金属Y和Cr共掺杂W2N薄膜的力学及摩擦学性能研究

采用磁控溅射法,通过改变氩氮比率,在Si(100)衬底上成功制备了W₂N薄膜,当氩氮比率为20:6时薄膜的结晶性最好.为了改善W₂N薄膜的力学和摩擦学性能,采用射频和直流磁控共溅射方法分别在Si(100)和A304不锈钢衬底上制备了软质金属Y和硬质金属Cr共掺杂的W₂N(Y-Cr:W₂N)薄膜.在掺杂功率20～50 W范围内,当掺杂功率为30 W时,薄膜具有最大硬度,为23.71 GPa,此时样品的弹性模量为256.34 GPa; 当掺杂功率为20 W时,薄膜的平均磨擦系数最小,为0.37.这表明,金属Y和Cr的掺入使W₂N薄膜的力学和摩擦学性能有了很大的改善.     

磁控溅射Ti掺杂NbN薄膜的机械和摩擦学特性研究

为研究Ti掺杂的NbN薄膜的机械和摩擦学特性,采用射频和直流磁控共溅射技术制备了Ti掺杂的NbN(Ti:NbN)薄膜.利用X射线衍射仪(XRD)、能量色散X射线光谱仪(EDX)、扫描电子显微镜(SEM)、纳米压痕仪、高温摩擦磨损实验机分别对Ti掺杂的NbN薄膜的微观结构、组成成分、表面形貌、机械和摩擦学性能进行了研究.XRD测试结果显示,薄膜的结晶性随着Ti靶掺杂功率的增加(从0 W逐渐升高到40 W)而呈明显增强趋势,晶粒尺寸也由18.010 nm增加到21.227 nm.当Ti靶的掺杂功率为30 W时,NbN薄膜的硬度由4.5 GPa(未掺杂)增加到20.4 GPa,弹性模量由145.8 GPa(未掺杂)增加到224.5 GPa; 当Ti靶的掺杂功率为40 W时,NbN薄膜的摩擦系数由0.73(未掺杂)下降到0.51,磨损率由3.3×10^-6 mm³/(N·mm)(未掺杂)下降到2.1×10^-6 mm³/(N·mm).这表明,掺杂Ti可使NbN薄膜的机械性能和摩擦学性能得到很大的改善.     

冷作模具钢激光熔覆Ni基合金组织和性能研究

为提高Cr12MoV模具钢硬度和耐磨性,研究采用激光熔覆技术在其表面制备Ni基合金.研究结果表明,涂层显微组织为异向生长的树枝晶,涂层相结构为γ-(Fe, Ni)、Cr₇C₃、BNi₂以及Ni-Cr-Fe相.由于细晶强化、固溶强化和第二相强化作用,使熔覆层平均硬度比基体硬度提高了175%.涂层摩擦系数为0.2,明显小于基体(0.4),涂层的磨损体积较基体提高1个数量级.     

脉冲激光沉积AlN薄膜的工艺优化与机械性能

采用脉冲激光沉积(PLD)方法在单晶Si衬底上制备AlN薄膜.利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对薄膜的形貌和微观结构进行了分析;采用显微硬度仪、球-盘式磨损试验机和涂层自动划痕仪测试了薄膜的机械性能.通过正交实验,分析了工艺参数与AlN薄膜硬度之间的关系,得出沉积气压是对薄膜硬度影响大的因素,并研究了沉积气压对AlN薄膜表面形貌、微观结构、沉积速率、硬度、结合力和摩擦性能的影响.实验结果表明:所制备的薄膜均为非晶结构,随着沉积气压的上升,薄膜沉积速率降低,薄膜表面粗糙度降低,摩擦系数变小,当气压由0.1Pa增加到1Pa时,薄膜的硬度和耐磨性提高,但是随着气压进一步增大,其硬度和耐磨性下降.     

