氮气流量对类富勒烯碳氮薄膜结构及力学性能的影响

目的在9Cr18钢表面制备类富勒烯碳氮薄膜,提高9Cr18钢表面强度。方法采用非平衡直流磁控溅射技术,在沉积温度为300℃的Ar和N2混合气氛中溅射C靶,制备类富勒烯CNx薄膜。利用XPS、Raman光谱、SEM研究了类富勒烯CNx薄膜的微观结构,利用纳米压痕仪和球盘摩擦试验机研究了CNx薄膜的力学性能和摩擦学性能。结果类富勒烯CNx薄膜中存在sp2 C—C、sp2 N—C和sp3 C—N化学键,类富勒烯结构的CNx薄膜的ID/IG比值较高且G峰向低峰位移动。随着氮气流量的增加,薄膜的硬度和弹性恢复系数先增大后减小,薄膜的硬度和弹性恢复系数越高,其磨损率越低。结论氮气流量为10 m L/min时制备的CNx薄膜具有较高的硬度和弹性恢复系数以及较低的摩擦系数和磨损率。在9Cr18钢表面制备类富勒烯碳氮薄膜能显著提高其表面强度。     

磁控溅射ZrAlCuN薄膜的微观组织与力学性能

采用磁控溅射技术制备不同原子比的ZrAlCuN薄膜。采用场发射扫描电镜(FESEM)观察截面形貌,高分辨透射电镜分析微观组织结构,纳米压入法测定薄膜的硬度,压入法(维氏压头)测定薄膜的韧性。结果表明:Zr0.36Al0.15Cu0.01N0.48薄膜截面呈纳米尺度柱状晶,沿沉积方向生长,仅存在[111]、[200]、[220]、[311]取向的5~10nm ZrN晶粒,未发现AlN及Cu独立相,硬度约41.7GPa(载荷10mN),弹性模量约257.8GPa。Zr0.29Al0.24Cu0.08N0.39薄膜呈纳米尺度柱状晶,存在10~20nm ZrN纳米晶以及Cu[111]纳米晶,硬度约27GPa(载荷10mN),弹性模量约225.8GPa。由于前者具备较高的硬度/弹性模量比,从而表现出较好的韧性。     

磁控溅射沉积钌薄膜的微观结构及生长过程

采用射频磁控溅射,通过改变基底温度、溅射时间、基底形貌,制备不同参数的钌薄膜。结果表明,该工艺制备的钌薄膜均没有明显的择优取向。随着溅射温度的升高,薄膜的致密性不断提高,表面由平整向起伏型结构转变,晶粒尺寸出现先增大后减小的趋势。随着溅射时间的增加,晶粒尺寸小幅增加,晶粒由圆形状演变为致密的长条状。在表面形貌较平坦的基底上更易获得光滑而致密的钌薄膜。在此基础上,研究并讨论了不同基底形貌上钌薄膜的生长方式。     

Ti-Al-Si-N多层梯度涂层的微观结构及力学性能研究

目的 分析Ti-Al-Si-N多层梯度涂层微观结构特征和力学性能,得到涂层强化机制.方法 采用阴极电弧离子镀镀膜工艺,使用4个靶材交替沉积的方式,分别在高速钢和Si基底上制备Ti-Al-Si-N多层梯度涂层.采用X射线衍射仪(XRD)、高分辨透射电镜(HRTEM)和纳米压痕仪对Ti-Al-Si-N多层梯度涂层晶相组织、...     

直流、射频磁控溅射制备钌薄膜的微观结构及电学性能分析

为了探索直流和射频磁控溅射制备钌薄膜的微观结构及性能差异,进而指导薄膜制备工艺优化。采用直流和射频磁控溅射法在SiO2/Si(100)衬底上沉积不同时间和温度的钌薄膜;通过高分辨场发射扫描电镜、X射线衍射仪、原子力显微镜、四探针等方法研究不同溅射电源下制备的钌薄膜的微观结构和电学性能。结果表明,在相同溅射条件下,DC-Ru薄膜的结晶性优于RF-Ru薄膜;其厚度大于RF-Ru薄膜,满足tDC≈2tRF;其沉积速率高于RF-Ru薄膜,满足vDC≈2vRF。然而,其电阻率却高于RF-Ru薄膜,这主要得益于RF-Ru薄膜的致密度较高,从而降低了电子对缺陷的散射效应。     

NiTi形状记忆薄膜的力学性能

利用直流或射频磁控溅射法溅射沉积非晶ＮｉＴｉ合金薄膜,研究了５５０℃晶化热处理０．５ｈ的５１．６％ＮｉＴｉ形状记忆薄膜的力学性能。弯曲和拉伸实验结果表明：自由状态的ＮｉＴｉ薄膜具有良好的形状记忆效应。形状记忆的恢复率几乎接近１００％。与相同组分和相同热处理条件下的块体合金材料的形状记忆性能的实验数据相比较是相当的。     

