基体偏压对磁控溅射制备CrAlN薄膜摩擦学性能的影响

通过分析不同基体偏压下磁控溅射(PVD)CrAlN薄膜的结构特征、硬度规律及磨痕形貌,研究基体偏压对CrAlN薄膜的结构、硬度及摩擦磨损性能的影响。借助扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)观察CrAlN薄膜的表面形貌及三维形貌。采用纳米压痕仪对CrAlN薄膜的硬度进行测定。利用球盘式摩擦磨损试验机测定CrAlN薄膜的摩擦系数,并观察薄膜的磨痕形貌,分析薄膜的磨损机理。结果表明:当基体偏压低于150V时,薄膜表面颗粒的平均尺寸随偏压增大而逐渐减小;当基体偏压超过150V时,薄膜表面出现有明显的缺陷。随着基体偏压的增大,薄膜的硬度呈先升高后降低的趋势,并在基体偏压约为150V时达到最大值为27.5GPa;薄膜的摩擦系数呈先减小后增大的趋势,并在基体偏压约为150V时达到最小值0.25;磨痕呈不同程度的犁沟状,在基体偏压为150V时磨痕形貌平整且犁沟最小。当基体偏压为150V时,CrAlN薄膜的表面缺陷最小、硬度最大、摩擦系数低和综合性能最好,薄膜的磨损机理为磨粒磨损。     

模具钢表面多弧离子镀CrAlN涂层的制备及其摩擦性能研究

为了改善模具钢表面质量,采用多弧离子镀技术在H13模具钢表面沉积CrAlN薄膜,探讨H13钢基体表面渗氮处理后对薄膜表面形貌、硬度、结合力、抗氧化性和摩擦磨损性能的影响。结果表明：基体表面渗氮处理前后制备的CrAlN涂层表面均匀致密,都有少量的大颗粒,涂层表面均呈CrN（200）面择优取向,而渗氮后制备的涂层CrN（200）面择优取向更强;基体H13钢经过表面渗氮后,硬度显著提高,对制备的涂层具有支撑作用,降低了裂纹产生倾向,提高了涂层产生裂纹的临界载荷,提高了涂层的膜基结合力;相较于基体表面未渗氮处理制备的CrAlN涂层,基体表面渗氮后制备的CrAlN涂层具有更高的硬度和结合力,更为优异的摩擦磨损性能,且抗高温氧化性能显著增强。     

电参数对CrN薄膜在去离子水环境下摩擦磨损性能的影响

采用多弧离子镀方法,在不同偏压和靶电流下在GH05合金试样表面制备系列CrN薄膜,利用扫描电子电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、多功能材料表面试验仪对薄膜的微观组织结构和力学性能进行测试分析。利用盐雾磨损试验机的球-盘摩擦方式研究各CrN薄膜在去离子水环境下与Si₃N₄球对磨的摩擦学性能。结果表明:随着偏压增大,CrN薄膜表面微颗粒大小逐渐减小,硬度增大,结合力先增大后减小,随着靶电流增大,CrN薄膜表面凹坑逐渐减小,硬度减小,结合力先增大后减小;随着偏压增大,CrN薄膜的平均摩擦因数先增大后减小,磨损体积先减小后增大,随着靶电流增大,CrN薄膜的平均摩擦因数先减小后增大,磨损体积先减小后增大,当偏压为-80 V,靶电流为100 A时制备的CrN薄膜在去离子水环境下具有最佳的摩擦学性能;CrN薄膜在去离子水环境下的磨痕形貌主要呈现磨粒磨损的沟槽形貌,同时表现出抛光效果。     

直流偏压对CrN薄膜结构和性能的影响

采用电弧离子镀技术在高速钢表面制备CrN薄膜,研究直流偏压对CrN薄膜结构和性能的影响.利用冷场发射扫描电镜和X射线衍射仪对薄膜的表面形貌和微观结构进行分析,利用球坑仪、显微硬度计以及多功能材料表面性能试验仪等,对薄膜的厚度、硬度以及结合力进行研究.结果表明,在不同直流偏压下,薄膜均由CrN相组成.当直流偏压从-60 ...     

