Effect of Sample Configuration on Droplet-Particles of TiN Films Deposited by Pulse Biased Arc Ion Plating

Orthogonal experiments are used to design the pulsed bias related parameters,including bias magnitude, duty cycle and pulse frequency,during arc ion deposition of TiN films on stainless steel substrates in the case of samples placing normal to the plasma flux.The effect of these parameters on the amount and the size distribution of droplet-particles are investigated,and the results have provided sucient evidence for the physical model,in which particles reduction is due to the case that the particles are ne...     

脉冲偏压电弧离子镀CrAlN薄膜研究

在高速钢和不锈钢基体上用脉冲偏压电弧离子镀技术制备了CrAlN薄膜,研究了脉冲偏压对薄膜成分、结构和性能的影响,并进行了900℃下的高温抗氧化性能检测。结果表明,薄膜中Al的相对含量随着脉冲偏压的增加而降低;薄膜的相结构由立方CrN和Al相组成;薄膜的硬度随脉冲偏压的增加而增大,在偏压幅值为-500 V时,硬度可达21.5 GPa;薄膜具有高达70 N的膜基结合力;此外,薄膜在900℃的大气中保温10 h,没有出现明显的氧化现象;在合成的三种薄膜中,在脉冲偏压为-500 V×40 kHz×40%时的薄膜具有最好的综合性能。     

脉冲偏压对电弧离子镀深管内壁沉积TiN薄膜的影响

用电弧离子镀设备,分别采用直流偏压和脉冲偏压的沉积工艺,在一端封口的50 mm×200 mm×5 mm的不锈钢深管内壁上沉积TiN薄膜,对薄膜的厚度、表面形貌、相结构、硬度和磨损性能等随管子深度的变化进行了对比测试.结果表明,两种工艺下薄膜的厚度、硬度以及耐磨性能都随管子的深度而下降,但与直流偏压相比,脉冲偏压能够提高薄膜厚度和硬度,减少大颗粒的尺寸和数量,提高耐磨性能;按照硬度不低于20 GPa的标准划分,脉冲偏压使镀膜深度提高了40%,即从直流偏压的50 mm提高到70 mm.     

脉冲偏压对电弧离子镀TiNbN硬质薄膜相结构的影响

用电弧离子镀设备,在其他工艺参数相同的条件下,通过仅改变脉冲偏压幅值的方法分别沉积TiNbN硬质薄膜,考察脉冲偏压对薄膜相结构的影响.结果表明,TiNbN硬质薄膜的相结构随脉冲偏压幅值的变化而变化:当幅值为-300 V时,得到TiN类型的(TiNb)N的固溶体;-600 V时,得到TiN和δ-NbN的混合相结构;而在-900 V时,则得到TiN和δ-NbN以及β-Nb2N三相混合结构.分析表明,脉冲偏压能够改变薄膜相结构,这与不同偏压提供的离子沉积能量,能够分别满足各个化合物生成自由能的热力学条件有关.     

脉冲偏压电弧离子镀制备C_(1-x-y)N_xZr_y超硬复合薄膜

用脉冲偏压电弧离子镀方法在保持石墨靶弧流恒定的条件下,通过同步改变锆靶弧流与氮流量,在硬质合金基体上制备了一系列不同成分的C1-x-yNxZry复合薄膜.随着锆靶弧流与N流量增加,薄膜中Zr与N含量都呈线性增加,同时C含量快速减少.Raman光谱显示所制备的薄膜具有DLC特征,而XRD结果显示薄膜中还存在有明显的ZrN晶体相,说明本实验所制备的薄膜属于在DLC非晶基体上匹配有ZrN晶体相的碳基复合薄膜.随Zr与N含量增加,薄膜硬度先增大后降低,当x=0.19,y=0.28时薄膜具有最高硬度值,为43.6GPa,达到了超硬薄膜的硬度值.     

电弧离子镀硬质梯度薄膜技术

电弧离子镀设备若具有必要的功能条件 ,就可用纯金属分离靶弧流控制技术来制取多元硬质梯度薄膜 ,本工作明确合成梯度薄膜的工艺原则 ,并以TiAl多层合金梯度薄膜和 (Ti,M)N(M为Zr ,Nb等元素 )硬质梯度薄膜为例 ,进一步展开说明该技术的工艺过程 ,对实际效果给予评定。结果表明 ,用电弧离子镀技术制备多元硬质梯度薄膜 ,具有操作简便、沉积速度快、成分调节范围宽等优点 ,为多元复合硬质薄膜的合金强化机制与结构优化研究 ,提供了关键的技术条件     

