不同弧源电流TiN薄膜的表面形貌及其摩擦学性能研究

本文使用AIP-01型国产多弧离子镀膜设备,采用不同的弧源电流在不锈钢衬底及Si片上制备了TiN薄膜,对其硬度、表面形貌以及摩擦系数等进行了测试,从电弧沉积的物理机制角度详细分析了弧源电流对TiN薄膜表面熔滴的影响,结果表明:随着弧源电流的增大,薄膜沉积速率增大、硬度提高,但薄膜表面熔滴(MP)数量增多、尺寸变大,表面粗糙,摩擦系数增大,因此控制最佳弧源电流来获得最好的薄膜性能是离子镀TiN薄膜的关键问题之一.     

不同摩擦副条件下二硫化钼薄膜的摩擦学性能研究

为了研究MoS₂-Ti薄膜与9Cr18钢、W-DLC和DLC薄膜的摩擦学行为，分别采用磁控溅射技术和等离子体增强化学气相沉积技术在9Cr18钢表面沉积了MoS₂-Ti薄膜、W-DLC和DLC薄膜。用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)研究了薄膜的表面形貌、化学成分和相组成。利用纳米压痕仪和球-盘摩擦试验机对不同薄膜的纳米硬度和摩擦学性能进行了分析。研究结果表明，MoS₂-Ti薄膜与DLC薄膜的摩擦因数和磨损率最小。相比MoS₂-Ti薄膜与不镀膜的9Cr18钢球摩擦副，MoS₂-Ti薄膜与W-DLC薄膜摩擦副的摩擦因数和磨损率没有减小。MoS₂-Ti薄膜与W-DLC薄膜摩擦副的磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损，与DLC薄膜摩擦副的磨损机制为黏着磨损。摩擦副表面沉积DLC薄膜有助于降低MoS₂-Ti薄膜的摩擦因数和磨损率。     

在室温条件下制备高质量纳米结构TiN薄膜研究

在室温条件下,利用磁过滤等离子体在单晶硅和不锈钢表面上制备了性能优异的纳米结构TiN薄膜.运用原子力显微镜和掠角入射X射线衍射仪对其结构与形貌进行了表征,利用纳米压痕仪测量了TiN薄膜的硬度和弹性模量.结果表明:TiN薄膜表面光滑,致密,无柱状晶;TiN晶粒的平均尺寸为50nm,薄膜硬度达50 GPa,是传统CVD和PVD技术沉积氮化钛的两倍多;XRD衍射试验表明,纳米TiN的衍射角都普遍向小角度移动,TiN晶粒沿(111)择优生长.     

TiN/H-DLC薄膜的制备及其性能研究

为了探究用复合技术制备的DLC复合薄膜的力学性能和耐腐蚀性能,采用多弧离子镀(MAIP)和非平衡磁控溅射技术(UBMS)分别在316L不锈钢基底上沉积了H-DLC、TiN和TiN/H-DLC薄膜.采用三维轮廓仪、扫描电镜以及拉曼光谱分析薄膜的形貌和微观结构,采用纳米压痕仪、划痕仪、CSM摩擦试验机和电化学工作站表征了薄...     

新兴学科—薄膜摩擦学

流体润滑剂作为真空状态下运动部件的润滑受到限制，本文简述了一门新兴学科——薄膜摩擦学     

阴极电弧沉积TiN薄膜研究

对真空阴极电弧沉积TiN装饰膜的沉积工艺和膜层性能的关系进行了研究。结果表明:适当选择N_2分压和负偏压对于改善基体表面离子轰击清洗效果、减少液滴分布、保证膜层颜色和提高膜层耐蚀性至关重要。另外,X射线织构分析表明:(220)织构随负偏压加大而增加,而(111)织构则随N_2分压增大而增加,这可由离子轰击诱导织构效应解释。     

离子束增强沉积TiN薄膜的研究

利用多功能离子束增强沉积设备，采用三种不同工艺方法制备TiN薄膜，并对制备的TiN薄膜进行了AES，XPS，XRD，RBS和TEM等分析。结果表明：所制备的薄膜都有很好均匀性，TiN薄膜处在压应力状态；在溅射沉积的同时，在0～20keV范围内，N 和Ar 离子的轰击使得TiN薄膜的生长呈现不同择优取向；随着N 离子轰击能量的增加，制备的TiN薄膜的晶粒增大。     

类金刚石薄膜的摩擦学特性及磨损机制研究进展

类金刚石薄膜已显示了重要的摩擦学应用价值,其中化学气相沉积的类金刚石薄膜(DLC)具有膜层致密、厚度均匀、摩擦学性能优良等特点成为广泛采用的一种沉积方法.本文介绍了气源成分、基体材料、摩擦环境、摩擦对偶、载荷及速度对化学气相沉积制备类金刚石薄膜的摩擦学特性的影响,概述了其摩擦磨损机理,同时探讨了进一步研究工作的方向.     

