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。     

非平衡磁控溅射TiAlN薄膜的高温抗氧化性能研究

采用非平衡磁控溅射技术在硬质合金基体上制备了TiAlN薄膜.在400℃-800℃对试样进行氧化实验,利用XRD,SEM,精密电子天平等对TiAlN薄膜的物相、断口组织形貌以及氧化增重结果进行分析.实验结果发现,在800℃以下,TiAlN薄膜具有良好的抗高温氧化性.     

多弧离子镀与磁控溅射共沉积TiN/TiCN多层膜的高温抗氧化性能

TiN/TiCN多层膜的高温抗氧化性研究对于扩大其应用领域具有重要作用,但目前鲜见相关报道。采用多弧离子镀与磁控溅射技术以不同调制周期在304不锈钢表面共沉积TiN/TiCN多层膜。采用XRD、XPS、倒置显微镜及高温氧化试验研究了多层膜的高温抗氧化行为。结果表明:TiN/TiCN多层膜表面光滑平整、均匀致密,薄膜主要为具有Ti-(C,N)键的fcc-TiN结构;随着调制周期的减小,TiN/TiCN多层膜生长取向发生转变,且具有(111)晶面生长织构;随着氧化温度的升高,多层膜的显微硬度逐渐降低,氧化增重速率不断增大,且在700℃之后变化速率较快,薄膜的开始氧化温度约为750℃;随着调制周期的减小,多层膜TiN与TiCN界面层数量增多,促使晶粒细化,提高了其致密性,还隔断了缺陷贯穿薄膜的连续性,显著降低了薄膜的孔隙率,致使O原子扩散困难,增强了薄膜的高温抗氧化性能。     

TC4合金表面磁控溅射W-Al-N复合膜的摩擦磨损和高温抗氧化性能

目前,在WN中加入Al制备多元复合膜的研究国内外报道较少。通过射频磁控溅射法,以不同Al靶功率在Si(100)和TC4合金上制备了不同Al含量的W-Al-N复合膜。采用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、纳米压痕仪(CSM)、摩擦磨损试验机、高温氧化试验研究了W-Al-N复合膜的微结构、力学性能、摩擦磨损性能及高温抗氧化性能。结果表明:随着Al含量的增加,W-Al-N复合膜的择优取向发生变化,(111)和(220)衍射峰逐渐消失,复合膜主要呈(200)择优取向生长;复合膜的硬度先增加后减小,当Al含量为32.40%(原子分数,下同)时硬度达到最大值37 GPa,此时表征复合膜抵抗塑性变形能力的变量H~3/E~(*2)也达到最大值0.308;室温下,随Al含量的增加,W-Al-N复合膜的摩擦系数与单层WN薄膜的相比变化不大,磨损率先降低后增大,在硬度最大处得到磨损率最低值9×10~(-9)mm~2/N;W_(0.676)Al_(0.324)N复合膜的摩擦系数在200℃时降低,随后随温度的升高先增大后减小;Al的加入提高了复合膜的高温抗氧化性能,起始氧化温度由WN单层膜的400℃提高到复合膜的800℃。     

高功率调制脉冲磁控溅射沉积TiAlSiN纳米复合涂层结构调控与性能研究

采用高功率调制脉冲磁控溅射Al/(Al+Ti)原子比(x)分别为0.25、0.5和0.67的TiAlSi合金靶, 溅射功率1~4 kW, 氮气分压25%, 工作气压0.3 Pa, 在Si(100)和AISI 304奥氏体不锈钢基片上沉积了TiAlSiN纳米复合涂层。TiAlSiN涂层中氮含量保持在52.0at%~56.7at%之间, 均形成了nc-TiAlN/a-Si₃N₄/AlN纳米晶/非晶复合结构。随着原子比x增加, 非晶含量增加, 涂层硬度先升高而后降低。当x=0.5时, 硬度最高可达28.7 GPa。溅射功率升高可提高溅射等离子体中金属离化程度, 促进涂层调幅分解的进行, 形成了界面清晰的非晶包裹纳米晶结构, 且晶粒尺寸基本保持不变。当x=0.67时, 溅射功率由1 kW上升到4 kW时, 硬度由16.4 GPa升至21.3 GPa。不同靶材成分和溅射功率条件下沉积的TiAlSiN涂层的磨损率为(0.13~6.25)×10^-5 mm³/(N·m), 具有优良的耐磨性能。当x=0.67, 溅射功率2 kW时, nc-TiAlN/a-Si₃N₄纳米复合涂层具有最优的耐磨性能。     

磁控溅射制备TiAlCrN硬质薄膜及其抗腐蚀性能

采用反应磁控共溅射的方法,通过改变Cr靶溅射功率,在不锈钢基体上沉积不同Cr含量TiAlcrN薄膜.采用原子力显微镜(AFM)观察薄膜表面形貌;采用动电位极化试验研究薄膜的电化学腐蚀行为.结果表明:沉积的TiAlCrN薄膜表面平整、光滑、致密,无孔洞和突起等缺陷,晶粒细小,粗糙度低;TiAlcrN薄膜的抗腐蚀性好于不锈钢和TiAlN薄膜,且随Cr含量增加而增强.Cr含量为25.5%(原子分数)试样成膜质量最好,其抗腐蚀性约为不锈钢的15.0倍,约为TiAlN薄膜的7.7倍.     