脉冲技术在离子镀膜中的应用机理和展望

脉冲电源技术因在等离子体镀膜中表现出增强离化、强附着、高效沉积和涂层光滑致密等特性而日益应用广泛。本文简述了脉冲电源技术在引弧、弧源和基体偏压等镀膜应用,从等离子体产生、传输过程及粒子沉积等全局出发,阐述了脉冲参数与弧斑运动、靶材利用率、离化状态(能量、比例和密度)以及涂层性能等因素间的作用机制,对比分析了脉冲与直流技术在电弧等离子镀膜中的优势和差异点。同时,提出了对现有脉冲技术仍需攻破批量稳定、弧源和偏压源参数匹配以及高能电磁干扰等技术应用难点,为拓展脉冲电源技术更广更深的应用提供较有益的理论依据和工艺参考方向。     

TC4钛合金表面电弧离子镀TiN/CrN纳米多层薄膜研究

用电弧离子镀技术在TC4钛合金基体上通过改变偏压制备了4组TiN/CrN薄膜,对薄膜的表面形貌、厚度、相结构、硬度、膜基结合力和摩擦系数等组织、性能进行了测试表征。结果表明,薄膜是由TiN相和CrN交替叠加构成的纳米多层薄膜,薄膜的调制周期为60 nm,总的厚度约为480 nm。与基体钛合金相比,镀膜后样品的表面性能与偏压幅值密切相关并有显著提高:显微硬度从基体的3 GPa提高到16.5~24.7 GPa;摩擦系数从基体的0.35大幅度降低到0.14~0.17;薄膜与基体结合牢固,膜基临界载荷在60~80N之间。经电弧离子镀TiN/CrN纳米多层薄膜处理后,TC4钛合金可以满足沙粒和尘埃磨损条件下的耐磨性能要求。     

电弧离子镀沉积TiC_x薄膜的结构和性能研究

采用脉冲偏压电弧离子镀沉积系统,在W6Mo5Cr4V2高速钢基体上制备出不同成分的TiCx薄膜。通过扫描电镜、X射线衍射、X射线光电子谱及拉曼光谱对薄膜的表面形貌和微观结构进行分析;采用纳米压痕和摩擦磨损试验来表征薄膜的力学性能。结果表明:所制备的薄膜为富碳TiCx薄膜,富碳成分均以非晶碳形式存在。随着非晶碳组分的增加,薄膜硬度和弹性模量逐渐降低,获得的最高值分别为36GPa和381GPa,同时薄膜的摩擦系数在0.2~0.3之间。     

电弧离子镀TiN涂层陶瓷刀片的力学性能和界面结构

采用电弧离子镀技术在氧化铝基陶瓷刀片表面沉积了ＴｉＮ涂层．结果表明：ＴｉＮ涂层陶瓷刀片的抗弯强度和Ｗｅｉｂｕｌｌ模数有较大的提高．扫描电子显微镜、Ｘ射线衍射、二次离子质谱分析表明：涂层表面平整光滑,为立方ＮａＣｌ结构,并且呈现出明显的（２２０）择优取向．涂层与基体结合紧密,两者存在着明显的元素扩散．     

C2H2／H2比率对铝合金上电弧离子镀类金刚石膜的结构和腐蚀性能的影响

本文研究了在2024铝合金衬底上，环境气氛中C2H2／H2比率对电弧离子镀沉积类金刚石膜层的结构和腐蚀性能的影响。Raman谱分析表明，随着C2H2／H2比率的降低，其D峰和G峰的强度比ID／IG值增加，这意味着膜层中sp^3／sp^2键比率减少，膜层的力学性能下降；同时，G峰的峰位向高波数方向移动，峰的半高宽变窄；D峰的峰位也在向高波数方向移动变化，但峰的半高宽变化相反，逐渐宽化。膜层可以进一步提高铝合金试样的抗腐蚀能力，从自腐蚀电位看，随着C2H2／H2比率的降低，膜层试样的抗腐蚀性能略逐渐增加。     

辉光弧光协同共放电方式制备TiN薄膜的研究

分别采用中频磁控溅射、电弧离子镀及辉光弧光协同共放电混合镀(APSCD)三种方式在碳钢基体上制备TiN薄膜,采用原子力学显微镜、显微硬度计、台阶膜厚仪、电化学技术对薄膜表面形貌、显微硬度、膜厚、耐腐蚀性进行测试.研究结果表明:多弧离子镀薄膜颗粒的平均粗糙度为7.066 nm,混合镀薄膜颗粒的平均粗糙度为4.687 nm,在相同时间条件下,磁控溅射薄膜厚度为658 nm,混合镀膜厚度为1345 nm,混合镀工艺具有降低多弧离子镀粗糙度又可以克服磁控溅射沉积速率慢的优点.经过混合镀TiN薄膜后,基体表面显微硬度从226HV提高到1238 HV,在天然海水中测得混合镀膜层腐蚀电位比基体提高104 mV.     

