磁控溅射制备内燃机用Ti600合金表面CrN/NbN涂层的性能表征分析

为了提高内燃机用Ti600合金表面性能,通过脉冲磁控溅射的方式在其表面制备CrN/NbN涂层,分析了涂层组织结构与电压、占空比的关系。研究结果表明:在CrN/NbN涂层内形成了许多柱状外形的组织成分,并且当占空比以及电压提高后,形成了致密度更大的CrN/NbN涂层。厚度随着占空比和电压的增加表现出明显的增加规律,在占空比10μs和电压400 V时,涂层厚度最大值12μm左右。随着占空比和电压的增加,硬度和弹性模量均表现出单调增加。在占空比10μs和电压400 V时,涂层硬度和弹性模量达到最大值,分别为35.6和31.7 GPa。随着占空比增加,残余应力表现出单调减小;随着电压的增加,残余应力表现出先减小后增加,最小值发生在电压380 V时。各涂层试样都产生了具有完整结构的压痕,没有发生膜与基体剥离的情况。随着占空比和电压进一步增大,在试样的压痕边缘部位产生环状分布的裂纹。     

X射线测量高速钢上不同厚度氮化钛涂层残余应力

采用多弧离子镀在AISIM2高速钢(HSS)上沉积了TiN硬涂层,试样中基体厚度为1mm,涂层厚度分别为3.0、5.0、7.0、9.0和11.0μm.应用X射线衍射(XRD)分析了TiN涂层中残余应力,测量了TiN(220)衍射晶面在五种不同倾斜角(Ψ=0°,20.7°,30°,37.8°和45°)下的X射线衍射峰.结果表明:在3～11μm涂层厚度范围内,TiN涂层中均表现出残余压应力且残余压应力值较大.TiN涂层中残余应力大致分布在-3.22～-2.04GPa之间,本征应力分布在-1.32～-0.14GPa,热应力约为-1.86～-1.75GPa.TiN涂层中残余应力值随涂层厚度变化是非线性增加的,随厚度增加表现出先增大后减小的变化趋势,多项式拟合后发现约在8.5μm厚时残余应力达到最大值.     

火焰喷涂NiCrBSi涂层的纳米力学性能

为揭示热喷涂涂层在不同尺度下的力学性能,在45钢基体上制备了平均厚度为750μm的火焰喷涂NiCrBSi涂层,利用纳米压痕技术研究了不同压痕深度下涂层表/截面力学性能、弹塑性和压痕变形行为。结果表明:涂层表/截面力学性能均呈现明显的尺寸效应,硬度、弹性模量、弹塑性随压入深度增加不断降低。涂层表面表现出高弹性,其压痕弹性功与总压痕功的比值ηIT在500nm深度内达到52%,而涂层截面为40%;涂层截面具有高硬度和高模量,其纳米硬度和弹性模量在2000nm深度内比涂层表面分别高28%和33%。涂层压痕变形表现为理想塑性、凹陷、凸起和裂纹等多种特征,随着压入深度增加,涂层表/截面弹塑性差异逐渐降低,并在2500nm深度同时下降到35%。涂层单一薄层结构在不同方向具有相同的硬度和弹性模量,但随压入深度增大,压头包含的涂层体积增大,相邻薄层,特别是孔隙、裂纹、层间边界等缺陷对涂层性能的影响逐渐增强,导致涂层表/截面硬度和弹性模量的差异性随压痕深度增加不断降低。     

不同厚度纳米Ti薄膜的力学性能

通过直流磁控溅射方法制备出四个不同厚度的纳米Ti薄膜,并分别采用纳米压痕仪、电子薄膜应力分布测试仪研究了Ti薄膜的力学性能和残余应力大小,结合分形维数方法和原子力显微镜对薄膜表面粗糙度和表面形貌进行了分析。实验结果表明:随Ti薄膜厚度的增加,薄膜晶粒尺寸逐渐增大,表面粗糙度和残余应力值随厚度的增加先增大后减小,而Ti薄膜弹性模量和硬度随薄膜厚度增加呈现出先减小随后增大的趋势。当薄膜厚度为600,2400,3600nm时薄膜中存在残余压应力,厚度为1200nm时存在残余拉应力,薄膜中残余应力分布最为均匀,但此时薄膜具有较低的硬度和弹性模量值。分析得出Ti薄膜中存在残余拉应力会使薄膜硬度和弹性模量值变小,残余压应力反之。     