偏压对掺钨含氢类金刚石碳膜摩擦学性能的影响

利用非平衡磁控溅射技术在单晶硅片及9Cr18基体表面制备不同偏压下的掺钨含氢类金刚石碳膜。采用Ra-man光谱分析薄膜结构,采用纳米硬度测试仪和纳米划痕仪研究薄膜的纳米硬度、弹性模量和膜基附着力,在球-盘摩擦试验机上测试薄膜在大气环境中的摩擦学性能,研究薄膜的摩擦学性能与偏压的关系。结果表明:制备的薄膜样品均具有典型的类金刚石碳膜结构;基体偏压强烈影响薄膜的力学和摩擦学性能,薄膜硬度和弹性模量在0～150 V范围内随着偏压增加而增大,薄膜的摩擦因数在偏压为100 V时最小,在此参数下的耐磨寿命也最长。     

H13钢离子氮化前后表面沉积CrAlN薄膜的耐氯离子腐蚀性能

在离子氮化前后的H13钢表面沉积了CrAlN薄膜,研究了其在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的耐腐蚀性,并用场发射扫描电镜观察了薄膜腐蚀前后的表面形貌。结果表明:H13钢基体表面沉积CrAlN薄膜后的耐腐蚀性能显著提高;经离子氮化和表面沉积CrAlN薄膜复合处理后,耐腐蚀性进一步提高,试验后表面没有出现明显的腐蚀坑及膜层脱落。     

基体偏压对CrN涂层结构和海水环境摩擦学性能的影响

采用多弧离子镀技术,在不同偏压(0~-100 V)下在316 L不锈钢基体上沉积CrN涂层,通过球-平面往复式摩擦磨损试验机研究基体偏压对涂层结构和海水环境下摩擦学性能的影响。结果表明:随着偏压的增大,涂层结构变为更加致密,涂层硬度先增加后基本稳定;随着偏压的增大,涂层与316L基体的结合力先增大后减小,偏压为-50~-75 V时涂层有最好的结合力;在海水环境下,涂层具有很低的摩擦因数(0.2~0.3),并随着偏压升高而降低;随着偏压的增大涂层的磨损率先减小后增大,偏压为-50~-75 V时涂层的磨损率较低。偏压为-50~-75 V时制备的涂层具有最好的综合机械性能。     

CrN薄膜的制备及其抗氧化性的研究

采用热阴极离子镀技术,成功制备了高质量的CrN薄膜,对crN薄膜进行了500℃-800℃的氧化实验.用高精度天平测量其质量变化、显微硬度计测量膜层硬度、XRD、XPS测量膜层结构、划痕仪测量膜层与基体的结合力等分析研究.实验结果表明:①利用热阴极离子镀技术能够制备出CrN硬质薄膜.在不同的工艺条件下,可以制备出具有面心...     

基体负偏压对CrAlN涂层组织和性能的影响

采用真空多弧离子镀技术,使用Cr30Al70(原子分数)复合靶,在不同的基体负偏压下,在不锈钢基体上制备了一系列CrAlN涂层;采用能谱仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、粗糙度仪、显微硬度仪、摩擦磨损试验机和划痕仪等系统分析了涂层的成分、表面形貌、相结构、粗糙度、显微硬度、摩擦磨损性能和界面结合性能。结果表明:随着负偏压的增大,涂层中x(Cr)/x(Cr+Al)的比值先增大后减小,当负偏压为150V时,该值达到最大,并与靶材成分接近;基体负偏压为200V时,涂层的表面粗糙度最大,涂层结晶度、硬度最佳,晶体相为固溶铬的面心立方AlN;涂层的摩擦磨损性能不仅与涂层的表面粗糙度相关,还与涂层非晶相中铝元素的含量以及涂层的内应力大小密切相关;界面过渡层制备工艺相同时,基体偏压对涂层和基体之间的界面结合性能影响较小。     

