多弧离子镀负偏压对氮化钛薄膜的影响

目的确定适当的负偏压,提高多弧离子镀氮化钛薄膜的综合性能。方法采用不同的负偏压,在4Cr13不锈钢表面制备Ti N薄膜,探讨偏压对薄膜表面质量、结构、硬度、结合力和摩擦系数的影响。结果负偏压对薄膜表面质量的影响较大:负偏压为0 V时,Ti N薄膜表面凹凸不平,液滴较多;随着负偏压升高,薄膜表面变得光滑,液滴减少并变小,薄膜致密性也得到提高。在不同负偏压下,Ti N薄膜均呈现出在(111)晶面的择优取向,但随着负偏压的增大,这种择优取向逐渐减弱,当负偏压达到400 V时,薄膜在(220)晶面的峰值逐渐增强。随着负偏压从0增至400 V,薄膜的硬度、结合力和耐磨性均先提高,后降低。当负偏压为300 V时,薄膜的硬度和结合力达到最大,分别为2650HV和58 N;摩擦系数和磨损量最小,分别为0.48和0.1065 mm3。结论施加适当的负偏压可以提高薄膜的硬度、结合力、耐磨性等性能,当负偏压为300 V时,薄膜的各项性能达到最佳。     

脉冲偏压对复合离子镀(Ti,Cu)N 薄膜结构与性能的影响

目的 (Ti,Cu)N薄膜是一种新型的硬质涂层材料,关于其结构和性能的研究报道还较少。研究脉冲偏压对(Ti,Cu)N薄膜结构与性能的影响规律,以丰富该研究领域的成果。方法将多弧离子镀和磁控溅射离子镀相结合构成复合离子镀技术,采用该技术在不同脉冲偏压下于高速钢基体表面制备(Ti,Cu)N薄膜。分析薄膜的微观结构,测定沉积速率及薄膜显微硬度,通过摩擦磨损实验测定薄膜的摩擦系数。结果在不同偏压下获得的(Ti,Cu)N薄膜均呈晶态,具有(200)晶面择优取向,当脉冲偏压为-300 V时,薄膜的择优程度最明显。随着脉冲偏压的增加,薄膜表面大颗粒数量减少且尺寸变小,表面质量提高;沉积速率呈现先增大、后减小的趋势,在脉冲偏压为-400 V时最大,达到25.04 nm/min;薄膜硬度也呈现先增大、后减小的趋势,在脉冲偏压为-300 V时达到最大值1571.4HV。结论脉冲偏压对复合离子镀(Ti,Cu)N薄膜的表面形貌、择优取向、沉积速率和硬度均有影响。     

负偏压对电弧离子镀复合TiAlN 薄膜的影响

采用电弧离子镀技术,以W18Cr4V高速钢为基体,调整基体负偏压,制得多个复合TiAlN薄膜试样,研究了基体负偏压对薄膜微观组织形貌、物相组成、晶格位向、硬度、厚度和沉积速率的影响。结果表明,过高或过低的负偏压会使得膜层表面不平整,显微硬度下降。当负偏压为200 V时,膜层的沉积速率最大;负偏压为150 V时,有利于薄膜(111)晶面的择优取向生长,且TiAlN膜的硬度最高。     

多弧离子镀工艺参数对氮化钛薄膜结合力的影响研究

应用多弧离子镀对4Cr13不锈钢基体沉积TiN薄膜,用WS-2005型附着力自动划痕仪测试薄膜的结合力,研究弧电流、沉积温度和偏压对膜基结合强度的影响。结果表明:随着靶电流、沉积温度和偏压的增大,TiN薄膜与基体的结合力先增大后减小。在其它参数不变时,当弧电流为85、95、105、120 A时,薄膜结合力分别为42、50、75、63N;当沉积温度为150、200、250、300℃时,薄膜的结合力分别为45、45、48、40 N;当偏压为0、200、300、400 V时,薄膜的结合力分别为38、42、58、42 N。本试验膜基结合强度最佳工艺参数为:弧电流105A、沉积温度250℃、偏压300V。     