电弧离子镀CrN_x薄膜的组织结构与性能研究

采用电弧离子镀技术在高速钢(HSS)基体上制备CrN_x薄膜,考察氮气气压对CrN_x薄膜的表面形貌、结构、显微硬度及摩擦系数的影响。用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、摩擦磨损试验机等分别测试分析薄膜的表面形貌、薄膜的结构、显微硬度以及摩擦系数。结果表明,氮气气压较低时(0.1Pa),薄膜以Cr相为主;随着氮气气压的升高(0.5~4.0Pa),薄膜中出现了Cr_2N和Cr的混合相,薄膜以Cr_2N相为主;随着氮气气压的升高,薄膜的显微硬度在氮气气压为0.5Pa和4.0Pa时出现极值,CrN_x薄膜的最大摩擦系数和平均摩擦系数都有所减少。     

炮钢表面电弧离子镀TiAlN薄膜的摩擦磨损性能

为了提高PCrNi3Mo钢的耐磨性,利用电弧离子镀技术在其表面沉积了Ti_(0.7)Al_(0.3)N和Ti0.5Al0.5N薄膜,分析了沉积态和磨损态薄膜膜层的微观结构和形貌.结果表明,两种薄膜膜层均属于晶粒细小的柱状晶结构.Ti_(0.7)Al_(0.3)N和Ti0.5Al0.5N薄膜的硬度分别比PCrNi3Mo钢提高了4.75和4.22倍,而弹性模量分别比PCrNi3Mo钢提高了88%和84%.Ti_(0.7)Al_(0.3)N薄膜的稳定摩擦系数较小,两种薄膜具有显著的减摩耐磨作用.PCrNi3Mo钢的磨损机理主要为严重粘着磨损,而两种薄膜的磨损机理属于轻微粘着磨损.Ti0.5Al0.5N薄膜因脆性断裂局部产生了更大面积的剥落区,低硬度的PCrNi3Mo钢基体对膜层的支撑力变小是导致薄膜局部发生开裂破坏的主要原因.     

B-Mg共掺杂纳米VO2的制备及其热致变色特性

为降低二氧化钒(VO₂)材料的相变温度并提高VO₂材料的光学特性,采用溶胶-凝胶辅助水热法,控制硼(B)的掺杂原子数分数为6.0%,通过后续的高温退火处理制备硼-镁(B-Mg)共掺杂的纳米VO₂粉体,然后将粉体制备成薄膜．通过对B-Mg共掺纳米VO₂粉体微结构进行表征,探究Mg的原子数分数对复合材料相变温度和光学特性的影响,获得满足应用标准的B-Mg共掺杂纳米VO₂材料．结果表明,复合材料中掺杂的B元素和Mg元素分别以B³⁺和Mg²⁺形式存在于VO₂结构中,当Mg的原子数分数为1.8%时,复合材料表现出相对优秀的热致变色特性,且具有最低的相变温度(t_c=30.8℃),其太阳光调制幅度(ΔT_sol=11.8%)能维持在10%以上,平均可见光透过率(■=69.7%)比未掺杂的VO₂薄膜高12.1%,满足热致变色智能窗户的要求．研究结果为制备适用于热致变...     

低氮掺杂对含氢类金刚石结构和力学性能的影响

为探讨低氮掺杂对含氢类金刚石组织结构和力学性能的影响.采用非平衡磁控溅射和等离子增强化学气相沉积(PECVD)复合技术,在316不锈钢和硅片上制备碳化钨过渡层和不同掺氮量的含氢类金刚石薄膜(a-C:H(N)).通过拉曼光谱、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和扫描电镜(SEM)对薄膜组织结构进行表征,薄膜的硬度和残余应力采用微纳米力学综合测量系统和薄膜应力测量仪进行表征.结果表明随着氮掺杂,薄膜形成碳氮键(CN)且其主要以C=N键形式存在,C=N/CN的比值随着薄膜氮含量增加逐渐下降.同时当掺氮量从0增至0.12 at%时,薄膜I_D/I_G比值迅速下降,sp~2C=C/sp~3C-C比值由0.65降至0.563,而薄膜硬度基本不变,约为20.4 GPa,残余应力则由3.35 Gpa降至1.31 GPa;随着掺氮量进一步增加,sp~2C=C/sp~3C-C比值增加,薄膜硬度迅速下降,残余应力则缓慢降低.可知氮的掺杂对DLC薄膜结构的影响有临界值0.12 at%,当掺氮量低于该值时,氮掺杂促进sp~3杂化的形成,薄膜具有较高的sp~3杂化含量.而随着薄膜含氮量进一步增加,sp~3杂化含量下降.同时当低氮掺杂时,可获得具有较高硬度以及较低残余应力的薄膜.     

