TiAlN/TiN纳米多层涂层的高温稳定性研究

本文采用反应磁控溅射技术制备了TiAlN/TiN纳米多层涂层,利用XRD、SEM、TEM和纳米力学探针方法表征了多层涂层不同温度真空退火处理前后的微结构和硬度的变化。结果表明:随着退火温度的升高,沉积态TiAlN(4.5 nm)/TiN(1.5 nm)纳米多层涂层中TiAlN层和TiN之间的共格界面会逐渐转变为半共格界面,直至1 200℃时因原子扩散而变的模糊不清。退火过程中,TiAlN单层涂层和TiAlN/TiN纳米多层涂层由于其中TiAlN发生调幅分解析出c-AlN而使涂层硬度不断升高,超过一定温度c-AlN开始转变为h-AlN并导致涂层硬度迅速下降。当退火温度达到1 000℃后,TiAlN/TiN纳米多层涂层的硬度开始高于相应单层TiAlN涂层。相比于TiAlN单层涂层,TiAlN/TiN纳米多层涂层中的界面应变有助于抑制其中亚稳相c-AlN向稳定相h-AlN的转变,因而具有更好的高温稳定性。     

不同沉积温度下CrCN涂层的力学性能

使用磁控溅射技术在304不锈钢表面制备CrCN涂层,研究了沉积温度(200、250、300、350和400 ℃)对涂层结构及力学性能的影响。研究表明,沉积温度为250 ℃时,涂层的晶粒尺寸及表面粗糙度最大,但随着沉积温度的进一步升高,涂层的晶粒逐渐细化,表面粗糙度明显下降;同时涂层硬度伴随沉积温度的升高出现先增大后减少的趋势,沉积温度为350 ℃时,薄膜具有最高的硬度(22.85 GPa),抗弹性形变和抗塑性形变能力最好,体现出优异的力学性能。     

沉积温度对电弧离子镀AlCrSiN涂层的影响

目的 优化涂层制备工艺,改善AlCrSiN涂层的力学及摩擦性能。方法 采用可调节磁场强度的新型电弧离子镀技术,在不同沉积温度下研制AlCrSiN涂层。利用XRD及SEM分析AlCrSiN涂层的相结构、截面形貌,借助纳米压痕仪、划痕测试仪、高温摩擦磨损试验机以及台阶仪测试AlCrSiN涂层硬度、膜/基结合强度以及摩擦磨损性能。系统分析沉积温度对AlCrSiN涂层的成分分布、微观结构演变、力学性能的影响,并研究沉积温度对AlCrSiN涂层摩擦磨损性能的影响规律及磨损机制。结果 随着沉积温度逐渐升高,涂层吸附原子的活性增强,涂层沉积速率出现先上升、再下降的趋势。随着沉积温度升高,涂层中的Cr₂N相逐渐替代CrN相,且hcp-AlN相沿(11■0)晶面择优生长。各沉积温度下,AlCrSiN涂层均与单晶硅片基体表面结合良好,且具有良好的致密性。沉积温度的升高,增强了原子的扩散能力,致使晶粒尺寸增大。随着沉积温度升高,涂层的硬度及弹性模量均呈上升趋势,而H/E、H³/E*²均先升高、后降低,涂层膜/基结合强度逐渐增大。当沉积温度为3...     

磁过滤电弧离子镀制备TiAlN涂层的结构与性能表征

采用磁过滤电弧离子镀技术在高速钢基体上沉积TiAlN涂层。研究了N_2分压对TiAlN涂层的相结构、化学成分、力学性能、沉积速率、表面粗糙度、结合强度以及摩擦磨损性能的影响。结果表明,N_2分压的变化对涂层的结构与性能影响显著。随着N_2分压的增加,TiAlN涂层呈现(111)择优取向,其硬度最高可达34 GPa。涂层的沉积速率和表面粗糙度随着N_2分压的增大而逐渐降低。此外,由于大颗粒的去除使得涂层表面质量得到提升,所制备的TiAlN涂层均具有较低的摩擦系数(0.15~0.33),并且呈现良好的抗磨损性能,其最低磨损率为8.8×10~(-7)mm~3/(N·m)。     

