刀具表面超晶格TiN／AIN纳米多层膜的制备和研究

采用脉冲多弧离子镀技术制备TiN／AIN纳米多层膜，随着调制周期的减小，稳定态六方AIN相逐渐转变成亚稳态立方AIN相，形成以TiN／AIN超晶格结构为主的超硬薄膜。与标准图谱的对比可知，TiN／AIN超晶格是AIN在模板立方TiN材料的影响下，在TiN层上以亚稳态相立方结构外延生长所形成。试验表明TiN／AIN薄膜具有良好的耐腐蚀性能以及使用寿命。     

AlN/VN纳米多层膜的共格生长与超硬效应

研究了亚稳相立方AlN(c-AlN)在AlN/VN纳米多层膜中的形成条件以及c-AlN对纳米多层膜力学性能的影响。一系列不同调制周期的AlN/VN多层膜采用反应磁控溅射法制备,多层膜的微结构采用小角度X射线衍射和高分辨电子显微镜表征,利用微力学探针测量了多层膜的力学性能。结果表明：亚稳的c-AlN因VN的“模板”作用生成于小调制周期的纳米多层膜中,并与VN形成共格外延生长的超晶格柱状晶,从而使多层膜产生硬度和弹性模量升高的超硬效应。随调制周期的增大,c-AlN转变为稳定的六方结构(h-AlN),使多层膜形成纳米晶的“砖墙”型结构。此时多层膜的硬度和弹性模量与混合法则所得值相当。AlN/VN纳米多层膜在小调制周期下产生的超硬效应与c-AlN形成带来的性质变化以及c-AlN与VN形成共格结构所产生的界面交变应变场有关。     

AlN/w-BN纳米多层膜的制备及其显微结构

用射频磁控溅射法在硅基片上制备了AIN、BN单层膜及AIN/BN纳米多层膜,采用X射线衍射仪、傅立叶变换红外光谱仪、小角度X射线反射仪、高分辨率透射电子显微镜和原子力显微镜等对其进行了表征.结果表明:AIN/BN多层膜具有(103)择优取向,并且当AIN层厚固定时,随着BN层厚的增加,(103)择优取向得到强化;AIN单层膜及AIN/BN纳米多层膜均呈岛状生长,多层膜界面粗糙度及表面粗糙度均随着BN层厚的增加而减小;多层膜中BN的结构与BN的层厚有关,当AIN层厚保持在4.0 nm且BN层厚为0.32～0.55 nm时,可获得晶态w-BN,当BN层厚增至0.74 nm时,BN呈非晶态.     

电弧离子镀制备TiN/TiSiN多层涂层及其性能研究

为提高单一TiN涂层的性能,采用AS600DMTXBE型阳极层离子源辅助电弧离子镀系统制备TiN层和TiSiN层厚度比分别为1∶2、2∶2、3∶1的TiN/TiSiN多层涂层。研究不同厚度比的TiN/TiSiN多层涂层的形貌、结构以及性能,并与TiN涂层性能进行比较。结果表明：TiN/TiSiN多层涂层为TiN面心立方结构,其中厚度比为2∶2的TiN/TiSiN多层涂层的TiN(111)衍射峰较强;厚度比为1∶2的TiN/TiSiN多层涂层摩擦因数最低,表明掺入Si的含量越大,涂层减摩性能越好;TiN/TiSiN多层涂层的减摩作用、硬度和结合强度都优于TiN涂层,且厚度比为2∶2的TiN/TiSiN多层涂层的硬度和结合强度均最大;厚度比为2∶2的TiN/TiSiN多层涂层的耐腐蚀性最高,表明Si元素的掺入能够提升涂层的耐腐蚀性能。     

多弧离子镀制备多层TiAlCrN涂层的性能研究

利用多弧离子镀技术,采用TiAl和AlCr合金靶材在硬质合金基体上交替沉积制备TiAlCrN纳米多层涂层,同时采用TiAlCr合金靶制备了单层TiAlCrN涂层进行性能对比。借助扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X射线能谱分析法(EDS)分析了涂层的微观结构及成分,利用划痕法和纳米压痕法测试了涂层的结合力与纳米硬度,最后搭配硬质合金铣刀片测试了两种涂层在模具钢铣削上的性能表现。结果表明,TiAlCrN纳米多层涂层结构致密,多层层间界面清晰平整,涂层结合力优异,涂层硬度高达33.1GPa。在铣削合金钢方面,TiAlCrN纳米多层涂层的切削寿命较TiAlCrN单层涂层提升40%以上,铣削性能优异。     