纳米结构TiN薄膜的制备及其摩擦学性能

在室温条件下,用磁过滤等离子体装置在单晶硅基底上制备了纳米结构TiN薄膜分析了薄膜的表面形貌、晶体结构,测量了TiN薄膜的硬度,研究了基底偏压对薄膜结构性能的影响.结果表明,用此方法制备的TiN薄膜表面平整光滑,颗粒尺寸为50～80 nm;随着基底偏压的增大薄膜发生(111)面的择优取向随着偏压的提高,薄膜的颗粒度稍有增大,摩擦系数增大,偏压提高,晶面在较密排的(111)面有强烈的择优取向,硬度也有所增大.在其它条件相同的情况下载荷越大,摩擦系数越大.不起用磁过滤等离子体法制备的纳米结构TiN薄膜具有较低的摩擦系数(0.14～0.25).     

离子束流密度和基底温度对TiN纳米薄膜性能的影响

采用低能离子束辅助沉积技术在Si片上制备了TiN纳米薄膜.考察了离子束流密度和基底温度对薄膜性能的影响.研究表明:随着离子束流密度的增大,TiN薄膜的纳米硬度上升,膜基结合力变化不大,薄膜的耐磨性获得了很大改善;制膜时的基底温度升高,薄膜的硬度也会上升,但膜基结合力下降,摩擦系数增大,薄膜的耐磨性下降.     

温度对磁控溅射氮化钛薄膜光学性能的影响

本文采用能量过滤磁控溅射技术(Energy Filter Direct Magnetron Sputtering,EFDMS),通过改变沉积温度在玻璃衬底上制备了一系列TiN薄膜.利用XRD进行了物相鉴定,使用分光光度计、椭圆偏振光谱仪和四探针电阻仪测试了TiN薄膜的光学性能.结果表明:制备的TiN薄膜为多晶态立方结构TiN,且随着衬底温度的升高,薄膜结晶性提高,在近红外区的反射率显著上升,可见光区的透光率有所下降,同时,薄膜的禁带宽度变宽,折射率减小,消光系数升高.     

Microstructural characteristics and mechanical properties of magnetron sputtered nanocrystalline TiN films on glass substrate

Nanocrystalline TiN thin films were deposited on glass substrate by d.c. magnetron sputtering. The microstructural characteristics of the thin films were characterized by XRD, FE-SEM and AFM. XRD analysis of the thin films, with increasing thickness, showed the (200) preferred orientation up to 1·26 μm thickness and then it transformed into (220) and (200) peaks with further increase in thickness up to 2·83 μm. The variation in preferred orientation was due to the competition between surface energy and strain energy during film growth. The deposited films were found to be very dense nanocrystalline film with less porosity as evident from their FE-SEM and AFM images. The surface roughness of the TiN films has increased slightly with the film thickness as observed from its AFM images. The mechanical properties of TiN films such as hardness and modulus of elasticity (E) were investigated by nanoindentation technique. The hardness of TiN thin film was found to be thickness dependent. The highest hardness value (24 GPa) was observed for the TiN thin films with less positive micro strain.     

加载参数对TiN涂层摩擦磨损行为的影响

TiN薄膜广泛应用于低速轴承、钟表齿轮等环境中,而微载、低速条件下TiN薄膜的摩擦学特性是其重要服役性能之一.采用球盘式干滑动摩擦磨损试验机,研究了多弧离子镀TiN薄膜在微载、低速条件下的摩擦磨损特性.研究表明:在本试验范围内,薄膜的摩擦系数随着载荷的增加而升高,磨盘转速和转动半径对摩擦系数基本没有影响;载荷、磨盘转速的升高缩短了材料的磨合时间,而转动半径的增加延长了磨合距离.磨损以对磨钢球的犁削磨损为主,磨损体积随转动半径的增加而增加.     

TiN薄膜的循环制备和电学性质

用金属有机物化学气相淀积（Metal Organic Chemical Vapor Deposition,MOCVD）制备了TiN薄膜,通过不同循环制备的、厚度相同的平面薄膜电阻率的比较研究了TiN薄膜的电学性质．结果表明,多次循环会引入界面而增大电阻率,与薄膜成分和微结构分析的结果一致．得到了单循环的最优厚度以使样品电阻率最低．通过相同循环、不同厚度样品在真实器件中电学性能的比较,发现介窗（Via）直径越小,TiN薄膜对介窗电阻的影响越大．     