真空电弧镀沉积NiCrAlY涂层工艺

研究了真空电弧镀沉积ＮｉＣｒＡｌＹ涂怪工艺,对涂层成分的离析现象进行了分析,并且探讨了沉积工艺参数对涂层微观组织结构的影响,最后讨论了真空热处理对涂层与基体之间互扩散的影响     

反应磁控溅射离子镀氮化钛薄膜质量与工艺参数的关系

本文总结了影响反应磁控溅射离子镀氮化钛膜层质量的主要工艺参数。测得了靶极电压与氮气流量、靶极电流与氮气流量、溅射室内压强与氮气流量、氮化钛膜的颜色与氮分压、氮化钛膜的颜色与基板温度、靶极功率与氩气分压的关系以及薄膜层中氮、钛含量沿薄膜表面的分布。上述结果对提高溅射速率和薄膜质量有很大的实际意义。     

电弧离子镀制备(TiCr)N薄膜的微观结构及性能

利用电弧离子镀 (ArcIonPlating)方法 ,通过对独立的Ti靶和Cr靶的弧电流进行控制 ,成功地在高速钢 (HSS)基体上制备了不同成分配比的 (TiCr)N薄膜。采用X射线衍射 (XRD)分析显示 :薄膜为单一的fcc的结构、没有TiN或CrN相存在 ;薄膜呈 (2 2 0 )结构 ,薄膜的晶格常数随着Cr含量的增加而减小。透射电子显微镜 (TEM)结果表明 :(TiCr)N薄膜的晶粒尺度为2 0nm左右。显微硬度测试表明 :薄膜具有很高的硬度 ,而且随弧流比的变化 ,硬度值有一极大值。同时 ,本文探讨了 (TiCr)N薄膜的宏观残余应力、显微硬度和Cr含量之间的关系及其微观机制     

脉冲偏压作用下MgO薄膜表面的荷电效应

采用脉冲偏压电弧离子沉积技术在玻璃基片上制备了透明的、具有择优取向的MgO薄膜。针对绝缘性薄膜表面的荷电效应,比较了脉冲偏压作用下鞘层对离子的加速时间(即鞘层的寿命)与脉冲宽度的大小以及偏压鞘层的初始厚度与离子穿越的距离的大小,讨论了不同占空比下偏压鞘层对离子的加速效应。利用X射线衍射及扫描电子显微镜对样品的观察结果表明,由于荷电效应,脉冲偏压幅值为-150 V,占空比在10%~40%的范围内,占空比的变化并不能改变MgO薄膜的微观结构和表面形貌。     

Simplification of the Plasma Load of Negative-Pulse-Bias Source Used in Arc Ion Plating

Based on the voltage and current fluctuating phenomenon in the arc plasma load under the negative-pulse-bias, usingthe plasma physics theory and analysis of computer simulation expatiates that the nature of plasma load in vacuumarc plasma is a capacitance     

Co-based Amorphous/Nanocrystalline Composite Coatings Deposited by Arc Ion Plating

Cobalt-based amorphous/nanocrystalline composite coatings have been grown by arc ion plating together with a specimen cooling system.With decreasing substrate temperature,the coatings undergo significant structure evolution.The degree of crystallization first decreases and subsequently increases as confirmed by X-ray diffraction.The cluster size first decreases and then remains constant as confirmed by transmission electron microscopy.The effect of substrate temperature on the evolution of the structure has been studied as a result of a competition between nucleation thermodynamics and kinetics of crystalline growth.With decreasing the substrate temperature,the microhardness and the critical load of the composite coatings firstly increased,and then remained almost constant.And the saturation magnetization revealed the opposite trend over the same range.The essence of these phenomena was ascribed to the microstructural variations caused by the decrease of the substrate temperature.     

调制比对电弧离子镀Cr/TiN纳米多层膜力学性能的影响

采用电弧离子镀技术,通过改变调制比沉积Cr/TiN纳米多层膜.利用扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线衍射仪、纳米压痕仪研究了调制比对Cr/TiN纳米多层膜表面形貌、微观结构以及力学性能的影响.结果表明,纳米多层膜表面致密、平滑均匀,膜层与基底结合良好,膜层综合力学性能优异,出现明显的纳米效应和界面效应.当调制比为2:...     

多弧离子镀(Ti,Al,Zr,Cr)N多组元氮化物膜的研究

采用多弧离子镀技术,使用Ti Al Zr合金靶和Cr靶,在W18Cr4V高速钢基体上沉积(Ti,Al,Zr,Cr)N多组元氮化物膜.利用扫描电镜(SEM)、电子能谱仪(EDS)和X射线衍射(XRD)对薄膜的成分、结构和微观组织进行测量和表征;利用划痕仪、显微硬度计测评薄膜的力学性能.结果表明,获得的多组元氮化物膜仍具有B1 NaCl型的TiN面心立方结构;薄膜的成分除-50V偏压外,其它偏压下的变化均不明显;增大偏压可减少薄膜表面的液滴污染,提高薄膜的显微硬度及膜/基结合力,最高值可分别达到HV3300和190N.