V含量对磁控溅射CrAlVN涂层微观结构及力学和摩擦学性能的影响

采用磁控共溅射工艺在火炮身管PCrNi3Mo钢材料表面沉积了(Cr0.5Al0.5)1-xVxN(x=0%~10.6%,原子分数)涂层。利用电子探针显微分析仪(EPMA)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)对涂层的组成、微观形貌与相结构进行了表征,研究了V含量对涂层微观结构和形貌的影响。结果表明V的加入使得涂层中出现了CrVN新晶相,且随着V含量的增加CrVN特征峰越来越明显,晶粒簇尺寸减小,V元素起到了一定的细化晶粒簇作用。利用纳米压痕仪及摩擦试验机对涂层的硬度、弹性模量和摩擦系数进行了测试,研究了V含量对(Cr0.5Al0.5)1-xVxN涂层性能的影响。结果表明V含量在7.2%时涂层硬度和弹性模量达到最大值,分别为21.36GPa和297.8GPa;随着V含量的增加,涂层的摩擦系数逐渐减小,当V含量在10.6%时,涂层摩擦系数平均值为0.094,表现出良好的摩擦磨损性能。     

冷热复合处理对CrN涂层结构及力学性能的影响

为了改善CrN涂层的塑性变形能力，通过增强阴极弧磁控溅射技术在316L不锈钢上制备了CrN涂层。利用管式炉和液氮对CrN涂层分别进行冷处理、热处理以及冷热复合处理。通过X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)以及纳米压痕仪表征涂层在后处理前后的微观结构、形貌特征、残余应力及力学性能。结果表明：经过后处理的CrN涂层硬度均有小幅度降低，但其塑性变形能力均提高。其中，先热后冷复合处理几乎保持CrN涂层硬度不变(仅降低0.7%),同时提高了其塑性变形能力(提高3.1%),增强了其韧性。     

等离子喷涂纳米结构与传统结构热障涂层的残余应力对比研究

热障涂层的残余应力是影响其服役寿研究不多.在45钢基体上,用超音速火焰喷涂NiCocrAlY打底层,再用大气等离子喷涂ZrO2-8%(质量分数)Y2O3(8YSZ)工作层,制备了纳米结构与传统结构2种类型的热障涂层(TBC).采用SEM、XRD对这2种涂层的粉末及涂层进行了组织结构分析,用纳米压痕仪测得了2种涂层的弹性模量.用X射线衍射应力测试仪测得了2种涂层的表层残余应力.结果表明:喷涂工艺参数相同条件下,对于打底层及工作层的厚度均相同的2种涂层,纳米结构热障涂层的表层残余应力比传统结构热障涂层约低24.7%;相同打底层的纳米结构热障涂层表层残余应力随着陶瓷层厚度增加而增加,陶瓷层厚度在240 um以下时,表层为残余压应力;厚度超过300 um时,表层为残余拉应力.最后提出了相应的物理力学模型.     

N2流量对刀具硬质合金表面磁控溅射TiAlSiN涂层组织和摩擦性的影响北大核心CSCD

运用脉冲直流磁控溅射的方法在刀具硬质合金表面制备TiAlSiN复合涂层,实验测试N2流量对刀具硬质合金表面磁控溅射TiAlSiN涂层组织和摩擦性的影响。研究结果表明:TiAlSiN涂层出现TiSiN和AlN衍射峰。当N2浓度很高时,可以对晶粒生长起到阻碍作用,从而获得更加致密的组织结构。当设定较小N2流量时,涂层获得了最高硬度;当N2流量到达100 mL/min时,硬度提高到25.2 GPa,弹性模量保持稳定。随着N2流量的增加,涂层残余应力表现出增加,涂层结合力表现为先增大后减小。随着N2流量的增加,涂层摩擦系数表现出增加,磨损率表现出减小。在N2流量100 mL/min条件下,摩擦系数到达最大值0.55,磨损率到达最小值2.12。设定较低的N2流量,生成许多磨屑,形成犁沟;设定更高的N2流量,表现出更好的耐摩擦磨损性能。     