镍基合金基体上离子镀TiN薄膜的制备及性能

在镍基合金Inconel 740H基底上通过多弧离子镀制备Ti N薄膜.控制温度、气体流量、过渡层成分等重要参数,研究其对Ti N薄膜的表面形貌、力学性能以及耐腐蚀性的影响.多弧离子镀沉积过程中,沉积温度分别为200、250、300℃;过渡层成分分别为Al、Cr、Ti;气体流量分别为Ar 5 Sccm∶N240 Sccm,Ar 6 Sccm∶N248 Sccm,Ar 8 Sccm∶N264 Sccm.实验结果表明:在本实验的温度范围内,Ti N薄膜的致密度、结合力以及表面硬度均随着沉积温度的提高而提高;Cr作为过渡层的效果优于Al和Ti,薄膜成分均匀、表面致密,硬度更高,且耐腐蚀性能优异;在Ar、N2流量比一定的情况下,气体流量对Ti N薄膜的表面形貌和力学性能影响不大.本实验的最佳参数是:沉积温度300℃,过渡层成分为Cr,气体流量为Ar 6 Sccm、N248 Sccm.     

40Cr钢离子氮化与离子镀TiN复合涂层与苜蓿草粉之间的摩擦学特性

在橡胶轮磨料磨损实验机上考察了40Cr钢基体上离子氮化与离子镀TiN复合涂层在苜蓿草粉软磨料下的摩擦学特性。采用划痕法测定了涂层的结合力,利用XRD分析了涂层的相结构,应用扫描电子显微镜观察分析了涂层磨损表面形貌和磨损机理。结果表明:离子氮化与离子镀TiN复合涂层的膜基结合力和硬度均高于TiN涂层;其对于苜蓿草粉软磨料的耐磨性也高于TiN涂层和渗氮层;离子氮化过渡层能显著提高TiN涂层的膜基结合力并改善薄膜的韧性;涂层能有效限制硬质颗粒对基体的压嵌和切削。涂层在苜蓿草粉软磨料下的磨损机制既包括硬质颗粒磨料条件下的切削磨损,也包括软磨料条件下的多次塑性变形和周期疲劳磨损。涂层硬度和韧性的共增可以提高其对软磨料的耐磨性。     

油酸修饰纳米BN/TiN润滑添加剂的摩擦学性能研究EI北大核心CSCD

使用油酸对BN,TiN,BN/TiN纳米添加剂进行表面改性修饰,通过傅里叶红外光谱仪进行表征,利用四球摩擦磨损试验机考察润滑油纳米添加剂的摩擦学性能。结果表明:油酸成功枝接在纳米颗粒表面,提高其分散性能。与纯基础油相比,纳米添加剂工况摩擦因数降低11.7%,磨斑直径降低29.5%,磨斑表面未出现起皮脱落现象,沟槽深度、宽度明显降低,混合BN/TiN纳米添加剂表现出协同润滑作用。纳米BN,TiN颗粒能够进入摩擦副中,起到微轴承作用,降低摩擦磨损,进入摩擦副中的纳米BN与摩擦副基体材料发生化学反应,生成氮化硼、氧化硼、氧化铁等物质修复磨损表面。     

TiN/VCN多层膜的力学性能及摩擦磨损性能研究

采用多靶磁控溅射技术, 制备了TiN、VCN单层膜及调制比为1:1的系列调制周期的TiN/VCN多层膜。利用X射线衍射仪、纳米压痕仪、高温摩擦磨损测试仪和扫描电子显微镜研究了各种薄膜的微结构、力学性能及室温和高温摩擦磨损性能。研究表明: TiN/VCN多层膜以δ-NaCl面心立方结构为主; TiN/VCN多层膜的最大硬度值为28.71 GPa, 约为按混合法则计算所得理论硬度值的1.23倍, 并据此分析了TiN/VCN多层膜的致硬机理; TiN/VCN多层膜在室温下摩擦系数与TiN单层膜摩擦系数相近, 但当环境温度为700℃时, 摩擦系数约0.4, 较TiN单层膜(0.52)低。TiN/VCN多层膜室温和高温下的磨损率相比TiN单层膜减小了约3×10^-14 m³/(N·m)。从晶体化学和热测量方法角度讨论了TiN/VCN多层膜的Magnéli相V₂O₅的润滑机制。     

PBII制备TiNx/DLC多层膜的结构及摩擦学性能

采用等离子体基离子注入技术在30CrMnSi钢上制备了TiNx/DLC多层膜，通过X射线光电子谱和激光喇曼光谱测试分析了膜的结构特征，TiNx/DLC膜大气下的摩擦性能和在球盘式摩擦磨损试验机上进行。结果表明：DLC膜的结构强烈依赖于基权脉冲偏压，－5kV制得的DLC膜具有较多的C－H键结构，因而硬度最低，仅有8.3GPa；而-15kV的DLC膜由于含有较多的sp^3键，获得了最高的显微努氏硬度（23.6GPa)。DLC膜与GCr15钢球大气下的摩擦因数为0.17左右，其磨损性能由于TiNx，过渡层引入而显著提高。