MoSx/MoSx-Mo纳米多层膜的制备及其环境摩擦学特性

用直流磁控溅射在钢基体上交替溅射制备了MoSx/MoSx-Mo纳米多层膜。采用划痕仪测试薄膜与基体的结合力;采用SEM和XRD分析了纳米多层膜的形貌和显微结构;在球-盘式微摩擦试验机上测试了纳米多层膜在真空和潮湿空气中的摩擦学性能。结果表明,纳米多层膜的结合力优于纯MoS2膜。随着溅射沉积气压的升高,MoSx(002)面择优取向减弱,纳米多层膜的结合力下降。溅射气压0.24 Pa沉积的纳米多层膜在真空和潮湿空气中都呈现出最低的摩擦因数和磨损率,具有优异的环境摩擦磨损特性。     

W-C-S-Mo复合薄膜的制备及力学和摩擦学性能

利用磁控溅射与磁过滤阴极真空电弧（MS/FCVA）复合沉积法，在不同偏压下在单晶Si基体上制备W-C-S-Mo四元复合薄膜；分析沉积偏压对薄膜纳米硬度、弹性模量和膜基结合力等力学性能的影响；在潮湿大气、真空环境下研究偏压对薄膜摩擦学性能的影响。结果表明，薄膜硬度、弹性模量和附着力随着沉积负偏压的增大呈现先增大后减小的趋势，在偏压-100 V时薄膜力学性能最好；负偏压-100 V下制备的W-C-S-Mo四元复合薄膜样品在潮湿大气和真空环境下均具有较好的摩擦学性能，拉曼测试发现，W-C-S-Mo复合薄膜在潮湿大气环境中的润滑作用主要由DLC提供，而在真空环境中薄膜中的软质相MoS2晶粒起润滑作用。     

负偏压对含氢类金刚石薄膜性能的影响

为了解决类金刚石(DLC)薄膜与金属基材间的界面结合强度问题,本研究采用直流等离子体增强化学气相沉积(DC-PECVD)技术,以等时长、不同偏压条件在45钢基材上沉积复合DLC薄膜.采用扫描电镜、原子力显微镜观察薄膜形貌;采用拉曼光谱仪分析薄膜成分;采用涂层附着力自动划痕仪测定膜基结合强度.结果表明:制备偏压从-600...     

自支撑Cu/Zr纳米多层膜的制备研究

自支撑纳米多层膜可用作轻型反射镜面材料,自支撑薄膜的制备技术是目前应用中存在的主要问题之一。利用磁控溅射方法在抛光石英玻璃基片上复制了直径70mm厚约100μm自支撑Cu/Zr纳米多层膜,使用显微硬度计、表面轮廓仪分析了自支撑薄膜的力学性能和表面粗糙度。研究结果表明:自支撑Cu/Zr纳米多层膜面密度0.5kg/m2,显微硬度5.7GPa,屈服强度1562MPa,复制面表面粗糙度1.33~1.93nm。复制的自支撑薄膜具有优异的力学及表面性能。     

沉积参数对磁控溅射CrN_x膜结构和性能的影响

本文采用非平衡直流磁控溅射方法制备CrN_x薄膜,研究沉积参数对膜结构和性能的影响。结果表明沉积过程中增加N_2的分压,薄膜的组成由Cr_2N相转变成CrN相,膜的表面形貌也由胞状转化为正四面体。增加样品台的负偏压,沉积膜层更加致密,表面更加平坦。     

Advances and problems with TEM characterization of Cr/CrN multilayer coatings

Multilayer Cr/CrN/Cr/Cr(N,C) and Cr/CrN with 8 and 32 layer coatings were deposited on austenite substrates using pulsed laser deposition (PLD) technique. The microstructure observations were performed using Philips CM20?, TECNAI G² F20 – TWIN? and JEOL EX4000? transmission microscopes. The performed experiments indicated that lowering the argon flow from 60 to 30 cm³/s during chromium ablation changes buffer layers microstructure from nearly amorphous to nano‐crystalline. The nitride or carbo‐nitride layers turned out to be less sensitive to changes in nitrogen flow during deposition. The columnar microstructure of Cr layers is coarser than those in CrN ones under the same deposition condition. This observation proved also that relying on PLD technique as thin as 30 nm layers might be formed within multilayer Cr/CrN coatings.     