N_2流量对刀具硬质合金表面磁控溅射TiAlSiN涂层组织和摩擦性的影响

运用脉冲直流磁控溅射的方法在刀具硬质合金表面制备TiAlSiN复合涂层,实验测试N_2流量对刀具硬质合金表面磁控溅射TiAlSiN涂层组织和摩擦性的影响。研究结果表明:TiAlSiN涂层出现TiSiN和AlN衍射峰。当N_2浓度很高时,可以对晶粒生长起到阻碍作用,从而获得更加致密的组织结构。当设定较小N_2流量时,涂层获得了最高硬度;当N_2流量到达100 mL/min时,硬度提高到25.2 GPa,弹性模量保持稳定。随着N_2流量的增加,涂层残余应力表现出增加,涂层结合力表现为先增大后减小。随着N_2流量的增加,涂层摩擦系数表现出增加,磨损率表现出减小。在N_2流量100 mL/min条件下,摩擦系数到达最大值0.55,磨损率到达最小值2.12。设定较低的N_2流量,生成许多磨屑,形成犁沟;设定更高的N_2流量,表现出更好的耐摩擦磨损性能。     

退火对大厚度TiAlN涂层力学性能影响的研究

对不同温度真空退火的大厚度TiAlN涂层(厚度为65.3μm)的硬度、结合强度、残余应力、摩擦磨损等力学性能进行了系统的研究,以揭示真空退火工艺对大厚度涂层力学性能的影响规律。结果表明,随着退火温度增加,涂层应力得到释放,600℃退火后全膜厚平均应力降至-0.154 GPa,应力沿层深分布更加均匀,涂层硬度逐渐下降,但仍保持较高硬度值,膜基结合强度增强,磨损率略有上升。     

内燃机用Ti600钛合金表面阴极离子镀制备AlCrVN 涂层及其性能研究北大核心CSCD

选择阴极电弧离子镀方在内燃机用Ti600钛合金表面制备AlCrVN涂层,并进行组织,力学性能和实验冲蚀磨损性能测试分析。研究结果表明:涂层和基底之间具有均匀的致密组织结构,其厚度约等于4.5μm。AlCrVN涂层内除了含有AlN相以及CrN相以外, AlN相以(101)晶面进行择优生长。涂层内部形成了一些断续的小凹坑,并在小凹坑边缘位置出现一定数量的微裂纹,涂层发生了破裂的现象并生成了一些剥离微片。AlCrVN涂层具有比基体更高的硬度与弹性模量,这使得整体结构能够有效抵抗外部粒子的微切削冲击作用。经过480 s冲蚀之后,AlCrVN涂层形成了5.26μm深度的冲蚀坑。AlCrVN涂层在抗冲蚀磨损能力方面达到了基体材料的近9倍。经过垂直冲击后,试样基体表面形成了大量凹坑,表现出塑性冲蚀特征。     

过渡层特性对金刚石涂层残余应力影响的有限元模拟

采用热．力耦合有限元方法对包含过渡层的金刚石涂层一硬质合金基体内的残余应力进行了数值模拟，重点研究了过渡层的特性（弹性模量和热膨胀系数）对金刚石涂层的各应力分量沿界面的最大值的影响。结果表明，随着过渡层弹性模量的增加，径向应力和轴向应力在界面处的最大值均减小，而剪应力的最大值则增大；随着过渡层热膨胀系数的增加，上述各应力分量在界面处的最大值均增大；受过渡层特性影响最敏感的是剪应力。     

内燃机用Ti600钛合金表面阴极离子镀制备AlCrVN 涂层及其性能研究

选择阴极电弧离子镀方在内燃机用Ti600钛合金表面制备AlCrVN涂层,并进行组织,力学性能和实验冲蚀磨损性能测试分析。研究结果表明:涂层和基底之间具有均匀的致密组织结构,其厚度约等于4.5μm。AlCrVN涂层内除了含有AlN相以及CrN相以外, AlN相以(101)晶面进行择优生长。涂层内部形成了一些断续的小凹坑,并在小凹坑边缘位置出现一定数量的微裂纹,涂层发生了破裂的现象并生成了一些剥离微片。AlCrVN涂层具有比基体更高的硬度与弹性模量,这使得整体结构能够有效抵抗外部粒子的微切削冲击作用。经过480 s冲蚀之后,AlCrVN涂层形成了5.26μm深度的冲蚀坑。AlCrVN涂层在抗冲蚀磨损能力方面达到了基体材料的近9倍。经过垂直冲击后,试样基体表面形成了大量凹坑,表现出塑性冲蚀特征。     

8Cr4Mo4V钢表面减摩耐蚀涂层研究

为了提升8Cr4Mo4V钢表面的减摩耐蚀性能,利用真空磁控溅射镀膜技术,在单晶硅P(111)、8Cr4Mo4V钢表面分别制备了WCx和CrN/WCx2种涂层.采用扫描电子显微镜(SEM)观察了涂层截面形貌,采用UMT高温摩擦磨损试验机、台阶仪、纳米压痕仪、电化学工作站和盐雾试验机分别研究了8Cr4Mo4V钢和2种涂层的摩擦磨损性能、硬度和弹性模量、电化学腐蚀性能和耐盐雾腐蚀性能.结果 表明:涂层截面结构致密均匀,涂层的增加使8Cr4Mo4V钢的摩擦系数降低至0.20以下,磨损率降低2～3个数量级,纳米硬度提高3倍以上,弹性模量降低24％左右,电化学腐蚀降低1个数量级,耐盐雾性能明显提升,涂层起到了很好的保护基材的作用.     

