TiAlN涂层刀具强流脉冲电子束表面处理工艺多响应值优化研究

采用响应面设计方法对TiAlN涂层刀具强流脉冲电子束表面后处理工艺进行优化设计,结合回归统计建立硬质合金涂层刀具的表面粗糙度、硬度以及弹性模量数学模型。此外,分别对三个数学模型进行显著性分析,以揭示输入电压、输入电流和脉冲次数对涂层刀具表面粗糙度、硬度及弹性模量的影响。结果表明,强流脉冲电子束轰击过程中的输入电压、输入电流和脉冲次数对涂层刀具的表面粗糙度、硬度以及弹性模量均具有显著影响。通过多响应值进行优化,得到了最佳工艺参数组合。经此工艺条件处理后的TiAlN刀具表面粗糙度为0.17μm、显微硬度为33.39 GPa、弹性模量为660.20 GPa;切削实验结果表明,经处理后的TiAlN涂层刀具后刀面磨损量较未经处理的下降了60%左右。     

离子轰击能量对ZrN/TiAlN纳米多层膜性能的影响

使用超高真空离子束辅助沉积系统(IBAD)制备一系列具有纳米调制周期的ZrN/TiAlN多层膜,研究了离子辅助轰击对薄膜性能的影响.结果表明:离子辅助轰击使大部分ZrN/TiAlN多层膜的纳米硬度和弹性模量值高于两种个体材料硬度的平均值;离子的轰击和薄膜表面原子与轰击离子之间的动量传输提高了薄膜的致密度;当轰击能量为200 eV时,多层膜的硬度最高(30.6 GPa),弹性模量、表面粗糙度和摩擦系数等也明显改善.     

溅射靶材对TiAlN涂层形貌、结构和力学性能的影响

采用粉末冶金和真空熔炼方法制备了原子比为Ti50Al50的合金靶材,利用磁控溅射工艺在同一工艺参数下制备了TiAlN涂层,借助扫描电镜、原子力显微镜、X射线衍射仪、纳米压痕和结合强度实验,研究了溅射靶材对TiAlN涂层的形貌、结构和力学性能的影响。结果表明:粉末靶材中Ti和Al以单质相存在,Ti镶嵌于Al基体周围,熔炼靶材中形成了TiAl和Ti3Al合金化片层组织;由于两种靶材在组织结构和导热性能上的不同导致其溅射产额、靶材温度和溅射金属离子能量等都出现了明显的差异;对涂层的影响表现为,相比于熔炼靶材涂层,粉末靶材涂层的沉积速率高44%,表面粗糙度低24%,涂层表面熔滴数目和尺寸较小;粉末靶材涂层呈现Ti2AlN相等轴晶生长方式,熔炼靶材涂层由于沉积温度较高表现为Ti2AlN相和TiN相,以等轴晶和柱状晶混合生长;相结构的不同导致涂层的硬度和结合强度出现差异,粉末靶材涂层硬度为25.69 GPa,结合强度属于HF-3,熔炼靶材涂层的硬度为28.22 GPa,结合强度属于HF-5。     

硬质合金表面预处理状态对TiAlCrSiN/TiAlN涂层结构与机械性能的影响

采用电弧离子镀工艺在不同预处理后的硬质合金表面制备TiAlCrSiN/TiAlN涂层,采用扫描电镜、X射线衍射仪、纳米压痕仪、压痕法等研究硬质合金表面形态和涂层结构、力学性能和结合强度。结果表明：抛光处理后的硬质合金表面十分平整,表面粗糙度低至7.7 nm。酸洗处理使硬质合金表层Co相溶解而暴露出更多的硬质相,表面粗糙度增大,TiAlCrSiN/TiAlN涂层在酸洗处理的硬质合金上生长速率增大,晶粒细小,硬度和弹性模量高,但硬模比较低。喷砂处理使Co相塑性变形而包络更多的硬质相,表面粗糙度大幅增加,TiAlCrSiN/TiAlN涂层在喷砂处理的硬质合金上生长速率稍降低,晶粒粗大,硬度和弹性模量小,但硬模比较高。酸洗+喷砂复合处理的硬质合金表面TiAlCrSiN/TiAlN涂层的硬度、弹性模量、硬模比介于两种单独处理方式的之间。     

脉冲激光诱导钛表面氮化的研究

介绍了在氮气气氛下,用脉冲激光照射钛表面实现钛的诱导氮化的实验结果.利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和拉曼光谱对氮化表面进行了结构表征和性能分析.X射线衍射(XRD)结果显示氮化层的主要成分是a-Ti相和δ-TiN相,同时含有少量的a-Ti(N)固溶体.随着激光平均功率的增加,氮化层中δ-TiN相和α-Ti(N)固溶体含量逐渐增加,相应的氮含量也逐渐增加.纳米硬度测试结果显示氮化层的纳米硬度和弹性模量较基材钛明显增加,2mN载荷下测得氮化层的纳米硬度和弹性模量分别在11.5～15GPa和200～250GPa之间.     