反应磁控共溅射制备Ti掺杂的Cu_3N薄膜的特性研究

为了研究钛掺杂对Cu_3N薄膜特性的影响,利用射频和直流反应共溅射方法,在硅(100)和ITO玻璃衬底上,成功制备了不同Ti掺杂量的Cu_3N薄膜(Ti-Cu_3N薄膜).通过X射线衍射(XRD)发现,Ti-Cu_3N薄膜的结晶度均低于未掺杂的Cu_3N薄膜,但是随着Ti掺杂量的增加,结晶度增强.Ti-Cu_3N薄膜的晶格常数随着Ti掺杂量的增加先增后减,但均接近于Cu_3N的理论值.扫描电子显微镜(SEM)图片显示,随着Ti掺杂量的增加,薄膜表面变得粗糙,晶粒大小变得均匀.薄膜的微观硬度在Ti掺杂量为1.86at%时达到5.04GPa,而未掺杂的为4.19GPa.随着Ti掺杂量的增加,薄膜电阻率逐渐从未掺杂的5.73kΩ·cm下降到Ti掺杂量为1.86at%时的1.21kΩ·cm.Ti的掺杂使薄膜的平均反射率变大,但过量的Ti会导致透过率下降.随着Ti掺杂量的增加,薄膜的带隙先增大后减小,Ti掺杂量为1.60at%时获得1.39eV的最大带隙值.     

氧化钇掺杂铁薄膜的制备及热稳定行为

为研究氧化钇掺杂强化在薄膜中的应用,通过双靶磁控共溅射方法,制备了氧化钇弥散铁薄膜,利用X射线衍射仪、X射线荧光光谱仪、扫描电子显微镜和纳米压痕仪表征其结构、成分、形貌和纳米硬度.采用真空封管退火技术对薄膜进行热退火处理.实验结果表明,成功制备的铁基薄膜钇、氧元素弥散程度较好,在500℃真空退火处理后,铁薄膜的纳米硬度显著提高;随着氧化钇掺杂量的增多,纳米硬度增长率提高.该真空热处理方法为改善氧化物弥散强化合金的力学性能提供了借鉴.     

改变过渡层碳靶功率在铜上沉积类金刚石膜的研究

类金刚石膜具有硬度高、 摩擦系数低、 耐腐性强、 稳定性高等优点, 是提高铜耐腐性的理想材料, 但铜 与类金刚石膜之间的结合力差。通过制备T i xC y 过渡层, 采用磁控溅射物理气相沉积与化学气相沉积法, 通过改变 过渡层碳靶功率成功在铜基体上沉积类金刚石膜。并对金刚石膜进行拉曼光谱测试、 划痕实验和电化学实验分析。 结果表明, 所制备碳膜具有典型的类金刚石结构, 膜与基体之间的结合强度大, 过渡层碳靶溅射功率为2 0 0W 时所 制备的类金刚石膜对铜基体的保护作用最好。     

CdO - ZnO复合薄膜的光电学特性研究

采用磁控溅射技术制备了不同原子百分比的CdO - ZnO复合薄膜,并利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、紫外可见近红外分光光度计、四探针电阻测试仪研究了薄膜的结构和光电学特性.研究表明:适量增加CdO掺杂量可提高薄膜在近红外区域的透射率; CdO - ZnO复合薄膜的光学带隙和电阻率随CdO含量的增加而减小,且当CdO和ZnO的原子百分比为4:1时薄膜的带隙和电阻率分别为2.09 eV和10.79×10^-3 Ω·cm.该研究结果可为制备高导电性和高透过率的薄膜提供参考.     

