离子束辅助轰击对电弧离子镀沉积TiAlN膜层的影响

采用俄罗斯UVN 0.5D2I离子束辅助电弧离子镀沉积设备,在高速钢W18Cr4V基材上沉积TiAlN膜层;利用N离子束对膜层沉积之前的预处理和膜层沉积时的辅助轰击,并用SEM、X射线衍射和力学测试等手段研究了N离子束轰击对膜层表面形貌、相结构、显微硬度影响.结果表明:N离子束的预处理在基材表面形成了一定厚度N的过渡层;N离子束对膜层的辅助轰击,明显地降低了膜层表面"大颗粒"的密度,改善了膜层的表面形貌;同时,形成了由过渡层成分与膜层成分动态混合的扩散层;无N离子轰击时,TiAlN膜层是由(TiAl)N相和Ti2AlN相组成;轰击能量为7.5 keV时,TiAlN膜层也是由(TiAl)N相和Ti2AlN相组成,但(TiAl)N(111)取向减弱,而(200)和(220)取向均增强;Ti2AlN(211)及(301)取向均减弱.N离子束辅助轰击,使膜层的显微硬度由原来的21 GPa提高到25.3 GPa.     

离子束辅助轰击对电弧离子镀沉积TiAIN膜层的影响

采用俄罗斯UVN0．5D2I离子束辅助电弧离子镀沉积设备,在高速钢W18C14V基材上沉积TiAlN膜层;利用N离子束对膜层沉积之前的预处理和膜层沉积时的辅助轰击,并用SEM、X射线衍射和力学测试等手段研究了N离子束轰击对膜层表面形貌、相结构、显微硬度影响．结果表明：N离子束的预处理在基材表面形成了一定厚度N的过渡层;N离子束对膜层的辅助轰击,明显地降低了膜层表面“大颗粒”的密度,改善了膜层的表面形貌;同时,形成了由过渡层成分与膜层成分动态混合的扩散层;无N离子轰击时,TiMN膜层是由（TiM）N相和Ti：A1N相组成;轰击能量为7．5keV时,TiMN膜层也是由（TiAl）N相和Ti：MN相组成,但（TiM）N（111）取向减弱,而（200）和（220）取向均增强;Ti,A1N（211）及（301）取向均减弱．N离子束辅助轰击,使膜层的显微硬度由原来的21GPa提高到25．3GPa．     

磁控溅射WSx/W/DLC/W多层膜的微观结构及摩擦学性能

采用磁控溅射技术在硅基底上交替沉积WS_x、W以及DLC膜层制备WS_x/W/DLC/W多层膜。利用X射线衍射仪、扫描电镜、纳米压痕仪等对多层膜的微观结构和力学性能进行了表征,使用球盘式摩擦磨损试验机测试了多层膜在大气中的摩擦学性能。结果表明:多层膜表面均光滑致密。随着周期中W单层厚度的增加,多层膜中出现α-W、W_2C和β-WC_(1-x)结晶相,多层膜的硬度大幅提高(6 nm时具有极大值17.3 GPa),摩擦因数呈下降趋势,结合力逐渐降低,磨损率先降低后升高。W单层厚度为6 nm的多层膜的耐磨性能最佳,磨损率约为1.4×10~(-14)m~3·N~(-1)·m~(-1)。     

离子束增强沉积Ti–Mo多层膜和TiMo合金膜及其性能

采用离子束增强磁控溅射沉积技术制备了Ti-Mo金属多层膜和TiMo合金膜,评价了膜层的结合强度、韧性、硬度等力学性能和摩擦学性能.结果表明:不同调制周期及不同调制比的Ti-Mo多层膜的硬度均比Ti、Mo金属单层膜的硬度高,调制周期小于200 nm的多层膜呈现出明显的超硬度现象,调制周期为20 nm的多层膜硬度达到最大值,多层膜硬度随Ti膜:Mo膜调制比的减小而提高.Mo过渡层比Ti过渡层更能有效改善膜层的结合强度,离子辅助轰击能明显提高膜层的结合力.TiMo合金膜的硬度与Mo金属单层膜相近,明显低于调制周期20～200 nm的Ti-Mo多层膜,其韧性也明显低于调制周期60 nm以上的Ti-Mo多层膜.调制周期20～200 nm的Ti-Mo多层膜的耐磨性能优于TiMo合金膜.     