调制周期对TiB_2/TiAlN纳米多层膜机械性能的影响

利用射频磁控溅射技术,在室温下合成了具有纳米调制周期的TiB2/TiAlN多层膜.分别采用表面轮廓仪、纳米力学测试系统、多功能材料表面性能实验仪和XRD,分析了调制周期对TiB2/TiAlN纳米多层膜机械性能的影响.结果表明大部分多层膜的纳米硬度和弹性模量值都高于两种个体材料混合相的值,在调制周期为25 nm时,多层膜体系的硬度超过了36GPa,性能达到较佳效果.     

ZrN/TiAlN纳米多层膜的制备及其结构与性能的研究

利用高真空离子束辅助沉积系统在室温下制备了ZrN,TiAlN和一系列ZrN/TiAlN纳米多层膜,利用X射线衍射仪、纳米力学测试系统和多功能材料表面性能实验仪表征了薄膜的微结构和机械性能,分析了调制周期对薄膜结构与机械性能的影响.结果表明大部分多层膜的纳米硬度与弹性模量值都高于两种个体材料硬度的平均值,当调制周期为6.5 nm时,多层膜硬度达到最高(30.1 GPa),弹性模量、粗糙度、摩擦以及划痕测试均达到最佳效果.     

KOH／K2ZrF6对TC4钛合金微弧氧化膜层形貌和结合强度的影响

研究电解液中添加KOH及K₂ZrF₆对TC4钛合金微弧氧化膜层形貌及结合强度的影响。选用硅酸盐-磷酸盐复合盐为主盐,添加甘油作为辅助试剂,分别配制两种均不添加、只添加KOH、只添加K₂ZrF₆和两种物质均添加的4种电解液对TC4钛合金进行微弧氧化处理。通过膜层厚度、膜层表面粗糙度、膜层硬度、膜层与基体的结合强度等检测,对比分析不同膜层的综合性能,并通过扫描电子显微镜、能谱仪及X射线衍射仪等对膜层物相进行对比分析。结果表明:在硅酸盐-磷酸盐复合盐为主盐的电解液中,氧化30 min后,添加KOH试剂使微弧氧化反应起弧电压从350 V降低至300 V,膜层表面粗糙度Ra为1.66μm,结合强度为29 MPa,膜层硬度866HV,厚度19μm。添加K₂ZrF₆试剂使微弧氧化的起弧电压提高至380 V,膜层表面粗糙度Ra为2.47μm,结合强度为18 MPa,膜层硬度992HV,厚度为26μm,同时,氧化反应生成ZrO₂,可大幅提高膜层硬度。添加KOH和K₂ZrF₆试剂可以影响微弧氧化反应起弧电压及工作电压,进而影响膜层的组织形貌,从而改善膜层的表面粗糙度和厚度以及结合强度,硬度等性能。     

CrAlN/WS_2纳米多层膜的微观结构和力学性能研究

采用反应磁控溅射工艺在Si基体上沉积了不同调制周期的CrAlN/WS_2纳米多层膜,采用X射线衍射仪(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、纳米压痕仪和HSR-2M涂层摩擦磨损试验机、扫描电子显微镜(SEM),研究了调制周期对CrAlN/WS_2纳米多层膜微观结构和力学性能的影响。研究结果表明,WS_2层厚度低于0.8nm时,六方结构的WS_2在CrAlN的模板作用下转变为B1-NaCl型面心立方结构并与CrAlN层发生共格外延生长,使薄膜得到强化,在WS_2层厚度为0.8nm时,薄膜硬度和弹性模量达到最大,分别为37.3和341.2GPa。随着WS_2层厚度的进一步增加,WS_2又转变回六方结构,使薄膜共格外延生长结构破坏,结晶度降低,耐磨性增强,硬度和弹性模量减小。CrAlN/WS_2纳米多层膜的摩擦系数均在0.2~0.3之间,远低于单层CrAlN的摩擦系数的0.6,磨损率亦明显减小。获得了综合力学性能优异的CrAlN/WS_2纳米多层膜。     

