Cr-Ti-N系多层膜成分及周期对抗冲蚀性能的影响

苛刻环境下发动机组件存在严重的固体颗粒(SPE)冲蚀,导致其可靠性降低。为研究多层膜成分及调制周期对膜层冲蚀性能的影响,利用金属蒸发真空弧离子源(MEVVA)和磁过滤阴极真空弧复合离子束沉积技术在AM355基材表面制备交替周期分别为5、13和26的3组CrNx/TimCr1-mN、TiNy/TimCr1-mN多层膜。采用微粒喷浆冲蚀试验机、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)等对膜层冲蚀性能、形貌及物相结构进行测试表征。结果表明:采用该技术制备的CrNx/TimCr1-mN、TiNy/TimCr1-mN多层膜结构致密、交替层变化明显。随着交替周期的增加,两体系多层膜的晶面间距减小,抗冲蚀性能得到提高,分别提高了8倍和20倍以上。     

基于载能离子束技术制备超薄无胶挠性覆铜板

目的 开发超薄的无胶二层挠性覆铜板(2L-FCCL)。方法 融合MEVVA离子注入、磁过滤阴极真空弧和化学电镀技术在柔性聚酰亚胺表面构筑梯度金属化结构,并为超薄无胶二层挠性覆铜板的制备提供解决方案。结果 通过XPS、ATR-FTIR光谱及反应分子动力学(ReaxFF-MD)模拟证明了Ni⁺注入过程中聚酰亚胺亚表层互键连网络的形成,这种离子螯合反应带来的机械互锁效应能够极大提高界面附着强度。此外,磁过滤阴极真空弧技术制备的γ (Ni-Cr)合金过渡层具有良好的柔韧性和延展性,有助于Cu膜的后续生长,并增强协同变形能力。通过45°剥离试验测得NiCr合金层与聚酰亚胺基底之间的附着强度为(1.75±0.16)N/mm,而精细化挠性覆铜线路经历1 000次弯折试验后在其高变形区域未观察到裂纹萌生或线路剥落现象。结论 通过MEVVA离子注入与磁过滤阴极真空弧技术的耦合可以显著提升挠性覆铜板的机械稳定性,有望应用于高端挠性覆铜板的工业化制备。     

防腐抗冲蚀复合涂层制备及性能研究

针对铁路扣件在沿海区域遭受冲蚀和海洋腐蚀难题,本文研制一种新型防腐抗冲蚀复合涂层。采用石墨烯锌防腐底漆和抗冲蚀弹性聚氨酯面漆,通过盐雾实验、电化学测试和涂层硬度测试评价复合涂层的综合防护性能。结果表明,制备的复合涂层抗冲蚀性能较好,在3.5% (质量分数) NaCl溶液中浸泡28 d后涂层电阻仍达到18.9 MΩ·cm²,复合涂层耐盐雾性能超过1500 h。     

磁过滤直流真空阴极弧制备类金刚石膜的结构及其性能

采用磁过滤直流真空阴极弧沉积技术在单晶硅片、载玻片、不锈钢片基体上制备了类金刚石(DLC)膜.用光学显微镜、椭偏仪、Raman光谱、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射能谱(XRD)、纳米硬度计、摩擦磨损仪、洛氏硬度计检测了薄膜的组分、结构、光学、力学等相关特性.结果表明,膜中均存在着微米级的大颗粒分布.硅片上的薄膜厚度均为37 nm左右,75 V、100 V偏压下制得的薄膜具有最高的sp3键含量,薄膜具有典型的DLC膜Raman光谱特征.玻片上的DLC膜具有良好的红外透射性能.不锈钢片上的薄膜为非晶碳结构,硬度受膜厚的影响显著,在空气中的摩擦因数均约为0.1左右,耐磨性能优良,随着膜厚的增加,膜与基体的结合性能变差.采用Cr/Cr-DLC膜(含铬DLC膜)作为不锈钢的梯度过渡层时可以极大地提高膜基间的结合性能.     

