力,残余应力仪测量薄膜内应力。结果与未添加过渡层相比,添加Ti/Al过渡层对薄膜的结构和机械性能影响较小,且均在溅射电流为2.5 A时有最优的机械性能;然而,溅射电流为2.5 A时,添加过渡层使结合力从54.5 N提高到了67.2 N,提高了19%,残余应力从1.28 GPa降低到了0.25 GPa,降低了80%。结论 Ti/Al过渡层可缓解因DLC薄膜和基体的晶格匹配差异和膨胀系数不同而导致的高界面应力。在薄膜与基底界面,过渡层呈现典型柱状晶结构,可促进膜基界面间的机械互锁,显著改善薄膜与基体之间的结合力而不损伤其机械性能。     

Cr基过渡层对钛合金表面类金刚石薄膜摩擦学性能的影响

采用磁控溅射技术在钛合金(Ti6Al4V)表面制备Cr、Cr/Cr N和Cr/Cr N/Cr NC过渡层结构的类金刚石(DLC)薄膜。采用扫描电子显微镜、拉曼光谱仪与原子力显微镜分析薄膜的结构和表面形貌,利用纳米压痕仪、薄膜内应力测试仪、划痕测试仪、摩擦试验机和二维轮廓仪研究薄膜的硬度、内应力、结合力和摩擦磨损性能。结果表明:随着Cr基梯度过渡层的引入,DLC薄膜的内应力逐渐下降,结合力逐渐上升。Cr/Cr N/Cr NC/DLC薄膜具有优异减摩抗磨性能,摩擦因数和磨损率低至0.09±0.02和(1.89±0.15)×10-7 mm3/N·m。试验结果对钛合金表面高性能DLC薄膜制备及应用具有一定的参考价值和指导意义。     

钛过渡层对CVD金刚石膜热残余应力的影响

选用钛作为金刚石膜和钼基体间的中间过渡层,探讨使用过渡层减小热残余应力的可能性.建立三维有限元分析模型,对使用钛过渡层前、后,金刚石膜内及界面处的热残余应力分量的分布分别进行模拟和比较;考虑了热膨胀系数随温度的变化;讨论了热残余应力对金刚石膜失效的影响.结果表明:采用钛过渡层后,热残余应力的特性和分布规律并未改变,但各应力分量的大小均有一定的减小.本文所建三维的有限元分析模型与已往的一维解析模型都能得出金刚石膜沿其厚度上的径向应力分布,但前者还能得出金刚石膜在其内部及界面处的多个应力分量沿径向或沿厚度的分布规律.     

Zr掺杂类金刚石薄膜摩擦性能及耐腐蚀性能的影响

目的改善不锈钢摩擦性能及耐腐蚀性能。方法通过线性阳极层离子源辅助非平衡磁控溅射法,制备了不同Zr含量的类金刚石(DLC)薄膜,采用扫描电子显微镜、拉曼光谱仪、纳米硬度仪、高温销盘磨损仪、电化学工作站,对薄膜的化学成分、显微结构、纳米硬度、薄膜摩擦性能及耐腐蚀性能进行测试研究。结果随着Zr靶功率的增大,Zr含量线性增加。Zr含量从4.9%增加至16.3%时,I_D/I_G增大,薄膜硬度从12.1 GPa逐渐下降至8.4 GPa;Zr含量增大至21.2%时,I_D/I_G减小,薄膜硬度增大至11.4 GPa。涂镀类金刚石薄膜的不锈钢基体比无涂层的不锈钢基体有更低的摩擦系数,更好的耐磨损性能。Zr掺杂DLC薄膜的最小摩擦系数为0.07。Zr含量从4.9%增加至16.3%,DLC薄膜的耐腐蚀性能减弱;Zr含量继续增加,DLC薄膜的耐腐蚀性能增强。当Zr含量不大于11.9%时,沉积Zr掺杂DLC膜的不锈钢基体的耐腐蚀性能比不锈钢基体的更强。结论 Zr含量不大于11.9%时,Zr掺杂类金刚石薄膜既可以有效地改善不锈钢基体的摩擦磨损性能,又可以大幅提高耐腐蚀性能。     