基底材质对硅酸钠粘结 MoS2 润滑涂层摩擦学性能的影响

目的针对空间机械润滑处理的需求,研究硅酸钠粘结MoS2润滑涂层摩擦学性能。方法在几种不同材质基底的表面喷涂硅酸钠粘结MoS2润滑涂层,采用球盘摩擦磨损试验机研究其真空摩擦学性能和高温摩擦学性能,并利用红外光谱和扫描电镜对高温摩擦机理进行分析。结果几种基底表面润滑涂层的真空摩擦系数均低于0.1,且基底硬度越高,涂层的耐磨寿命越长,摩擦系数越低。在室温至300℃范围内,随温度的升高,涂层的摩擦系数先降低后升高,耐磨寿命先升高后降低。300℃时,涂层主要发生磨粒磨损。结论硅酸钠粘结MoS2润滑涂层能够用于经微弧氧化处理的铝合金基底表面,在200℃以下的大气环境和300℃氮气环境中的摩擦学性能优异。     

脉冲偏压占空比对电弧离子镀TiAlN涂层的影响

通过优化电弧离子镀工艺参数改善TiAlN涂层结构及性能对TiAlN涂层应用具有重要的实用价值。本文利用脉冲偏压电弧离子镀制备了TiAlN涂层,研究了偏压占空比对TiAlN涂层结构及性能的影响,结果发现：随着占空比增加,涂层表面缺陷密度和表面粗糙度先降低后增大,占空比为70%时,制备的涂层表面缺陷密度和表面粗糙度最低。随着占空比增加,涂层的硬度和耐磨性得到明显改善,但占空比超过50%后继续增加占空比反而降低了涂层的硬度和耐磨性。TiAlN涂层与Si3N4球对磨时的主要磨损机制为黏着磨损和氧化磨损。     

金属陶瓷多弧离子镀TiN/TiAlN涂层的结构与性能

采用多弧离子镀技术在Ti(C,N)基金属陶瓷基体上沉积了TiN/TiAlN涂层,通过扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、原子力显微镜等分析技术对其显微组织、成分、相结构、粗糙度及涂层与基体间的结合强度进行了分析.结果表明,多弧离子镀TiN/TiAlN涂层后试样的表面为金黄色,涂层光滑平整,其均方根粗糙度为20.6 nm,显微硬度达到2808 HK.TiN相和TiAlN相均存在强烈的(111)择优取向.Al的含量从涂层内部到表面逐渐增大,呈现梯度分布特征.TiN/TiAlN涂层与金属陶瓷之间的结合强度高达57.52 N.     

X12CrMoWVNbN10-1-1耐热钢表面电弧离子镀TiAlN涂层及其热震性能

运用电弧离子镀技术,采用独立的纯Ti和纯Al靶材在超超临界汽轮机叶片用X12CrMoWVNbN10-1-1耐热钢表面沉积TiAlN涂层。利用扫描电子显微镜和能谱仪等对涂层微观组织结构和成分等进行分析,并在室温到650℃温度区间测试涂层的抗热震性能。结果表明:TiAlN涂层表面光滑平整、均匀致密且无明显的空洞,涂层表面的Ti/Al原子比约为0.94;涂层的表面硬度值为1802HV0.1。经X射线衍射法分析,涂层表面的相为TiAlN相,具有(200)晶面择优取向;涂层在室温到650℃之间经受100次热震循环实验后,没有发生明显开裂,说明涂层与基体结合良好,但涂层表面出现一定程度的氧化现象。     