激光原位制备TiN/Al复合涂层及其抗冲蚀性能

表面处理是提高钛合金抗冲蚀性能的重要途径。采用激光氮化涂层过程中同步送Al粉的方法,在Ti6Al4V合金表面制备了一层均匀的TiN/Al复合涂层,涂层内没有微观裂纹和孔洞。研究结果表明:激光扫描速度对复合涂层的微观结构、硬度及抗冲蚀性能有着重要的影响。随着激光扫描速度的增加,复合涂层的厚度降低。在复合涂层最表面存在一层平均厚度大约为2~3μm的连续的氮化物陶瓷层,涂层内部存有大量的枝状晶组织。复合涂层的微观硬度和抗冲蚀性能明显高于Ti6Al4V合金基体。当激光扫描速度从240 mm/min升高到720 mm/min时,涂层表面的微观硬度从1 600 HV_(0.1)降低到1 200 HV_(0.1),而且涂层的冲蚀失重也逐渐降低。这主要是因为随着激光扫描速度的降低,由于反应时间的增加,导致涂层中TiN硬质相的含量也在增加。     

风电叶片水性复合涂层疏水、抗冲蚀与抗结冰性能探究

目的 以水性FEVE氟碳树脂为主要成膜物质,TiO2、SiO2与AlN微纳复合颗粒作为颜填料,制备一种适用于风电叶片上的具有疏水、抗冲蚀与抗结冰性能的环保型水性氟碳涂层.方法 利用透射电子显微镜(TEM)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)及接触角测量仪等,讨论加入不同成分颜填料改性后对涂层疏水性能的影响,并分析加入硬质陶瓷AlN颗粒后,涂层抗冲蚀性能及抗结冰性能的变化.结果 经氟硅烷改性后,纳米TiO2的分散性能、疏水性能及成膜性能都有所提高.涂层在经过微纳颗粒复合改性后,其外观平整,并具有良好的疏水性能,接触角提升至140°左右.在模拟风沙环境的气-固冲蚀过程中可以发现,AlN质量分数为4％时,涂层具有最佳的抗冲蚀性能,在冲蚀过程中,涂层无明显剥落,且疏水性能稳定,接触角提升并稳定在150°以上,出现了一种冲蚀激发的疏水性提高现象,表现出优异的抗冲蚀性能和机械耐久性.此外,改性复合涂层在模拟结冰过程中,其结冰时间在–10℃达到1601.4 s,冰层附着力仅有76 kPa,并且在更低温的条件下也表现出良好的抗结冰性能.结论 所制水性复合涂层具有良好的疏水性、抗冲蚀性及抗结冰性,符合风电叶片在风沙及冰冻等环境下的使用要求,为新型风电叶片防护涂料的发展提供了一定的可行性研究.     

新型多弧磁过滤系统对TiAlN薄膜的组分调控

针对磁过滤阴极真空电弧沉积技术制备多元复合薄膜的不足,设计研制一种新型的多弧磁过滤系统。该多弧磁过滤系统由两个支线管和一个干线管组成“Y”型的三通管结构。通过有限元分析和试验测量确定该新型多弧磁过滤器的最佳运行参数为：支线管和干线管的长度分别为180和230 mm,内径为200 mm。支线管和干线管的磁场强度分别为40和90 mT。采用该新型多弧磁过滤系统制备TiAlN多元复合薄膜,结果表明：该新型多弧磁过滤系统可实现多元复合薄膜的组分调控,并且膜层的表面形貌光洁,膜层元素分布均匀。     

超音速等离子喷涂制备金属陶瓷涂层的抗冲蚀性能

通过高效能超音速等离子喷涂(SAPS)制备WC-Co及WC-Ni Cr金属陶瓷涂层,对比研究了2种涂层的抗冲蚀性能及在热腐蚀条件下的结构和性能演变。结果表明:2种涂层在喷涂过程中均会发生一定程度的脱碳,表现为W_2C相的形成;同时在WC-Co涂层中有少量的Co_3W_3C和Co_6W_6C相生成,且该涂层在热腐蚀后表层的WC相出现了分解与氧化,形成了W_3C、W_6C_(2.54)等脱碳相与CoWO_4、WO_3等氧化物相。在普通冲蚀条件下,WC-Co涂层的抗冲蚀性能更为优异,但热腐蚀会极大降低WC-Co涂层的抗冲蚀性能;与之相反,WC-NiCr涂层中的NiCr相在热腐蚀环境下生成的Cr_2O_3可以有效阻挡涂层内部与外部之间的物质扩散,从而降低了热腐蚀对涂层结构的破坏,在热腐蚀条件下表现出了优良的抗冲蚀性能。     