Effects of humidity on nano-oxidation of silicon nitride thin film

Effects of humidity on nanometer-scale oxidation of silicon nitride thin film using atomic force microscope in contact mode are studied at various values of relative humidity (RH) (30-70%). The shape of oxide protrusion is determined by the concentration of oxyanions under the tip apex and oxyanions diffusion laterally on the surface. At low RH (60%), the kinetics of silicon nitride oxidation has a logarithmic relationship to oxide height versus oxidation time. The threshold time decreased and initial oxidation rate increased simultaneously as humidity increased because a high concentration of oxyanions at the oxide/silicon nitride interface was generated. When a high sample voltage (9-10V) is applied at high RH (60%), the effective electric field is decreased because of the electron being trapped in the oxide and oxyanions accumulating on the oxide surface.     

V含量对TaVN薄膜微观结构与摩擦学性能的影响*

为探讨V元素改善TaN薄膜摩擦学性能的机制,利用磁控溅射仪在304不锈钢基体上和单晶Si片制备不同V含量的 TaVN薄膜。使用X射线衍射仪、扫描电镜、显微硬度计、表面综合性能测试仪表征和分析薄膜的结构及性能。结果表明：TaVN 薄膜为面心立方结构,不同V含量的TaVN薄膜均在（111）晶面呈现择优取向;随着V含量的增加,TaVN 薄膜（111）晶面出现向大角度偏移的现象;不同V含量的TaVN 薄膜在扫描电子显微镜下的表面光滑平整无孔隙,膜层与基体间界面清晰,截面呈明显的柱状晶结构;随着V含量的增加,TaVN 薄膜硬度先升高后降低,当TaV靶材中V原子分数为15%时,硬度最高;随着V含量的增加,摩擦因数降低,其原因是在摩擦的过程中,薄膜中的V元素氧化形成具有自润滑效果的Magnéli 相氧化物V2O5;随着V含量的增加,TaVN 薄膜磨损机制由磨粒磨损、黏着磨损和氧化磨损转变为磨粒磨损和氧化磨损。     

Structural, optical and mechanical properties of nanostructure diamond synthesized by chemical vapor deposition

Nanostructure diamond (NSD) films on Si substrate are prepared by microwave plasma enhanced chemical vapor deposition (MPECVD) using methane and hydrogen as the reactants with two-step negative substrate bias (SB). The dependencies of the NSD film morphology, grains, surface roughness, crystal and bonding structures and hardness on the negative SB at the bias-enhanced growth (BEG) step and substrate temperature during growth have been investigated by conducting atomic force microscopy (CAFM), X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy and nanoindentation. The hardness of the NSD film is found to be as high as 80 GPa with CAFM average and root mean square roughness of 7 and 9 nm, respectively, under optimal negative SB at the BEG step. From the studies of substrate temperature effect, the hardness of the NSD film is as high as 70 GPa, with average and root mean square CAFM roughness of 9 and 11 nm, respectively, which were obtained at a substrate temperature of 500 °C. In both cases, the film hardness was found to be affected by the size of clusters, which are composed of many small NSD particles, the amount of NSD in an amorphous matrix as well as surface roughness. We also synthesized transparent NSD films by MPECVD under optimized single-step growth conditions on quartz substrates, which are scratched with several micrometers diamond powder. A hardness as high as 60 GPa and a maximum transmittance of 60% in the visible light region are achieved for an NSD coating of 1.0 μm thickness with small surface roughness.