生物医用Ti6Al4V合金上电弧沉积TiAlN陶瓷涂层的表面、力学和体外腐蚀性能（英文）

研究在医用Ti6Al4V合金上采用阴极电弧蒸发沉积制备的纳米晶TiAlN涂层的表面特性和体外腐蚀性能。采用XRD和FE-SEM对其结构和表面形貌进行分析,采用显微压痕法表征其表面的显微硬度,在模拟体液和人工唾液中进行体外腐蚀实验。结果表明：与无涂层合金相比,沉积TiAlN涂层后合金的表面硬度提高,为44.4 GPa,弹性模量为419.9 GPa,塑性变形能力增强,润湿角由(70.61±1.25)°增大到(86.27±2.2)°。生物腐蚀实验表明,沉积TiAlN涂层后,Ti6Al4V合金的腐蚀电位显著正移约150 m V,腐蚀电流密度显著降低约一个数量级,电荷转移电阻提高,证明合金的耐腐蚀性提高。与无涂层的合金相比,沉积TiAlN涂层后合金的表面性能、力学性能和耐腐蚀性能均有所提高。     

基体偏压对TiAlN涂层性能的影响

基体偏压是多弧离子镀沉积TiAlN涂层工艺中的一个重要参数,它对涂层的结构以及涂层生长速度有重要影响.通过改变沉积过程中的基体偏压,发现TiAlN涂层表面熔滴的密度和直径随基体负偏压的增加而减小,涂层的显微硬度随着基体负偏压的增加而增加,孔隙率随着基体负偏压的升高而降低.     

沉积温度对高功率脉冲磁控溅射AlCrSiN涂层结构和性能的影响*

采用高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术在不同沉积温度下制备了Al-Cr-Si-N涂层。系统研究了沉积温度对涂层结构、成分、显微形貌、力学和摩擦学性能的影响。结果表明:随着沉积温度由100℃升至350℃,涂层内部开始由非晶向纳米晶转化,300℃时出现fcc-AlN相;涂层平整性和致密性逐步改善,膜/基结合强度逐渐提高,在300℃达到最大值77 N,但温度继续升高至350℃时,严重的轰击刻蚀作用使临界载荷骤降至25 N;涂层硬度逐渐增加,在350℃达到最大值19.4GPa;涂层内应力整体呈下降趋势,由–0.8 GPa逐渐降低至–0.4 GPa左右。     

TiAlN,TiAlSiN涂层的制备及其切削性能

目的研究TiAlN及TiAlSiN涂层的微观结构及力学性能,以及硬质合金涂层刀具切削SUS304不锈钢的切削性能及磨损行为。方法采用阴极电弧离子镀技术在硬质合金试片及铣刀上分别制备纳微米TiAlN及TiAlSiN涂层。通过X射线荧光测量系统测量涂层的厚度,用扫描电镜(SEM)观察涂层表面形貌,用能谱仪(EDAX)分析涂层元素成分,用X射线衍射(XRD)分析涂层晶相结构,用纳米压痕仪表征涂层硬度,用洛氏硬度计定性测量涂层结合力,通过高速铣削试验探究涂层刀具的切削性能及磨损行为。结果 TiAlN及TiAlSiN涂层的厚度分别为3.32μm和3.35μm,表面致密、光滑,高分辨率(20 000×)下观察到涂层表面有液滴、针孔及凹坑存在。Si元素促进了Ti N(200)晶相的生长,晶粒尺寸减小,硬度增加。TiAlN及TiAlSiN涂层的显微硬度分别为29.6 GPa及37.7 GPa,结合力分别满足VDI-3198工业标准的HF3和HF1等级。在130 m/min的高速切削条件下,TiAlSiN涂层刀具寿命约为未涂层刀具的5倍,TiAlN涂层刀具的1.5倍。结论 Si掺杂制备的TiAlSiN涂层具有高的硬度及良好的抗粘附性,更适用于不锈钢材料的高速切削加工。     