热腐蚀和盐雾腐蚀影响氮化物涂层冲蚀行为的机制

金属氮化物涂层是目前重点关注的航空发动机压气机抗冲蚀涂层体系。为了兼顾热物理化学环境和应力环境的影响,进行涂层的腐蚀-冲蚀耦合行为研究十分重要。本研究对比了TiN/Ti涂层与TiN/ZrN涂层的原始状态、热腐蚀后和盐雾腐蚀后的冲蚀行为。结果表明,对于TiN/Ti涂层,在涂层的缺陷处盐雾腐蚀时形成点蚀坑,这是发生冲蚀的薄弱环节,盐雾腐蚀后TiN/Ti涂层的抗冲蚀能力及结合力低于原始涂层和热腐蚀后的涂层。对于TiN/ZrN涂层,热腐蚀过程中液滴表面形成疏松的腐蚀产物和氧化物,使其在冲蚀时更容易脱落,热腐蚀过程中产生的层间热应力削弱了涂层的结合力。热腐蚀涂层冲蚀后呈现严重的螺旋状剥落,热腐蚀后TiN/ZrN涂层的抗冲蚀能力及结合力低于原始涂层和盐雾腐蚀后涂层。     

铁基颗粒复合材料的组织与抗冲蚀性能

采用产型负压铸造法制备出铁基颗粒复合材料,分析了复合层的微观组织,研究了其显微硬度分布,测定了复合层的抗冲蚀性能。研究结果表明,铁基颗粒复合材料具有较高的硬度,良好的抗冲蚀性能,明显改善了基体材料的性能。     

3Cr2W8V钢的钽、碳离子束材料改性

采用由金属蒸汽真空弧离子源引出的强束流钽、碳离子对 3Cr2W8V钢进行离子注入表面改性研究。钽注入剂量为 3× 10 1 7cm- 2 ,引出电压为 42kV ,平均束流密度为 40 μA·cm- 2 。摩擦磨损试验结果表明 ,钽、碳离子双注入 3Cr2W8V钢能使其耐磨性提高 2 5倍 ,并可大幅度降低其摩擦系数。利用卢瑟福背散射谱 (RBS)测量了离子注入表面的成分 ,借助X射线衍射 (XRD)仪考察了表层的相结构。     

气压对离子源增强磁控溅射制备氮化铝薄膜的影响

目的 制备性能优异的氮化铝薄膜.方法 采用射频感应耦合离子源辅助直流磁控溅射的方法 制备氮化铝薄膜,在不同的气压下,在Si(100)基片和普通玻璃上生长了不同晶面取向的氮化铝薄膜.使用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)分析氮化铝薄膜的结构、晶面取向、表面形貌及薄膜表面粗糙度,使用紫外可见分光光度计测定薄膜的透过率,并计算薄膜的禁带宽度.研究气压的大小对磁控溅射制备氮化铝薄膜微观结构的影响.结果 在各气压下,薄膜生长以(100)面取向为主.在0.7Pa前,(100)面的衍射峰强度逐渐增强,0.7 Pa之后减弱.(002)面衍射峰强度在0.6Pa之前较大,0.6Pa之后变小.各气压下薄膜表面均方根粗糙度均小于3nm,且随着气压的增大先增大后减小,0.7 Pa时最大达到2.678nm.各气压下所制备薄膜的透过率均大于60%,0.7Pa时薄膜的禁带宽度为5.4eV.结论 较高气压有利于(100)晶面的生长,较低气压有利于(002)晶面的生长;(100)面衍射峰强度在0.7 Pa时达到最大;随气压的增大,薄膜表面粗糙度先增大后减小;所制备的薄膜为直接带隙半导体薄膜.     

多弧离子沉积（TiFeCr）N多元膜

研究了多弧离子沉积（ＴｉＦｅＣｒ）Ｎ多元膜的性能,并与同一设备下沉积ＴｉＮ膜的性能进行比较。结果表明,（ＴｉＦｅＣｒ）Ｎ多元膜的力学性能和耐蚀性能均优于ＴｉＮ膜。定量金相分析结果表明,（ＴｉＦｅＣｒ）Ｎ多元膜的孔隙度比ＴｉＮ膜低得多。文中对多元膜的强化机理进行了讨论,认为孔隙度降低是使多元膜性能大幅度提高的主要原因。     

基体材料对TiN薄膜表面液滴及薄膜结合力的影响

采用真空阴极电弧离子镀技术分别在4Cr5 MoSiV1(H13)模具钢、Cr18Ni9Ti(304)不锈钢、YG6硬质合金、Ti6Al4V(TC4)钛合金4种基体表面沉积TiN薄膜.利用扫描电镜(SEM)对薄膜表面液滴进行观察分析,通过划痕仪对薄膜的膜/基结合力进行表征.结果表明:基体材料不同,TiN薄膜上液滴的密度、尺寸存在明显的区别.其中,镀膜后H13钢和304不锈钢表面的液滴数量最多,YG6硬质合金次之,TC4钛合金最少;薄膜的膜/基结合强度依次为YG6硬质合金＞H13钢＞304不锈钢＞TC4钛合金.     