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。     

纳米TiN改性TiC基金属陶瓷刀具切削性能的研究

制备了纳米TiN改性的TiC基金属陶瓷刀片 ,并用该刀片与普通TiC基金属陶瓷刀片进行了对比切削试验。结果表明 ,添加TiN纳米粒子可有效改善TiC基金属陶瓷刀具的机械性能和切削性能 ,改性金属陶瓷刀片可以较高切削速度加工碳钢和合金钢 ,此时其主要失效形式为粘结磨损     

反应等离子喷涂TiN/AlN涂层的性能研究

TiN涂层可以通过传统的物理或者化学气相沉积（PVD及CVD）工艺制备,但其缺点是沉积速率低,涂层厚度过薄;这些都严重地限制了TiN涂层材料在磨、蚀服役条件下的应用.本文利用反应等离子喷涂的方法制备了TiN/AlN涂层并研究分析了涂层的组织及摩擦磨损性能.结果表明：TiN/AlN涂层韧性比TiN涂层有所提高;TiN/AlN涂层不仅有较低的摩擦系数,且在高载下的磨损性能比TiN涂层有较大的提高.     

氮气反应溅射制备Co/Sb多层膜研究

针对"水窗"波段(280~540eV)对多层膜反射镜的应用需求,在Sb的M5吸收边(525.5eV)附近,选择Co和Sb作为该能点的多层膜材料组合,优化设计膜系结构。采用直流磁控溅射方法制备了Co/Sb多层膜,通过在溅射气体氩气中引入氮气作为反应气体,多层膜界面粗糙度明显减小。利用X射线掠入射反射(GIXRR)测试多层膜结构,并在北京BSRF同步辐射3W1B实验站测量了反应溅射前后的多层膜反射率(SXR),结果表明:氮气含量为25%时的界面粗糙度最小,反射率从无反应溅射的7.2%提高到11.7%。     

LY12硬铝合金TiN/AlN涂层耐磨性能的研究

使用多弧离子镀在LY12基体表面制备了TiN/AlN薄膜,综合考虑涂层成膜质量、沉积速率和耐磨性能,确定了TiN/AlN薄膜的最佳工艺;并研究了预处理对于结合强度的影响,试验表明：与一般基体相比,经喷砂处理的试样膜基间的结合强度得到很大提高.     

Tribology and oxidation behavior of TiN/AlN nano-multilayer films

In this study, a series of TiN/AlN nano-multilayer films were prepared using a new sputtering setup, which features a medium frequency (MF) twin unbalanced magnetron sputtering system (UBMS) and a DC balanced magnetron sputtering system (BMS). The MF (6.78 MHz) twin UBMS, which is a modification of single RF power source system, is a special design of this deposition machine. The UBMS was employed to deposit the AlN film, and the BMS the TiN film. The aim of this study was to obtain, through controlling the deposition conditions, a group of TiN/AlN nano-multilayer films with various periods (λ). Then a series of experiments were conducted to understand their wear and oxidation properties.The results revealed that through controlling of the deposition parameters, the TiN/AlN nano-multilayer films with λ ranging from 2.4 to 67.6 nm were obtained. At λ3.6 nm, the nano-multilayers had extremely high hardness and excellent adhesion. The oxidation tests found that the multilayers had obviously better anti-oxidation property, as compared with the single-layer TiN film. The high hardness and good oxidation resistance contributed to very good wear performance of the TiN/AlN nano-multilayer films.     