铜合金表面过渡层厚度对Cr-DLC薄膜残余应力和结合性能的影响

为提高铜合金表面Cr-DLC薄膜的膜/基结合性能,设计了Cr/CrN/Cr-DLC多层结构薄膜,采用磁控溅射/等离子辅助气相沉积方法在铜合金样品表面制备不同Cr粘结层厚度的Cr掺杂类金刚石（Cr-DLC）薄膜。利用高分辨拉曼光谱仪、薄膜应力仪、纳米压痕仪、划痕仪和连续冲击试验机分别对薄膜的微观结构、残余应力、纳米硬度和弹性模量、薄膜与基体结合性能和耐冲击韧性进行测试。结果表明,随着Cr粘结层厚度的增加,铜合金表面Cr-DLC薄膜的残余应力出现了先升高后降低的趋势,最小残余应力达到-0.47 GPa,降幅高达75.5%。薄膜的膜/基结合力随Cr粘结层厚度的增加而提高,当Cr粘结层厚度为1.01 μm时,Cr-DLC薄膜的膜/基结合力最佳,与无Cr粘结层Cr-DLC薄膜的第1（L_c1）和第2（L_c2）临界载荷相比分别提高69%和67%。经20 000次连续冲击试验,所有薄膜样品冲击坑的冲击深度均没有弹性恢复,薄膜在冲击坑的中心位置均出现一定面积的剥落,其中,Cr粘结层厚度1.01 μm的Cr-DLC薄膜样品的膜层剥落面积最小,表现出了最好的抗连续冲击的能力。一定厚度Cr粘结层能够大幅降低铜合金表面Cr-DLC薄膜的残余应力,提高膜/基结合力和耐冲击性能。     

钛过渡层与硬质合金基体表面结合状况对金刚石薄膜附着力的影响

以WC-6％Co为基体,采用磁控溅射法,在原始试样、酸腐蚀试样以及酸蚀后进行氢等离子体脱碳处理的试样上制备Ti过渡层,然后碳化过渡层为TiC。在热丝化学气相沉积装置中,制备金刚石薄膜。研究三种不同试样上的金刚石薄膜与基体的附着力。结果表明,在原始试样上的金刚石薄膜在冷却过程中自动脱落;在经等离子体处理后的试样上,金刚石薄膜与基体间附着力高于在经酸蚀处理的试样上的金刚石薄膜与基体附着力。造成这种现象的主要原因可能是等离子体脱碳还原处理降低WC晶粒表面能,增强Ti与WC间的结合强度,导致TiC过渡层与WC基体结合强度增加,从而增加金刚石薄膜附着力。     

过渡层对铜基金刚石薄膜的影响

采用热丝化学气相沉积(HFCVD)在纯铜基体及4种不同的过渡层(Ti、Nb、Ni、W)上制备金刚石薄膜。利用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、拉曼光谱仪(Raman)以及维氏硬度计对金刚石薄膜进行检测分析,研究了不同过渡层对金刚石薄膜形貌质量和附着性能的影响。结果表明,在纯铜基体以及多种过渡层上都能制备高纯度的金刚石薄膜;在形核率较高的基体上金刚石颗粒的尺寸较小,在Ni过渡层上金刚石颗粒的尺寸较大;金刚石薄膜在Ti过渡层上结合性能最好,但是非金刚石相最多。在Nb、W过渡层上的结合性能最差。     

Al2O3和Cr过渡层对Ag膜光学性质及其附着力的影响

研究了在玻璃基底上镀制Al2O3和Cr过渡层对Ag膜反射率及附着力的影响.分光光度计测试了Ag膜的反射率,结果表明,与Cr过渡层相比,Al2O3过渡层对Ag膜反射率的降低相对较小;而且,随着Al2O3厚度的增加,Ag膜的反射率先增大后减小.XRD与AES测试表明,引入Al2O3或Cr可明显细化Ag晶粒,减弱Ag膜(111)织构;Al2O3作过渡层时,Al原子向Ag层中扩散显著;而Cr作过渡层时,只有少量Cr原子扩散进入Ag层.因此,Al2O3作过渡层能显著增强薄膜与玻璃基体之间的附着力.     