类富勒烯/非晶多层碳膜的制备及性能

针对碳基薄膜存在的高应力问题,利用单极脉冲等离子体增强化学气相沉积技术在单晶硅衬底上制备了含氢类富勒烯/非晶层交替构成的类金刚石多层膜。采用高分辨透射电子显微镜和激光拉曼光谱仪分析了多层膜的结构特征;用X射线光电子能谱分析了薄膜的化学键状态;用纳米压痕仪测定了薄膜的硬度和弹性模量;在CSM往复式摩擦磨损试验机上考察了薄膜在大气下的摩擦学性能,同时比较了多层膜与非晶、类富勒烯薄膜的力学性能和摩擦磨损性能。结果表明:多层膜的硬度高于非晶和类富勒烯单层薄膜,达到28.78GPa;在大气环境下与Si3N4球对摩时平均摩擦因数略低于类富勒烯单层膜,耐磨性明显优于单层非晶和类富勒烯薄膜。     

DLC基纳米多层膜摩擦学性能的研究进展与展望

类金刚石（DLC）薄膜是一种良好的固体润滑剂,能够有效延长机械零件、工具的使用寿命。DLC基纳米多层薄膜的设计是耐磨薄膜领域的一项研究热点,薄膜中不同组分层具备不同的物理化学性能组合,能从多个角度（如高温、硬度、润滑）进行设计来提升薄膜力学性能、摩擦学性能以及耐腐蚀性能等。综述了DLC多层薄膜的设计目的与研究进展,以金属/DLC基纳米多层膜、金属氮化物/DLC基纳米多层膜、金属硫化物/DLC基纳米多层膜以及其他DLC基纳米多层膜为主,对早期研究成果及现在的研究方向进行了概述。介绍了以上几种DLC基纳米多层膜的现有设计思路（形成纳米晶/非晶复合结构、软/硬交替沉积,诱导转移膜形成,实现非公度接触）。随后对摩擦机理进行了分析总结：1）层与层间形成特殊过渡层,提高了结合力;2）软/硬的多层交替设计,可以抵抗应力松弛和裂纹偏转;3）高接触应力和催化作用下诱导DLC中的sp3向sp2转化,形成高度有序的转移膜,从而实现非公度接触。最后对DLC基纳米多层膜的未来发展进行了展望。     

微组装Teflon／Si3N4多层膜的结构和微摩擦磨损性能

利用离子束增强交替溅射聚四氟乙烯和氮化硅靶的方法制备出微组装的Ｔｅｆｌｏｎ／Ｓｉ３Ｎ４多层膜,并通过ＰＨＩ－５３００,ＦＴ－ＩＲ２０００,ＸＲＤ和ＡＦＭ／ＦＦＭ等测定了多层膜的结构,力学性能和微观摩擦磨损性能。     

离子束辅助沉积TiN膜的摩擦学特性

用ＸＰＳ，ＡＥＳ和ＸＲＤ分析厚约２μｍ离子束辅助沉积ＴｉＮ膜的成分和结构，实验表明：膜的表面成分主要是ＴｉＯ２，膜内是轻微择优取向晶粒较细ＴｉＮ。膜与衬底的界面存在混合区。用阶梯加载法测定润滑条件下ＧＣｒ１５钢与ＴｉＮ膜对磨时的临界载荷－速度关系。试验发现ＴｉＮ膜可显著扩大边界润滑区，承受较大载荷而不致发生擦伤。     