ZrN/TiN复合涂层刀具的制备及其磨损性能研究

采用中频磁控溅射和电弧离子镀两种方法组合在硬质合金基体上沉积ZrN／TiN复合涂层，采用切削试验来研究ZrN／TiN涂层对硬质合金刀具切削性能的影响。结果表明：ZrN／TiN复合涂层提高了硬质合金刀具的硬度，涂层刀具的显微硬度受基体硬度的影响，基体YG6、YT14涂层后的显微硬度分别可达2300HV，2500HV；使涂层刀具切削力的降低了20％；提高了涂层刀具的耐磨损能力。     

TiN/Ti涂层在波箔轴承中的摩擦磨损性能

采用真空离子镀的方法在304不锈钢基体上喷涂厚度为3μm的TiN/Ti薄层,利用硬度计、三维形貌仪、划痕试验仪对涂层基本力学性能进行分析,通过球盘试验机分析涂层试样的摩擦磨损性能,根据波箔轴承性能测试实验台的测试结果:研究TiN/Ti涂层对基体表面耐磨减摩性能的影响。研究结果表明:TiN涂层硬度可达HV1 500,是基材硬度的5.5倍;TiN/Ti涂层平均摩擦因数为0.23,相对不锈钢304基材的平均摩擦因数0.71,降低了68%,磨损量也仅为基材的18.75%;GCr15与PTFE对磨的最大摩擦力矩可达2.4 N·mm,而TiN/Ti与PTFE对磨的最大摩擦力矩仅为1 N·mm,仅为GCr15的41.7%。TiN/Ti涂层表现出了优异的承载能力和耐磨减摩性能。     

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。     

碳钢表面氮化钛陶瓷化的耐腐蚀性能研究

介绍了一种在Q235钢表面，利用等离子反应溅射直接复合渗镀合成氮化钛的工艺方法。该渗镀层是由钢铁材料基体上均匀分布细小氮化钛颗粒的渗层和表面氮化钛沉积层组成。沉积层与渗层之间有一平缓过渡区。渗层与基体是冶金结合，不会产生剥落。渗镀层表面硬度平均达到HV2300。X射线衍射结果表明，表面为纯氮化钛层，（200）晶面的衍射峰最强，具有明显的择优取向。用划痕仪进行结合强度检测，声发射曲线未见突起的信号峰值，表明结合强度好。复合渗镀氮化钛试样在10％硫酸、5％盐酸、3．5%氯化钠水溶液和硫化氢富液中进行腐蚀试验。耐腐蚀性能分别比改性前提高了789，26，3．3，67倍。     

双层辉光等离子渗金属技术制备TiN渗层及其耐NaOH溶液腐蚀性能

采用双层辉光等离子渗金属技术在Q235钢表面上制备了TiN渗层;对渗层的组织、硬度、成分和相结构及其耐NaOH溶液腐蚀性能进行了研究.结果表明:该渗层是由TiN颗粒均匀分布的扩散层及表面TiN沉积层组成的梯度结构;渗层表面形貌为胞状组织,颗粒致密均匀,表面为金黄色,渗层厚度可达16μm,与基体实现了冶金结合;渗层表面钛...     

TiN涂层高速钢刀具耐热性的研究

研究了切削过程中TiN涂层高速钢刀具的切削温度场分布特征及其生热、导热特征。通过试验证明了TiN薄膜的热学特征与其晶体结构类型有关 ,用不同工艺方法得到的TiN涂层高速钢刀具的耐热性、耐磨性亦存在明显差别 ,为TiN涂层刀具沉积工艺参数的优化、刀具几何参数及切削用量的合理选择提供了理论依据。     

Ti/TiN复合膜工艺优化及性能研究

利用正交试验和极差分析方法，分析了多弧离子镀Ti／TiN复合膜中工艺参数（弧电流、氮气分压、基体负偏压、钛过渡层厚度）对Ti／TiN复合膜的纳米硬度和膜与基体的结合力的影响及主次关系，并通过正交试验对工艺参数进行了优化。研究表明，氮气分压和弧电流是影响Ti／TiN复合膜纳米硬度的2个最主要因素，膜层与基体的结合力随着弧电流的增加而下降；升高基体负偏压，虽然可以提高Ti／TiN复合膜纳米硬度和膜与基体的结合力，但是高负偏压将急剧升高基体温度，可能导致基体退火；沉积一定厚度的钛过渡层可以显著提高TiN膜层与基体的结合力。