热喷涂层残余应力影响因素的研究

采用盲孔法测量了Ni Cr Fe Mo涂层的残余应力,得出Ni Cr Fe Mo涂层的残余应力分布规律,并且从涂层的厚度与到边缘的距离两方面分析影响残余应力的因素。发现Ni Cr Fe Mo涂层的残余应力主要为压应力,应力值从中间向边缘处减小,而在涂层的边缘附近残余应力又增大;Ni Cr Fe Mo涂层的残余压应力随涂层厚度的增加而先增加后减小,在其中间的某厚度压应力达到最大值;试件尺寸的大小影响残余应力的变化范围。     

偏压对Cr-Si-N涂层的结构与性能的影响

Cr-Si—N涂层具有较高的硬度,良好的耐磨损抗氧化功能。本文采用磁控溅射沉积方法,以偏压为变量,在三种基片上制备Cr—Si—N涂层。本研究采用X射线衍射仪和扫描型电子显微镜表征偏压对Cr—Si-N涂层的结构的影响;采用纳米压痕仪、残余应力仪、摩擦磨损机等测试偏压对Cr-Si-N涂层的性能的影响。XRD结果显示,随着偏压增加,晶粒变小,并且衍射峰逐渐向小角度偏移。SEM结果显示,随着偏压从0增至-50 V,涂层的柱状晶结构趋于致密化。偏压为0 V,硬度是12.4GPa,偏压增至-50 V,硬度增至35.5 GPa,提高了近两倍。偏压对磨损量影响很小,在偏压为-10 V时,磨损率最小。     

试样倾斜对熔融石英硅三棱锥纳米压痕测试的影响

使用三棱锥压头对不同倾斜角下的熔融石英硅进行纳米压痕实验。结果表明,试样倾斜会影响加载曲线的形状。在相同的载荷下,随着试样倾斜角的增加,压痕最大深度、残余深度及接触深度逐渐减小,但卸载曲线不受影响,彼此保持平行,卸载曲线的拟合参数m及接触刚度值保持恒定。另外,试样倾斜将导致测量的压痕接触面积偏小,从而使得测量的硬度和弹性模量偏大。     

纳米压痕法测量残余应力的研究现状

概述了纳米压痕技术测量构件残余应力方面的理论知识,回顾了纳米压痕技术的测量原理,包括硬度、接触面积、接触刚度及弹性模量的计算。将纳米压痕测试计算残余应力的模型分为两大类,并重点对以载荷-位移曲线为依据推导出的残余应力计算模型(如Suresh、Lee、Swadener等模型)的分析过程以及它们在实际应用上的优缺点进行了介绍,同时展望了纳米压痕法测量残余应力未来的发展方向。     

大厚度TiAlN涂层力学性能的研究

采用电弧离子镀技术在不锈钢基体上制备了大厚度TiAlN涂层,并对大厚度涂层的力学性能进行了系统的研究。结果表明:梯度增加和循环增加N2流量制备大厚度涂层的厚度分别达到68.79μm和64.48μm,且涂层力学性能良好;大厚度涂层残余应力沿层深的分布,总体趋势从膜基界面向表面逐渐增大,全膜厚平均压应力低于1GPa,表面硬度近2000HV,循环大厚度涂层的膜基结合好于梯度大厚度涂层,而梯度大厚度涂层展现出更低的摩擦系数与磨损率。     

等离子喷涂热障涂层材料弹性模量与硬度的压痕测试分析

采用纳米压痕法,研究了经高温热循环处理后的等离子喷涂热障涂层材料弹性模量和硬度的抛物线式演变规律,并采用 Weibull统计分析方法对纳米压痕测试数据进行了处理和分析,提高了实验数据的可靠性.结果表明,经过高温热循环处理之后,不同位置处的热障涂层弹性模量和硬度都呈现出明显的各向异性分布.随着热循环次数的增加,涂层表面和...