Deposition of thick TiAlN coatings on 2024 Al/SiCp substrate by Arc ion plating

Aluminum-matrix composites with particulate SiC ceramic reinforcements (Al/SiC_p) have received much attention for space and aircraft propulsion applications. It is imperative to deposit thick hard coatings on these composites for protection. TiAlN coatings with a Ti interlayer were deposited by arc ion plating (AIP) on 2024 Al/SiC_p substrates at various nitrogen flow rates. It was found that when the nitrogen flow rate is increased from 100 sccm to 250 sccm, the deposition rate decreases, the coating hardness increases and the adhesion strength decreases. Based on the above results and the principle of gradient materials, the thick gradient TiAlN coatings with a Ti interlayer were successfully deposited on a 2024 Al/SiC_p substrate to a thickness of 60 μm by continuously increasing the nitrogen flow rate during deposition. Such an achievement can be attributed to the gradient distribution of elements, hardness, and stresses across the coating thickness.     

Electrochemical evaluation of the corrosion protectiveness and porosity of vacuum annealed CrAlN and TiAlN cathodic arc physical vapor deposited coatings

The corrosion behavior of cathodic arc physical vapor deposited CrAlN and TiAlN coatings were examined in 1 M HCl solution before and after vacuum annealing at 700, 800, 900, and 1000 °C. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and potentiodynamic polarization (PDP) methods were used to study the corrosion behavior and porosity of the coatings in comparison with the bare steel substrate (304SS). Structural and mechanical characterization of the coatings were also conducted. It is found that with increasing annealing temperature, the mechanical properties of TiAlN increased due to age hardening caused by spinodal decomposition while the hardness of CrAlN decreased as result of relaxation. Similarly, EIS and PDP results revealed that the as‐deposited and annealed coatings offer higher corrosion resistance as compared to the bare 304SS substrate. The coatings susceptibility to corrosion is reduced after annealing as indicated by the increasing nobility of E_corr. Both PDP and EIS tests revealed that CrAlN coating annealed at 1000°C exhibited superior corrosion resistance properties. It is found that the reduced current density for CrAlN coating annealed at 1000°C was due to the reduction in the porosity. Annealed TiAlN coating follows similar behavior until an optimum annealing temperature of 800°C. Beyond this temperature, porosity enlargement and an increase in the number of pores subsequent to structural changes deteriorated the corrosion resistance of TiAlN coating.     

偏压对TiAlN涂层微观结构、力学和摩擦学性能的影响（英文）

采用磁过滤真空阴极弧在ZL109合金表面沉积由TiAl和TiAlN组成的TiAlN多层涂层,并系统研究偏压对涂层微观结构和性能的影响。结果表明,涂层具有以TiAlN相为主的多相结构。随着偏压的增大,由于原子迁移率和晶格畸变的增加,TiAlN择优取向由(200)晶面向(111)晶面转变。同时,涂层的硬度、弹性模量和附着力表现出相同的变化趋势,即先增大后减小。当偏压为75 V时,TiAlN涂层具有最高的硬度(～30.3 GPa)、弹性模量(～229.1 GPa)、附着力(HF 2)和最低的磨损率(～4.44×10^-5 mm³/(N·m))。与未涂覆ZL109合金相比,TiAlN涂层合金表面的力学和摩擦学性能得到有效提高。     

过渡层TiAlN的力学性能与微观结构对AlCrSiN涂层宏观力学性能的影响

AlCrSiN多元硬质涂层具有优异的力学性能,在刀具领域有广泛应用前景。然而,如何在基底上制备出力学性能优异的AlCrSiN涂层有待进一步研究。基于电弧离子镀技术,在硬质合金基底上沉积了不同Ti/Al原子比的TiAlN过渡层,并在其上沉积了AlCrSiN涂层,研究了过渡层TiAlN的微观结构(晶面取向、晶粒尺寸、致密度等)对功能层AlCrSiN力学性能的影响。Ti-Al-N固溶相的择优取向为(200)。随着Ti含量的增加,(200)衍射峰宽化,晶粒细化,致密程度提高,硬度增加。Ti/Al原子比为2.75时,TiAlN晶粒尺寸为9.549nm,其上制备的AlCrSiN硬度值达到3139.6HV,并且涂层与基底间的结合力高达92N。细化(200)取向的TiAlN过渡层晶粒可以有效提高其上AlCrSiN涂层的硬度以及涂层与硬质合金基底的结合力。研究成果对提高功能层AlCrSiN的力学性能及涂层刀具的寿命有一定的指导意义。     

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.     