高功率脉冲磁控溅射管内壁沉积Cr薄膜结构及性能

由于管腔空间限制,物理气相沉积领域中管内壁沉积薄膜的均匀性和质量有待研究和改善。采用高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS)在直径40 mm、长度120 mm的20#碳钢管内表面进行Cr薄膜沉积,并探究管内不同位置沉积Cr薄膜的结构和力学性能。采用SEM分析薄膜的截面形貌和厚度变化,采用AFM分析薄膜的表面形貌和表面粗糙度变化,采用XRD分析薄膜的晶相结构和晶粒尺寸,采用球-盘式旋转摩擦磨损试验机对薄膜的耐摩擦磨损性能进行测试。结果表明,随着管内深度的增加,距管口距离为15 mm(位置1)、45 mm(位置2)、75 mm(位置3)和105 mm(位置4)位置的膜层厚度分别为1 690 nm、827 nm、210 nm和0 nm。从位置1到位置3,所沉积的Cr薄膜表面粗糙度由12.6 nm下降到4.8 nm,晶粒尺寸由15 nm增加到38 nm,摩擦因数由0.68上升到0.89。     

高熵合金薄膜微观结构与摩擦学性能的研究综述

在机械系统运行中存在的摩擦磨损问题直接影响系统的工作效率、运行可靠性和使用寿命。如何降低摩擦磨损对机械系统运行的影响至关重要。通过特殊的表面处理工艺在关键工件表面沉积耐磨损、自润滑的薄膜在众多的减摩降损方法中效果突出。相较于传统薄膜,高熵合金薄膜具有独特的微观结构和优异的力学性能,在摩擦领域表现出极佳的发展潜力。概述了近年来有关高熵合金薄膜的研究进展。首先介绍了高熵合金薄膜的基本概念和制备方法,论述了这些制备方法的原理、优缺点和适用领域。其中,通过磁控溅射法制备的高熵合金薄膜的表面光滑致密、成分均匀性好、膜基结合强度较高、组织结构可控,该方法已成为高熵合金薄膜最常用的制备方法。重点论述了采用磁控溅射法来调节元素组分、工艺参数、界面结构对高熵合金薄膜的微观结构和摩擦性能的影响,并从耐磨损性和减摩自润滑性等方面分析改善高熵合金薄膜摩擦学性能的关键因素。高熵合金薄膜具有硬质的组织结构、表面光滑致密、膜基结合牢固等特点,这是提升耐磨损性能的关键。通过复合自润滑相或氧化磨损诱导生成致密的润滑膜,可显著改善其减摩性能。总结了目前研究中存在的问题和不足,并就未来高熵合金薄膜在摩擦领域的研究方向进行了展望。     

钛和碳含量对过饱和固溶铝基薄膜微观结构和力学性能的影响

研究了钛和碳含量对过饱和固溶铝基薄膜微观组织和力学性能的影响。结果表明,随着钛和碳元素含量的增加,过饱和固溶铝基薄膜的表面硬度先增加后减小。当钛和碳总含量为6.8%时,其表面硬度达到最大值,为7.1 GPa。     

沉积参数对磁控溅射沉积Ti-B-C薄膜力学性能的影响

采用Ti/B4C复合靶作为靶材,通过磁控溅射方法沉积了成分、结构可调的Ti-B-C薄膜。利用X射线光电子能谱(XPS)和X射线衍射(XRD)分析了Ti-B-C薄膜的成分和结构,利用纳米压痕法测量了Ti-B-C薄膜的力学性能。结果表明,励磁线圈电流改变会影响薄膜的成分和结构,沉积温度改变对薄膜的成分无明显影响,但会影响薄膜结构,溅射电压改变对薄膜的成分和结构均无明显影响。薄膜的力学性能是薄膜中内应力和晶态硬质相含量综合作用的结果。通过调整沉积参数以及热处理条件,可以获得性能优异的Ti-B-C薄膜。     

金属表层梯度微结构对力学性能和裂纹扩展的影响

表层梯度结构广泛应用于工程材料,经表面强化技术处理后,零件表层结构呈梯度分布,可以改善零件的服役能力.综述了金属表层梯度微结构对力学性能和裂纹扩展的影响,从微观结构和力学性能的角度,结合非均匀材料中裂纹的扩展行为,考虑了微结构和力学性能之间的相互影响规律,分析了梯度结构中影响裂纹扩展的因素.经表面强化后,材料表面晶粒细...     

VAlSiN 硬质涂层的结构与机械性能

目的研究Si的掺入对VAlN硬质涂层机械性能的影响行为。方法利用双靶(V50Al50靶与Si靶)磁控溅射沉积技术,保持V50Al50靶的功率为一定值,通过控制Si靶的功率,获得Si含量不同的VAlSiN硬质涂层,分析涂层的成分、相组成、硬度及耐磨损性能。结果 Si在涂层中以Si3N4非晶相存在,Si3N4起到细化晶粒的作用,少量Si的掺入可使涂层的硬度与耐磨性能得到提升。但当Si大量掺入后,Si3N4非晶相成为涂层中的主相,导致涂层的硬度与耐磨性能出现下降。结论少量Si的掺入有益于VAlN涂层机械性能的提升。     