Al2O3掺杂对ZnO薄膜结构及光电性能的影响

以ZnAl2O4陶瓷靶为溅射源,采用射频磁控溅射法,利用优化的氧化锌薄膜制备工艺,在石英衬底上沉积了Al2O3掺杂ZnO（AZO）透明导电薄膜,并通过X射线衍射仪、紫外-可见分光光度计、薄膜测厚仪、霍尔效应仪对其进行了结构表征和光电性能测试,研究了靶材中Al2O3不同掺杂质量分数（1%~5%）对薄膜结构及光电性能的影响。结果表明：沉积所得AZO薄膜为六方形纤锌矿结构,沿（002）晶面择优取向生长;随着Al2O3掺杂比例的提高,薄膜禁带宽度先增大后减小,电阻率先减小后增大;当Al2O3掺杂质量分数为4%时,薄膜择优取向性最好,可见光透过率最高,电阻率最小,具有最优的结晶质量和光电性能。     

金属镍和聚四氟乙烯微粒复合电沉积的研究(Ⅲ)——复合膜的性能

由电沉积法得到的金属镍和高分子聚四氟乙烯（ＰＴＦＥ）复合膜层具有优良的减摩、自润滑性能．对所研制的金属镍和高分子聚四氟乙烯复合膜层的硬度、摩擦性能、形貌观察等进行了测试．实验结果表明镍聚四氟乙烯镀层有较低的滑动摩擦系数,在同样条件下,与镍镀层相比,其滑动摩擦系数下降三分之一左右．     

稀土化合物填充PA1010复合材料的摩擦学特性

采用热挤压注模方法制备了含不同稀土化合物如CeO2,LaF3,La2O3的尼龙1010（PA1010）复合材料。测定了复合材料的密度和硬度,在MM－200型环－块实验机上考察了其摩擦磨损性能,用光学显微镜观察了材料表面磨痕和转移膜形貌。研究结果发现,添加稀土化合物可改变PA1010的摩擦学性能,尤其是填充La2O3的PA1010复合材料的减摩、耐磨性能均最佳,PA1010的磨损主要表现为粘着、劳和逆性变形,其转移膜不连续,且有脱落现象,PA1010－15％La2O3复合材料的磨损主要为磨粒磨损,其转移膜致密光滑,薄而完整,这与其耐磨性最好的现象相一致。     

SnO2 - CdO复合薄膜的制备及其光电性能研究

使用射频磁控溅射技术,以原子百分比为4:1和1:4的SnO₂和CdO制备了SnO₂- CdO复合薄膜.XRD分析表明, SnO₂- CdO(4:1)复合薄膜为SnO₂(310)和Cd₂SnO₄(011)的混合相多晶结构,且结晶性能良好.随着氧流量的增加,薄膜的择优生长方向由SnO₂(310)转变为Cd₂SnO₄(011).薄膜在可见光和近红外光范围内的最高透过率达到95%和91%, 最高平均透过率达到87%和85%, 光学带隙在3.80～3.90 eV范围内变化.电阻率随着薄氧流量的增加而下降,最低为0.133 Ω·cm.薄膜的厚度约为330 nm, 其表面由大量分布均匀的球形颗粒组成.原子百分比为4:1的SnO₂- CdO复合薄膜的光电性能优于原子百分比为1:4的SnO₂- CdO复合薄膜.     

等离子喷涂NiCr/Cr_2C_3、Ni/C及其复合涂层的耐磨性能

为了加强车辆机械零件的表面防护,采用等离子喷涂工艺在304N不锈钢表面分别制备了NiCr/Cr_2C_3涂层、Ni/C涂层以及NiCr/Cr_2C_3和Ni/C复合涂层,观察了涂层组织形貌,测试了涂层硬度和耐磨性,分析了涂层的摩擦磨损机理.结果表明,3种涂层中NiCr/Cr_2C_3和Ni/C复合涂层的耐磨性能最好.金属粘结相NiCr可以起到足够的支撑作用,从而防止涂层剥离与黏着磨损的产生.Ni/C作为固体润滑剂,通过自润滑作用降低了涂层的整体摩擦系数.