电弧离子镀CrN薄膜的制备及性能研究

以气压、弧电流和偏压为影响因素设计正交试验,采用电弧离子镀技术在6Cr13Mo马氏体不锈钢表面沉积Cr N薄膜。利用扫描电镜、显微硬度计、划痕仪对Cr N薄膜的厚度、硬度、结合力进行检测,研究薄膜性能并优化其制备工艺。结果表明:靶电流对薄膜厚度及结合力影响最大,随着电流升高,膜层厚度急剧增大,而结合力逐渐降低;对薄膜硬度影响最大的为负偏压,随着偏压升高,膜层硬度先升高后降低。综合考虑Cr N薄膜的表面质量、硬度、结合力,得到最佳制备工艺为气压1.4 Pa、靶电流100 A、偏压-100 V。     

偏压对DLC薄膜结构及摩擦学性能的影响

目的通过调节偏压,改善无氢DLC薄膜的微观结构,提高其力学性能和减摩抗磨性能。方法采用离子束辅助增强磁控溅射系统,沉积不同偏压工艺的DLC薄膜。采用原子力显微镜(AFM)观察薄膜表面形貌,采用拉曼光谱仪对薄膜的微观结构进行分析,采用纳米压痕仪测试薄膜硬度及弹性模量,采用表面轮廓仪测定薄膜沉积前/后基体曲率变化,并计算薄膜的残余应力,采用大载荷划痕仪分析薄膜与不锈钢基体的结合力,采用TRB球-盘摩擦磨损试验机评价薄膜的摩擦学性能,采用白光共聚焦显微镜测量薄膜磨痕轮廓,并计算薄膜的磨损率。结果偏压对DLC薄膜表面形貌、微观结构、力学性能、摩擦学性能都有不同程度的影响。偏压升高导致碳离子能量升高,表面粗糙度呈现先减小后增加的趋势,-400V的薄膜表面具有最小的表面粗糙度且C─C sp^3键含量最多,这也导致了此偏压下薄膜的硬度最大。薄膜的结合性能与碳离子能量大小呈正相关,-800 V时具有3.98 N的最优结合性能。不同偏压工艺制备的薄膜摩擦系数随湿度的增加,均呈现减小的趋势,偏压为-400V时,薄膜在不同湿度环境中均显示出最优的摩擦学性能。结论偏压为-400 V时,DLC薄膜综合性能最优,其表面粗糙度、硬度、结合力和摩擦系数分别为2.5 nm、17.1 GPa、2.81 N和0.11。     

负偏压对多弧离子镀TiN薄膜的影响

采用不同偏压,在201不锈钢表面进行多弧离子镀TiN薄膜,研究了偏压对薄膜表面形貌、硬度、相结构及耐蚀性的影响.研究表明:薄膜表面存在着许多液滴颗粒,随着偏压的增加,液滴减少,但过大的偏压会使表面出现凹坑;薄膜的显微硬度随偏压的升高先增大后减小,偏压为-200 V时的本征硬度为2 195HV;在3.5％的NaCl溶液中...     

磁控溅射基片负偏压对Ti/TiN复合纳米薄膜择优取向的影响

采用中频反应磁控溅射技术,以高纯Ti(99.99%)为靶材,以高纯氮气(99.99%)为反应气体,在铝合金基片上沉积Ti/TiN复合纳米膜层。通过XRD、SEM、EDS等分析Ti/TiN复合纳米膜层微观组织和物相结构,研究基片负偏压对Ti/TiN复合纳米薄膜择优取向生长的影响。研究表明,将片加上-150 V负偏压时,Ti/TiN薄膜优先沿(111)面生长;将基片加上-200 V负偏压时,Ti/TiN薄膜优先沿(220)面生长;将基片加上-350 V负偏压时,Ti/TiN薄膜优先沿(200)面生长。继续增大基片负偏压时,由于薄膜中Ar离子浓度大幅增长,高能离子长时间轰击破坏晶粒取向性,使薄膜呈无择优取向。     