TC4钛合金表面化学镀Ni-P合金耐磨层研究

利用化学镀方法在TC4钛合金表面成功制备结合力良好的Ni-P合金耐磨层,研究了提高镀层结合力的方法,结合SEM、XRD、EDS等现代物理分析方法分析了不同温度热处理后镀层的组织结构,从而建立不同热处理温度、镀层结构与镀层硬度和耐磨性能的关系。结果表明:二次浸锌活化方法和热处理能显著提高镀层与基体的结合强度,经600℃热处理后镀层结合力达到35N。基材的硬度HV为3780MPa,磨损量为9.6mg,镀态镀层的硬度HV为5760MPa、磨损量为7.7mg。随着热处理温度升高Ni3P相增多,该相的弥散分布使镀层硬度增加,最高硬度HV达到9790MPa,但400℃后硬度降低,这是由于Ni3P相随着热处理温度的继续升高而发生偏聚,使弥散强化程度下降;镀层的磨损量随着热处理温度的升高而减小,说明耐磨性能随着热处理温度的升高而增强,600℃热处理后,虽然镀层晶粒长大、粗化及镀层硬度降低,但此时镀层晶格的完整性最佳,镀层塑性和韧性提高,所以耐磨性能最好。     

(Ti,Al)N–Ni nanostructured coatings: Thermal stability,heat resistance,electrochemical behavior,and adhesive strength with a substrate

In this work, thermal stability and oxidation resistance at temperatures up to 800°C are studied for (Ti,Al)N–(8–10 at %)Ni coatings with a thickness on the order of 4 µm and a crystallite size below 20 nm, which have been prepared via ion–plasma vacuum arc deposition. The composition and structural characteristics of coatings remain stable during 1-h heating in vacuum of 10_–4 Pa at temperatures of 600 and 700°C. Heating at a temperature of 800°C leads to an increase in the crystallite size and a decrease in microstrains of a ceramic phase, which is accompanied by a reduction in the hardness of the coating from 51–53 to 31–33 GPa. The coatings are heat resistant up to 800°C and characterized by cohesive failure in scribing. The adhesive strength of coatings with a substrate exceeds 85 N. Studying electrochemical behavior reveals the high efficiency of (Ti,Al)N_0.87–Ni coatings in corrosion protection of cutting tools in acid and alkaline environments.     

氮含量对直流磁控溅射(TiAlTaCrZr)N涂层力学及钛合金切削性能影响研究

解决传统刀具耐磨涂层导热性差的问题。本文采用直流磁控溅射方法,在不同氮气流量下制备了(TiAlTaCrZr)N涂层,研究了不同氮含量对涂层微结构和硬度、结合力、导热等性能的影响。随着氮气流量的增加,涂层中N含量增加,涂层微观结构会由纳米晶向柱状晶转变。涂层的硬度从TiAlTaCrZr 涂层的11.0 GPa增加到5 SCCM氮流量时(TiAlTaCrZr)N 涂层的20.6 GPa。涂层在氮气流量为5 SCCM时膜基结合力可达到130 N以上,之后随着氮含量增加逐渐降低。(TiAlTaCrZr)N涂层的导热性均优于TiAlN涂层的导热性,但随着氮含量增加导热性降低。(TiAlTaCrZr)N涂层的高导热性、高结合力、高硬度等特性使其在钛合金高速切削时切削距离比TiAlN涂层提高175%,这为钛合金加工提供了一种新型耐磨涂层。