复合工艺制备TiAlN薄膜及其高温抗氧化性能研究

采用Ti靶电弧离子镀与Al靶中频磁控溅射相结合的复合工艺,通过调节Al靶电流,在不锈钢基体上制备了TiN薄膜和TiAlN薄膜样品,并在热处理炉内对薄膜进行高温抗氧化试验,分析了薄膜氧化前后的表面形貌、断口形貌及显微硬度.结果表明:TiAlN薄膜氧化前和氧化后的硬度均随着铝靶磁控溅射电流的增强、铝含量的提高而增加;TiAlN薄膜的高温稳定性明显优于TiN薄膜;TiAlN薄膜经800℃氧化后发生膨胀而变得疏松,内部发生了柱状晶化,致密性下降.     

2Cr13/45钢电弧离子镀层耐腐蚀性研究

以2Cr13马氏体不锈钢为镀材、在45钢基体上进行温度低于600℃的电弧低温离子镀。用扫描电镜及X射线衍射仪分析了2Cr13／45钢镀层的相结构及施镀工艺参数对镀层致密性和铬元素分布的影响,并用动电位极化曲线法对镀层在3．5wt％NaCl溶液中的耐蚀性进行了测试。结果表明,沉积速率对镀层的致密性无明显影响,但施镀工艺参数对镀层相组成和铬元素的分布均有一定影响,并且当施镀时间t=60min、弧电流I=50A及样-靶间距H=175mm时,施镀层与电镀铬层的耐蚀性至少相当。     

C含量对电弧离子镀TiAlC_xN_(1-x)(x=0,0.18,0.41,0.49,0.69)薄膜性能的影响

在GCr15轴承钢基体上,利用多弧离子镀技术低温(175℃)沉积TiAl CN涂层。利用SEM、EPMA、XRD、附着力测试仪、纳米压痕仪和UMT-2高温摩擦磨损测试仪研究薄膜性质。结果表明,涂层表面光滑平整、均匀致密且无明显孔洞。涂层表面存在一定数量的液滴颗粒,薄膜厚度约为2μm。在涂层中,发现了晶体结构为fcc-Ti N结构,薄膜的晶粒大小为10~30 nm;随着薄膜中C元素的加入,XRD谱中(Ti0.5,Al0.5)N峰出现了宽化;在Ti Al N中引入C,附着力下降,随着涂层中C含量的增加,薄膜中的Al和Ti比例未发生明显变化,附着力略微增加,但硬度和弹性模量先增加后减小,摩擦系数一直减小。     

电子浴辅助阴极电弧源活性反应离子镀合成AlN薄膜

利用电子浴辅助阴极电弧源活性反应离子镀法 ,在 Si、Mo和不锈钢等基材上合成 Al N薄膜 ;采用 SEM、XRD及 IR对薄膜的表面形貌、晶体结构进行了分析。结果表明 ,用此法可以合成高质量的 Al N薄膜 ,而且具有合成速度快、设备简单等优点 ,有较好的开发和应用前景     

电弧离子镀NiCrAlYSi涂层抗高温氧化行为

采用电弧离子镀技术,在镍基高温合金DZ22B表面沉积一层NiCrAlYSi抗高温氧化涂层。利用SEM、XRD、EDS和电子探针等,分析了涂层的微观形貌、组织结构、物相和元素分布规律。研究了涂层和基体在1050℃的静态空气环境中恒温氧化200 h的氧化动力学规律和抗氧化性能。结果表明:沉积态涂层致密均匀,无孔洞等明显缺陷。经热处理后,涂层发生了β-NiAl向γ'-Ni_3Al的转变,主要物相为γ'-Ni_3Al/γ-Ni、β-NiAl和α-Cr相。恒温氧化200 h后,与基体相比,平均氧化速度由0.096 7g/(m~2·h)降到0.0340g/(m~2·h),显著提高了基体的抗高温氧化性能。氧化初期,涂层表面形成了一层均匀致密的α-Al_2O_3保护层,阻止氧向涂层内部扩散,从而大大提高了抗氧化性能。氧化过程中,涂层与基体的界面处发生了元素互扩散现象;主要为Cr元素从涂层向基体的内扩散和Co、W和Y元素从基体向涂层的外扩散。