磁控溅射TiAlSiN膜的抗氧化性能

目前,针对TiAlN和TiAlSiN薄膜在800~1 000℃高温氧化时的硬度及抗氧化性能研究较少。利用磁控溅射技术,在高速钢W18Cr4V表面制备了TiAlN和TiAlSiN薄膜,当Al靶功率为100 W、Si靶溅射电流为0.20 A时,TiAlSiN薄膜硬度及弹性模量达到最大值,对此条件下的膜层进行了大气高温氧化试验。采用激光共聚焦显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等检测手段,研究了800,900,1 000℃下2种薄膜的抗氧化性。结果表明:经相同温度氧化处理后,TiAlSiN薄膜的表面粗糙度明显小于TiAlN薄膜的;在TiAlN中引入Si元素形成Si3N4包裹TiN纳米晶的复合结构,抑制了膜层中裂纹的形成,使TiAlSiN薄膜在相同氧化温度下的抗氧化性能比TiAlN薄膜更加优异。     

磁控共溅射制备氮化钛铝薄膜及其机械性能的研究

使用磁控共聚焦溅射技术并改变溅射过程中Al的功率来制备了一系列Al含量不同的氮化钛铝（TiAlN）薄膜。在溅射过程,薄膜沉积速率和Al含量随Al的溅射功率增加而增大,而薄膜的粗糙度减小。Al含量较低时（约21％）,TiAlN薄膜的硬度和弹性模量都高于TiN薄膜。而Al含量较高时（〉26％）,薄膜的硬度和弹性模量也随含量增加减小。     

正偏压作用下多弧离子镀ZrO2薄膜的组织结构与力学性能研究

在氧气和氩气的混合气体中,以O2/Ar流量比固定为1/4的条件,通过改变正偏压大小,采用多弧离子镀方法制备了新型高k栅介质——ZrO2薄膜。通过X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)研究了在不同正偏压作用下正偏压值与薄膜的相结构、表面形貌之间的关系,利用纳米压痕仪测量了不同正偏压作用下沉积得到的ZrO2薄膜的硬度及弹性模量,并观察了ZrO2薄膜经不同温度退火处理后的相结构及表面形貌的变化。结果表明,在各个正偏压条件下,薄膜结构呈微晶或非晶;ZrO2薄膜的均方根粗糙度随着正偏压的升高而降低;正偏压为100V时硬度和弹性模量均达到最大值,分别为16.1GPa和210GPa。     

L245钢基体表面粗糙度对Ni-Sn-P化学镀层耐蚀性的影响

在不同表面粗糙度的L245钢表面获得Ni-Sn-P化学镀层。采用光学显微镜观察镀层的表面形貌;根据极化曲线、交流阻抗谱及浸泡腐蚀试验分析镀层耐蚀性。结果表明,较粗糙基体表面上的Ni-Sn-P镀层胞状物沿沟槽生长为条块状,当基体表面粗糙度Ra=0.147μm时,镀层的自腐蚀电流密度小,腐蚀速率相对较低;当基体表面粗糙度下降到Ra=0.053μm时,镀层致密性下降,耐蚀性最差。其原因是随着基体表面粗糙度的降低,镀层表面生长的条块状组织相互接合增多,产生孔隙的可能性增大。     

Q235A钢电沉积镍的工艺优化

为了进一步探讨Q235A钢电沉积镍层残余应力、力学性能与镀覆工艺参数的关系,以瓦特镀镍液为基础,采用直流电沉积法,在Q235A钢表面电镀镍。采用X射线衍射仪、纳米力学测试系统、表面轮廓测量仪测试了镍镀层的残余应力、显微硬度、弹性模量及表面粗糙度;探讨了电流密度、温度、p H值对镍镀层力学性能的影响规律,以正交试验法优选了最佳工艺。结果表明:电流密度3.0 A/dm2,温度45℃,p H值3.5时,镍镀层的性能最佳,晶粒粒径为34.8 nm,镀层显微硬度达到3.86 GPa,弹性模量达到238 GPa,表面粗糙度为0.182μm。     

PVD法制备的(Ti,Al)N硬质膜热稳定性研究

采用空心阴极离子束辅助多弧离子镀技术在高速钢表面沉积(Ti,Al)N硬质膜,并将其分别在空气和保护气氛中、不同温度下加热,研究膜层的热稳定性。利用X射线衍射和差热分析方法确定了相组成及其变化;观察和检测了膜的表面形貌、粗糙度和纳米压痕硬度。结果表明,膜表面粗糙度0.2190,硬度值34.19 GPa,经空气中700℃加热后,膜层中TiN相开始分解生成TiO_2,当温度升至900℃时膜分解开裂,硬度值降至12.27 GPa,失去保护作用。而在保护气氛下,膜层经1200℃高温加热后与未加热膜相比较,物相组成与表面形貌稍有变化,硬度值降为28.23 GPa。显示出(Ti,Al)N膜具有良好的热稳定性。     

直流磁控溅射Cr(Al)N薄膜的结构与性能比较研究

采用相同的基底偏压和靶基距离,以N2流量和靶材溅射功率为变量,以热作模具用钢H13和Si片为基底,用直流磁控溅射的方法沉积了CrN和CrAlN膜层.对这2种膜层用SEM测其表面形貌,用X射线衍射测其膜层结构,用M-400-H1测其表面显微硬度,用WS-97划痕仪测其膜层/基体之间的结合强度,用UMT-2摩擦磨损试验机测其表面摩擦磨损性能.在分析溅射变量对2种膜层的影响趋势的同时,也分析了Al元素加入后所获得的CrAlN与CrN在结构、力学性能(硬度和膜/基粘结强度)和摩擦性能上的变化趋势.     