以Cr/CrSiN膜为过渡层在高钴硬质合金表面沉积金刚石薄膜

为了解决在高钴硬质合金表面难以生长高结合力金刚石薄膜的问题,采用Cr/CrSiN膜为过渡层,用热丝化学气相沉积法在硬质合金上沉积纳米金刚石薄膜（NCD）、亚微晶金刚石薄膜（SMCD）和微晶金刚石薄膜（MCD）,并对其结合力进行研究。结果表明：采用Cr/CrSiN过渡层可在高钴硬质合金表面沉积出结合力优异的金刚石薄膜,NCD的结合力最优,SMCD的结合力次之,MCD的结合力最差;当金刚石薄膜晶粒变大时,因金刚石薄膜韧性变差且过渡层碳化严重,金刚石薄膜的结合力变弱。     

钛掺杂无氢类金刚石薄膜疏水性能研究

采用MEVVA离子源复合磁控溅射沉积系统,在钛合金Ti6Al4V基体上制备Ti掺杂DLC薄膜,研究Ti掺杂对DLC薄膜疏水性能的影响。通过X射线能谱仪（EDS）、X射线光电子谱（XPS）、原子力显微镜（AFM）分别对薄膜的组分、化学键以及表面形貌进行分析;通过测量静态接触角分析薄膜的润湿性并计算薄膜的表面能。结果表明：Ti掺杂DLC膜明显提高疏水性能,水接触角最高达到105°。薄膜中sp2C杂化键组分增加以及表面形成Ti-O键,是导致薄膜表面能降低的重要因素     

化学预处理对微型钻头沉积类金刚石薄膜附着力的影响

在刀具上沉积类金刚石(DLC)薄膜的关键技术问题是如何提高DLC薄膜的附着力,以发挥DLC薄膜在刀具涂层领域的优势。本文通过对微型钻头表面进行不同的化学预处理后利用射频等离子体化学气相沉法沉积DLC薄膜,对影响膜基附着力的内在规律进行了探讨。结果表明:采用简单酸碱腐蚀(先后使用NaOH溶液和HNO3溶液进行腐蚀)对DLC薄膜附着力的提高有一定作用,而综合腐蚀(首先使用酸碱腐蚀,然后使用Murakami试剂腐蚀)的效果更佳;此外,使用Murakami试剂腐蚀时间过长(超过6 min)会影响钻头本体的机械强度。实验结果对于DLC薄膜作为微型钻头涂层的应用具有很好的指导意义。     

Tribological and electrochemical characteristics of DLC coatings with bias voltage

Diamond-like carbon (DLC) coatings were deposited on a STS 316L substrate by means of R.F plasma-assisted chemical vapor deposition (R.F PACVD) technique using benzene (C₆H₆) as a reaction gas. The tribological and electrochemical characteristics of the DLC coatings were investigated by a tribological technique (wear test) and by electrochemical techniques (potentiodynamic polarization test and electrochemical impedance spectroscopy). Surface analyses of the DLC coatings were conducted by means of scanning electron microscopy and atomic force microscopy. This study provides reliable and quantitative data for an assessment of the effect of bias voltage on tribological and electrochemical characteristics in a simulated body fluid environment (0.89 wt.% NaCl of pH 7.4 at 37°C). From the results of the tribological and electrochemical techniques, wear and corrosion resistance of the DLC coatings were improved owing to the low surface roughness, low porosity and good adhesion strength. Among all DLC coatings in this experiment, the DLC coating with a bias voltage of −800 V showed better wear and corrosion resistance than did other coatings     

Relation of Deposition Condition with Microstructure of YBCO Film and YSZ Buffer Layer on Metallic Substrate

ＲｅｌａｔｉｏｎｏｆＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎＣｏｎｄｉｔｉｏｎｗｉｔｈＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＹＢＣＯＦｉｌｍａｎｄＹＳＺＢｕｆｅｒＬａｙｅｒｏｎＭｅｔａｌｉｃＳｕｂｓｔｒａｔｅＷａｎｇＪｉｎｇ,ＬｉｕＡｎｓｈｅｎｇ,ＳｈｉＤｏｎｇｑｉ,Ｗａｎ...     