Ar~（＋）混合Fe－Dy多层膜的结构及性能

用真空双源蒸镀法在Ｓｉ单晶衬底上制备了Ｆｅ，Ｄｙ原子数比为３：２的Ｆｅ─Ｄｙ成分调制多层膜．用ＡＥＳ、ＲＢＳ、Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）以及磁性测量分析了Ａｒ~（＋）混合前后Ｆｅ─Ｄｙ多层膜的相交．Ａｒ~（＋）离子注入能量１１０ｋｅＶ，剂量５×１０~（１５）─１×１０~（１７）／ｃｍ~２．结果表明，注入剂量为１×１０~（１７）／ｃｍ~２时，Ｆｅ，Ｄｙ完全混合，并且由晶态的Ｆｅ，Ｄｙ完全转变为Ｆｅ_（６０）Ｄｙ_（４０）（近似于该化学配比）的非晶态合金，随Ａｒ~（＋）注入量的增加，Ｆｅ一Ｄｙ多层膜的Ｍ_ｓ下降，在剂量５０×１０~（１５）／ｃｍ~２时下降幅度最大。     

钛合金表面离子束增强沉积的Cr和CrMo合金膜层及其性能

利用多功能离子束增强沉积(IBED)设备，在Ti6Al4V钛合金表面制备Cr和CrMo合金膜层，以提高钛合金表面的耐磨性能。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、辉光放电光谱仪和显微硬度计分析和测试了IBED膜层的结构、形态、成分分布、硬度和膜基结合强度的大小。利用球一盘磨损试验机和电化学综合测试仪研究了IBED膜层的摩擦学性能和电化学腐蚀特性。结果表明，利用IBED方法可以在难镀材料钛合金表面制备膜基结合强度高、结晶致密和晶粒尺寸达纳米级的高硬度Cr膜和CrMo合金膜层，显著提高了钛合金表面的抗磨性能，且膜层本身有很好的耐Cl^-介质环境电化学腐蚀性能，与钛合金基体之间有很好的接触腐蚀相容性。     

离子束辅助沉积TiN膜的摩擦学特性

用ＸＰＳ，ＡＥＳ和ＸＲＤ分析厚约２μｍ离子束辅助沉积ＴｉＮ膜的成分和结构．实验表明：膜的表面成分主要是ＴｉＯ_２，膜内是轻微择优取向晶粒较细的ＴｉＮ．膜与衬底的界面存在混合区，用阶梯加载法测定润滑条件下ＧＣｒ１５钢与ＴｉＮ膜对磨时的临界载荷－速度关系．试验发现ＴｉＮ膜可显著扩大边界润滑区，承受较大载荷而不致发生擦伤．     

MICROSTRUCTURE OF Ti－B－NFILM AND INTERFACEFORMED BY N ION BOMBARDMENTON A Ti－B FILM

ＭＩＣＲＯＳＴＲＵＣＴＵＲＥＯＦＴｉ－Ｂ－ＮＦＩＬＭＡＮＤＩＮＴＥＲＦＡＣＥＦＯＲＭＥＤＢＹＮＩＯＮＢＯＭＢＡＲＤＭＥＮＴＯＮＡＴｉ－ＢＦＩＬＭＹＡＮＧＱｉａｏｑｉｎ;ＺＨＡＯＬｉｈｕａ;ＷＵＬｉｊｕｎ;ＬＩＸｕｅｑｉａｎａｎｄＤＵＨａｉｑｉｎｇ（Ｍ...     

SYNTHESIS OF TiN FILM WITH ION BEAM ENHANCED DEPOSITION AND ITS PROPERTIES

The TiN films were synthesized with an alternate process of depositing titanium from a E-gunevaporation source and 40 keV N~+ bombarding onto the target.It is shown from the composi-tion analysis and structure investigations using RBS,AES,TEM,XPS and X-ray diffractionspectrum that the formed fihns are mainly composed of TiN phase with grain size of 30—40nm and without preferred orientation,the nitrogen content in the film is much less than that incase without N~+ bombarding,and an intermixed region about 40 nm thick exists between thefilm and the substrate.The films exhibt high microhardness and low friction. ZHOU Jiankun,Ion Beam Laboratory,Shanghai Institute of Metallurgy,Academia Sinica,Shanghai 200050,China     