钛合金微弧氧化膜成分特性分析

钛合金微弧氧化膜层硬度大、耐蚀性好、电绝缘性好,可用于耐磨、耐蚀零件的处理.介绍了钛合金微弧氧化技术现状,采用引进设备,通过控制电压、电流密度、电解液浓度等参数在Ti6Al4V表面生成了膜层;测试了膜层的厚度、粗糙度、显微硬度及绝缘电阻值;采用X射线衍射及扫描电镜并结合能谱仪研究了膜层的结构、形貌及元素;分析了膜层的形成机理.结果表明,膜层厚度为22 μm,粗糙度Ra为2.0 μm,显微硬度为HV 2 200,绝缘电阻值为5 MΩ,包含非晶相和晶相-钛组织,是由膜层基体和大量的直径只有几微米的孔洞组成,主要包含O,Si,Ti和Al元素.     

水基浆料涂覆结合原位反应制备C_f/SiC复合材料表面光学涂层（英文）

本研究提出一种C_f/SiC复合材料表面改性新方法为水基浆料涂覆结合原位反应烧结工艺。系统研究了SiC和炭黑在水基浆料中的共分散、粘结剂的量和浆料固含量对浆料流变性能的影响、涂层的微观结构和性能等。研究结果表明:采用水基浆料涂覆工艺可在基材表面制备一层气孔率达49%的多孔C/SiC预涂层;通过液相渗硅原位反应工艺,多孔预涂层转变为高致密、与基材强结合的光学涂层,并且在涂层与基材间形成了~15μm的化学反应过渡层;Si/SiC涂层的维氏硬度为(14.19±0.46)GPa,断裂韧性为(3.02±0.30)MPa·m1/2;经过精细研磨抛光,涂层的表面粗糙度可达2.97 nm RMS。     

CoCrMo合金氮化处理后粗糙度对超高分子量聚乙烯摩擦磨损性能的影响

采用低压高频脉冲等离子体浸没离子注入与氮化技术对CoCrMo合金进行氮离子注入及氮化处理,在25%的小牛血清溶液中,利用往复式摩擦磨损实验机评价CoCrMo合金氮化处理后表面粗糙度对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)摩擦磨损性能的影响。研究结果表明,CoCrMo合金氮化处理后表面粗糙度较小(Ra=0.0176μm)时,超高分子量聚乙烯主要磨损机制为粘着磨损;CoCrMo合金氮化处理后表面粗糙度较大(Ra=0.1529μm)时,超高分子量聚乙烯的磨损以磨粒磨损为主,在这两种情况下,UHMWPE磨损率较高。而当改性CoCrMo合金表面粗糙度为Ra=0.1145μm时,UHMWPE的磨屑可能转移到对偶件表面,并起一定的隔离和润滑作用,有效地削弱粗糙峰的切削作用,使得UHMWPE的磨损率最低。     

等离子体增强电弧离子镀1Cr17Ni2不锈钢表面氮化/DLC涂层复合改性研究

在等离子体增强电弧离子镀设备中,用热丝增强放电的辉光等离子体对1Cr17Ni2马氏体不锈钢进行表面氮化处理。对氮化层的表面形貌、成分、相结构及性能进行了测试及分析。结果表明,氮化处理后不锈钢的表面硬度从3.67 GPa最高提升到9.25 GPa,并且在50μm深的范围内保持7.32 GPa以上的硬度,改性层内有CrN和Fe_2N新相生成是硬化的主要原因,不过与基体相比,摩擦系数仅从1.1略微降低到0.9。在氮化预处理的基础上,再一体化用碳靶阴极弧等离子体对1Cr17Ni2钢进行氮化/DLC涂层复合改性处理,对表面DLC涂层改性层的品质及性能进行了测试与分析。结果表明,复合改性处理后,因表面得到1.5μm厚的高品质的DLC涂层,及氮化预处理使得表面硬度有梯度提升,使1Cr17Ni2钢的整体表面硬度进一步提高到17.06 GPa,且摩擦系数显著降低到0.08。