电弧离子镀TiN工艺优化及TiN/TiC多层膜性能

采用电弧离子镀技术制备TiN薄膜,研究了不同氮分压以及基体偏压下薄膜的表面质量、微结构、相组成、硬度以及结合力,优化工艺参数并制备TiN/TiC多层膜,比较了多层膜以及TiC单层膜的硬度以及摩擦性能的差异。结果表明,经过对不同工艺参数下薄膜的形貌结构以及性能比较,确定采用0.6 Pa氮分压以及-100 V基体偏压作为TiN优化工艺参数,在该工艺基础上制备的TiN/TiC多层膜与单层TiC薄膜相比具有更高的硬度以及更低的摩擦系数。     

基底偏压对磁控溅射TiAlSiN涂层微观结构、力学性能及摩擦学性能的影响

采用直流非平衡磁控溅射方法在M42高速钢表面沉积Ti/TiN/TiAlSiN多层薄膜,研究基底偏压对TiAlSiN的晶体结构、微观组织、力学及摩擦学性能的影响。结果表明:基体负偏压从40 V增加到80 V,TiAlSiN由致密的粗大柱状晶向致密纤维状细晶过渡、晶粒宽度由180 nm减小至60 nm;当负偏压大于60 V时,TiAlSiN层由fcc TiN+fcc AlN双相结构转变为fcc TiAlN单相结构;涂层硬度和弹性模量随偏压增大呈现上升趋势,当负偏压为80 V时,涂层的硬度和弹性模量分别为34.1 GPa和378 GPa;涂层的摩擦学性能随偏压的增大而先增强后降低,当负偏压为40 V时,涂层磨损率为5.0×10~(-6)mm~3/Nm,当负偏压为50 V时,涂层则降低至5.0×10~(-6)mm~3/Nm,为最低值,随着负偏压增加到80 V时,磨损率较高,约9.0×10~(-6)mm~3/Nm。     

负偏压对多弧离子镀 TiN 涂层大颗粒形貌及像素分布的影响

目的分析不同负偏压下Ti N涂层表面的大颗粒数量、尺寸和面积以及像素分布,为多弧离子镀技术的工业化应用提供基础数据。方法采用多弧离子镀膜技术,以脉冲负偏压为变量,在硬质合金表面沉积Ti N涂层。用扫描电子显微镜对涂层表面形貌进行表征,并利用Image J软件对表面大颗粒的数量和尺寸进行分析,对像素分布进行统计。结果随着负偏压的增加,涂层表面大颗粒的数量先增多,后减少。负偏压为100 V时,大颗粒数量最多,为1364;负偏压为300 V时,大颗粒数量最少,为750。此外随着负偏压的增加,大颗粒所占涂层面积比逐渐减小。未加负偏压时,涂层表面大颗粒所占面积比最大,为6.9%,且此时涂层的力学性能最差;采用400 V负偏压时,涂层表面大颗粒所占面积比最小,为3.3%,且此时涂层的力学性能最好。负偏压为300 V时,亮、暗像素点的个数最多,为8302;负偏压为400 V时,亮、暗像素点的个数最少,为4067。结论当占空比为30%,沉积时间为1 h,负偏压为400 V时,获得的涂层力学性能最好,颗粒数量少且尺寸小。     