TiN薄膜的合成及其性能研究

用电子束蒸发沉积钛和40keV氮离子束轰击交替进行的办法合成了TiN薄膜。用RBS,AES,TEM,XPS,和X射线衍射研究TiN薄膜的组分和结构表明:用离子束增强沉积制备的TiN薄膜主要由TiN相构成;晶粒大小为30—40um,无择优取向;而非离子束轰击沉积的薄膜则是无定形的;用离子束增强沉积制备的TiN薄膜,其氧含量明显小于无离子束轰击薄膜的值;在TiN薄膜和衬底之间存在一个界面混合区,厚度为40um左右。机械性能测试表明,TiN薄膜具有高的显微硬度,低的摩擦系数。     

CH_4离子束增强沉积对TiC薄膜显微硬度的影响机制

研究了双离子束沉积ＴｉＣ薄膜的形成．离子束反应溅射膜的显微硬度比ＣＨ_４高子束增强沉积膜的显微硬度高．ＸＰＳ，ＴＥＭ和ＡＥＳ分析表明后者硬度低的一个重要原因是ＣＨ_４离子束轰击引入过量的自由碳原子．     

离子束辅助沉积合成B—N薄膜的分析

用离子束辅助沉积(IBAD)技术合成氮化硼薄膜,红外吸收谱和透射电镜的观测结果显示,薄膜含有c—BN和h—BN相薄膜Knoop硬度值高达35GPa。逐层剥离的AES谱结果表明,薄膜表面存在氮离子的注入效应,薄膜由注入层、成分均匀层和离子束混合过渡层组成     

PREPARATION OF B-N FILMS BY ION BEAM ASSISTED DEPOSITION

BN films,synthesized by ion beam assisted deposition,were analysed by RBS,AES,IR spectra and TEM.Formatiom of c-BN phase was shown not only by IR spectra atabsorption peak of 1100 cm~(-1),but also by electron diffraction pattern.The results ofAES demonstrate an effect of N~+ implantation near the film surface.The deposited filmsconsist of three layers,i.e.,ion implantation layer,film layer and mixed intermediatelayer,according to the difference of concentration.The micro-Knoop hardness of the film is25—35 GPa.     

轴对称磁场对电弧离子镀TiN薄膜结构及摩擦性能的影响

利用轴对称磁场增强电弧离子镀工艺制备TiN薄膜,对薄膜表面大颗粒尺寸、数量及大颗粒与薄膜的面积比进行了分析统计,研究了轴对称磁场横向分量强度对薄膜表面大颗粒尺寸和数量、薄膜组织结构及摩擦性能的影响,结果表明,随着轴对称磁场横向分量强度的增加,大颗粒的尺寸和数量大幅度减少,不同尺寸大颗粒的形貌差别很大,TiN薄膜的(111)择优取向增强,薄膜的晶粒尺寸减小且分布均匀:同时,薄膜的摩擦系数及其随时间的波动减小,耐磨性增强.     

离子束增强沉积合成氮化钛薄膜的计算机模拟SCIEI

本文建立了一个适用于描述离子束增强沉积(Ion Beam Enhanced Deposition,即IBED)过程的Monte-Carlo计算机模拟程序。程序由离子注入计算和蒸发沉积计算两大部分组成。离子注入计算以二体碰撞近似为基础,以随机固体为靶模型,对入射离子和所有反冲原子的力学运动进行跟踪。程序中考虑了沉积原子对靶室中某些残余气体分子的吸附;还表达了靶的组份及密度在IBED过程中的不断变化,从而实现了靶的动态化。该程序可以提供IBED薄膜组份的深度分布、界面混合以及能量沉积等信息。计算结果表明,在IBED氮化钛薄膜中,Ti沉积速率对薄膜组份有很大影响。当沉积速率较低时,薄膜组份基本与注入离子和沉积原子的到达率比(N/Ti)无关。膜与基体间的混合层厚度随离子原子到达率比(N/Ti)增加而增加。计算结果与实验测试结果符合很好。