不同掺杂设计对类金刚石涂层海水环境摩擦学性能的影响

采用UDP650型闭合场非平衡磁控溅射系统在硅片及316不锈钢基底表面制备了不同掺杂设计的类金刚石涂层(DLC、Cr/DLC和WC/DLC),通过SEM、Raman、硬度仪和划痕仪研究了涂层的结构及力学性能,利用多功能摩擦试验机考察了涂层在大气及海水环境下的摩擦学性能。结果表明,Cr或WC掺杂能显著促进DLC涂层的石墨化,同时提高涂层的结合力及韧性。在摩擦磨损试验中,由于海水的润滑作用,3种涂层在海水环境下的摩擦因数及磨损率均低于大气环境。同时,WC/DLC在3种涂层中表现出最佳的摩擦学性能,这取决于其高的石墨化程度,良好的结合力及优异的韧性。     

衬底与缓冲层的晶格失配对CeO_2缓冲层外延生长的影响

采用金属有机沉积(MOD)技术在La Al O3(LAO)、Y稳定的氧化锆(YSZ)和Ni-W衬底上沉积了Ce O2缓冲层薄膜,并研究了衬底与缓冲层的晶格失配对其外延生长的影响。结果表明,随着衬底和缓冲层薄膜之间晶格失配的增大,缓冲层薄膜内部的压应变增加,晶界浓度增加,晶粒生长速率减小。衬底和缓冲层薄膜之间的晶格失配越小,越有利于薄膜织构度的增大。Ce O2薄膜的表面形貌及粗糙度的演化对衬底和缓冲层薄膜之间的晶格失配并没有明确的依赖关系。     

类金刚石(DLC)膜对2Crl3不锈钢耐蚀性能的影响

采用失重法、极化曲线法和金相显微分析等方法研究了类金刚石(DLC)膜对2Cr13不锈钢耐蚀行为的影响.失重试验结果表明:DLC膜较薄时对2Crl3不锈钢在中性NaCI溶液中耐全面腐蚀的影响不明显,而膜较厚时能显著降低2Crl3不锈钢的腐蚀速度;失重试验和电化学试验均表明DLC膜降低了2Crl3不锈钢在酸性介质中的腐蚀速度;动电位扫描曲线和金相显微分析说明DLC膜明显改善了2Crl3不锈钢基体抗点蚀、晶间腐蚀等局部腐蚀的能力.     

磁控溅射制备ZnO缓冲层薄膜的微观结构和光学性能

研究了衬底温度、溅射气压对磁控溅射沉积ZnO缓冲层薄膜的微观结构、表面形貌和光学性能的影响。结果表明,衬底温度、溅射气压对ZnO缓冲层薄膜表面形貌、晶粒尺寸、禁带宽度和光学透过率等有较大影响。综合分析得出最佳的制备ZnO缓冲层薄膜的工艺为250℃、0.6 Pa。在此工艺下制备的ZnO缓冲层薄膜具有很好的ZnO(002)面c轴择优取向,结构致密、尺寸均匀,禁带宽度为3.24 eV,可见光平均透过率为86.93%,符合作CIGS太阳能电池缓冲层的要求。     

NiTi合金表面类金刚石膜的表面特征和腐蚀行为

采用等离子浸没离子注入和沉积（PIIID）法以C2H2为等离子源对NiTi合金进行表面改性。利用Raman光谱分析膜层结构。采用原子力显微镜和纳米压痕分析涂层前后NiTi的表面形貌和力学性能。利用电化学测试、扫描电镜和原子吸收光谱测试涂层前后基体的耐腐蚀性和Ni离子析出。结果表明：NiTi合金表面的膜层是类金刚石（DLC）；经过PIIID处理后，基体表面的粗糙度降低；纳米硬度得到提高；耐腐蚀性能获得明显改善；Ni离子析出得到有效的抑制。