沉积偏压对AlCrTiN纳米复合涂层力学与抗高温氧化性能的影响

沉积偏压对涂层的结构与性能具有重要影响,为研究其对AlCrTiN纳米复合涂层成分、组织结构、力学与抗高温氧化性能的影响规律,采用磁控溅射技术,改变沉积偏压(-30、-60、-90、-120 V)制备四种AlCrTiN纳米复合涂层。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、纳米压痕仪等仪器表征涂层的组织结构、成分、力学性能和抗高温氧化性能。研究结果表明：不同偏压下制备的AlCrTiN纳米复合涂层均为NaCl型fcc-(Al,Cr,Ti)N相结构。随着沉积偏压增大,涂层由沿(111)晶面择优生长转变为无明显的择优生长取向,晶粒尺寸降低,残余应力和硬度增大。偏压为-90 V与-120 V时,涂层表面更加致密,具有更高的硬度和弹性模量。在800℃与900℃氧化1 h后,所有涂层表面均生成一层连续致密的Al₂O₃膜。随着沉积偏压增加,氧化膜厚度逐渐降低,表明抗高温氧化性能逐渐增强,这是因为高偏压下涂层组织更致密,且晶粒更细小。研究成果对AlCrTiN纳米复合涂层的综合性能提升与工程化应用具有一定指导意义。     

基体脉冲偏压对TiN/Cu纳米复合薄膜组织结构、力学及耐磨性能的影响

本文采用轴向磁场增强电弧离子镀在高速钢基体上沉积了TiN/Cu纳米复合薄膜,研究了基体脉冲偏压幅值对薄膜成分、结构、力学性能及耐磨性能的影响。结果表明,薄膜中铜含量随着脉冲偏压幅值的增加先增加而后降低,在一个较低的范围内(1.3-2.1at.%)。X射线衍射结果表明所有的薄膜均出现TiN相,并未观察到Cu相。薄膜的择优取向随着脉冲偏压幅值的增加而改变。薄膜的最高硬度为36GPa,是在脉冲偏压幅值为-200V时得到的,对应了1.6at.%的Cu含量。与纯的TiN薄膜相比,Cu的添加明显增强了薄膜的耐磨性能。     

负偏压对低温沉积TiN薄膜表面性能的影响

研究了在低温磁控溅射沉积TiN薄膜过程中,负偏压对基体温度、薄膜表面性能、薄膜与基体界面结合强度以及摩擦学性能的影响.研究结果表明,加负偏压条件下,明显提高基体温度,有益于晶粒细化,提高硬度,改善色泽,提高TiN/基体的界面结合强度,但会引起表面轻微的粗糙化;摩擦学试验表明,负偏压对低温磁控溅射TiN薄膜及其摩擦副的摩擦磨损性能的影响较明显.     

脉冲偏压占空比对TiN/TiAlN多层薄膜微观结构和硬度的影响

目的研究脉冲偏压占空比对TiN/TiAlN多层薄膜微观结构和硬度的影响规律。方法利用脉冲偏压电弧离子镀的方法,改变脉冲偏压占空比,在M2高速钢表面制备5种TiN/TiAlN多层薄膜,对比研究了薄膜的微观结构、元素成分、相结构和硬度的变化规律。结果 TiN/TiAlN多层薄膜表面出现了电弧离子镀制备薄膜的典型生长形貌,随着脉冲偏压占空比的增加,薄膜表面的大颗粒数目明显减少。此外,脉冲偏压占空比的增加还引起多层薄膜中Al/Ti原子比的降低。结论 TiN/TiAlN多层薄膜主要以(111)晶面择优取向生长,此外还含有(311),(222)和(200)晶相结构。5种多层薄膜的纳米硬度均在33GPa以上,当脉冲偏压占空比为20%时,可实现超硬薄膜的制备。     

Effect of bias voltage on microstructure of DC magnetron sputtered Al coatings on uranium

The effect of different bias voltages on microstructure of Al coatings on uranium was investigated by using scanning electron microscope (SEM), X-ray diffraction (XRD) and X-ray stress analyzer, respectively. The results indicate that the microstructure is influenced strongly by bias voltage. At low bias voltages, especially at -100 V, the structure of Al coatings is more densely packed than that at high bias voltages of - 300 V and - 400 V,where the structure looks like open dentritic. On the whole, the peak (111) orientation is predominant with the increase of bias voltage, but at -400 V, the diffractive intensity of main peaks (111) and (200) is close to the standard reference. The residual stress on Al coatings surface is small, which has a change from tensile to compressive stress with the increase of bias voltage.