Si����ע���TiN��Ĥ��΢�۽ṹ����ѧ���ܵ�Ӱ��

采用MEVVA离子源技术对由磁过滤阴极真空电弧沉积的TiN薄膜注入不同剂量的Si元素,利用XPS和纳米硬度仪表征Si离子注入后化学成分、元素键合状态以及硬度的变化。结果表明,Si离子注入后,薄膜表面硬度得到提高,5×1016 ions/cm2的样品硬度峰值从27.18GPa增加到39.85GPa,随着注入剂量的增加,纳米硬度峰值有下降的趋势,1×1017 ions/cm2的样品硬度峰值为33.27GPa,但表面改性层的深度增加,纳米硬度在一定的深度范围内得到了整体的提高。离子注入使薄膜表面层的弹性模量显著提高,表层弹性模量随注入剂量的增加而提高。并且由于Si元素的注入,形成了新的微结构相Si3N4,新相的含量与注入剂量有关。     

Mechanical Properties and Microstructure of VPS and HVOF CoNiCrAlY Coatings

In this study, high velocity oxy-fuel (HVOF) and vacuum plasma spraying (VPS) coatings were sprayed using a Praxair (CO-210-24) CoNiCrAlY powder. Free-standing coatings underwent vacuum annealing at different temperatures for times of up to 840 h. Feedstock powder, and as-sprayed and annealed coatings, were characterized by scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), and x-ray diffraction (XRD). The hardness and Young’s modulus of the as-sprayed and the annealed HVOF and VPS coatings were measured, including the determination of Young’s moduli of the individual phases via nanoindentation and measurements of Young’s moduli of coatings at temperatures up to 500 °C. The Eshelby inclusion model was employed to investigate the effect of microstructure on the coatings’ mechanical properties. The sensitivity of the mechanical properties to microstructural details was confirmed. Young’s modulus was constant up to ~200 °C, and then decreased with increasing measurement temperature. The annealing process increased Young’s modulus because of a combination of decreased porosity and β volume fraction. Oxide stringers in the HVOF coating maintained its higher hardness than the VPS coating, even after annealing.     

溅射技术对TiN涂层结构和力学性能的影响

目的 沉积条件对Ti N涂层的组织结构和力学性能有着至关重要的影响,而溅射技术又决定了涂层的沉积条件,探究不同溅射技术对Ti N涂层的微观组织结构和性能的影响,提高Ti N涂层的力学性能和高温摩擦磨损性能。方法 采用不同的溅射技术(dcMS、Hi PMS、Hybrid)在M2高速钢表面沉积Ti N涂层,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、sin²ψ法、纳米压痕仪、洛氏压痕法、划痕法和CSM球盘式摩擦试验机分别测试了Ti N涂层的组织结构特征、沉积速率、残余应力、纳米硬度、膜基结合力和高温摩擦磨损性能。结果 不同溅射技术制备的Ti N涂层均为柱状晶结构和Ti N (111)择优取向。HiPIMS-TiN涂层具有最高的纳米硬度(29.7GPa)和最低的膜基结合力(HF2),而Hybrid-TiN涂层呈现出最小的残余应力、高沉积速率和高膜基结合力,其膜基结合力达到HF1级,临界载荷(Lc2)达到82.5 N。不同溅射技术制备的Ti N涂层的摩擦因数均随着温度的升高而降低,在500℃时,Ti N涂层的摩擦因数约为0.53。Ti N涂层的磨损率随着温度的升...     

CrAlN纳米梯度涂层的组织结构与性能研究

目的 研究Al靶功率对CrAlN纳米梯度涂层组织结构和力学性能的影响.方法 采用磁控溅射与电弧离子镀复合技术,通过保持Cr靶电流不变、Al靶功率线性增加(0.6～2.2、0.6～2.4、0.6～2.6 kW)的方法,制备了三种不同表面Al含量的CrAlN纳米梯度涂层.利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、纳...     

电刷镀多层复合镀层的应用研究

用电刷镀研制具有层状结构的Ni-Cr2O3复合电刷镀层，采用碱铜层作为中间过渡层；研究了多层复合镀层的组织，显微硬度以及耐磨性等性能，对电刷镀多层复合镀层工艺进行了实际应用研究，结果表明，多层Ni-Cr2O3复合电刷镀层与Ni镀层相比具有较高的显微硬度，细小的结晶晶粒和较耐磨性，层状的复合镀层结构会导致磨损机理的变化，该工艺可用于大型机械设备现场不解体修复。     

Microstructure and Properties of Homogeneous and Gradient Ti(C,N) Coatings

The microstructure and properties of homogeneous and gradient Ti(C, N) coatings synthesized using magnetron sputtering technique were investigated using x-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), secondary ion mass spectroanalyzer (SIMS), nanoindentation, and cutting tests. The results have shown that the coatings between homogenous and gradient Ti(C, N) are face centered cubic structure and show the columnar crystallites. The homogeneous Ti(C, N) exhibits higher nanohardness compared to the gradient Ti(C, N) coating. Moreover, the homogeneous Ti(C, N) coated inserts behave better wear resistance in continuous turning but worse properties in interrupted cutting.