磁控溅射硅钼薄膜的抗氧化性能研究

用射频磁控溅射法在单晶Si基体上制备了硅钼薄膜,对薄膜进行真空退火处理以及高温氧化实验,借助SEM和X射线衍射仪(XRD)等仪器对退火前后的薄膜以及高温氧化后的薄膜进行了分析。结果表明沉积态的硅钼薄膜为非晶态,高温真空退火使薄膜由非晶态转变为晶态,致密的复合氧化物是硅钼薄膜具有良好的抗氧化性能的主要原因。     

CrTiAlN涂层的高温抗氧化性能

为提高M2高速钢的高温抗氧化能力,采用闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术,在M2高速钢基体上制备了CrTiAlN涂层。在500℃、700℃、900℃这三个温度下对试样进行氧化实验。利用SEM观察CrTiAlN涂层氧化前后表面及断面形貌,采用GIXRD和EDS分析涂层的物相组成。结果表明,CrTiAlN涂层在900℃时仍然具有良好的抗氧化性能。     

磁控溅射工艺对Mo膜性能的影响

采用中频磁控溅射方法制备用于CIGS薄膜太阳能电池背电极的Mo膜。研究了靶面磁场强度、溅射气压、溅射电流等工艺参数对Mo膜沉积速率、电阻率、形貌及应力的影响。研究表明:随着靶面磁场强度的增强,Mo膜电阻率和沉积速率均下降;使用较高的溅射电流可以获得较高的沉积速率和较低的电阻率,使用较低的溅射气压可以获得较低的电阻率和较高的沉积速率。在本试验条件下制备的Mo膜基本上呈现拉应力状态并且随溅射气压的升高而增大。     

柱弧离子镀和非平衡磁控溅射镀制备Ti-N-C黑色硬质膜

采用柱弧离子镀和中频孪生靶非平衡磁控溅射镀膜技术制备了Ti-N-C多层复合黑色硬质膜.采用轮廊仪扫描电子显微镜(SEM)、分光光度计、显微硬度计等手段研究了所得膜层的各项性能.结果表明,两种工艺都可以获得颜色较深的黑色硬质膜,柱弧离子镀制备黑色硬质膜的效率高、力学性能更好;中频孪生靶非平衡磁控溅射制备的黑色硬质膜表面光滑、颜色更深.     

聚乳酸/茶多酚抗氧化膜的制备及其性能研究

以聚乳酸（PLA）为基材,茶多酚（TP）为抗氧化剂,通过流延法制备了具抗氧化活性的可降解PLA/TP共混膜,并研究了茶多酚添加量对共混膜包装性能及抗氧化性能的影响。研究结果表明：茶多酚与聚乳酸基质间发生了相互作用,茶多酚在聚乳酸基质中具有较好的分散性。天然抗氧化物茶多酚的添加使共混膜的拉伸强度、断裂伸长率以及透光率降低,但显著提高了共混膜的热封强度、透湿系数、透氧系数、溶解度和自由基清除率。当茶多酚的质量分数为0.9%时,共混膜的热封强度为3.31 N/(15 mm),透湿系数和透氧系数分别是纯PLA膜的1.68倍和6倍,透光率为88.1%,自由基清除率为89.18%,是一种具有应用潜力的环境友好型食品活性包装材料。     

(Ti,Al,Si,C)N硬质膜层高温性能研究

采用等离子增强电弧离子镀联合磁控溅射工艺制备了含35%(原子比)C的(Ti,Al,Si,C)N硬质膜层,并利用扫描电镜、X射线衍射仪及高温摩擦磨损试验仪表征了膜层在不同退火条件下的性能及组织演变行为。研究结果表明,复合膜层在低于800℃的退火条件下,膜层仍表现出较高的显微硬度、较低的摩擦系数以及氧化增重率,复合膜层的显微结构并未发生显著的变化。在800℃、氧化7 h后,膜层发生了严重的氧化失效。因此,复合膜层在长时间高温氧化下的性能仍需要进一步提高。     

非平衡磁控溅射类金刚石碳膜的性能

用非平衡磁控溅射的方法在室温下制备了光滑、均匀、致密的类金刚石(DLC)薄膜,分析和研究了DLC膜的形貌、结构和摩擦特性.结果表明,靶工作电流对DLC膜的沉积有重要的影响.随着工作电流的增大,薄膜的沉积速率增大,薄膜中sp3键的含量增加.薄膜的摩擦系数随着工作电流的增加略有增大,在摩擦的初始阶段,摩擦系数较高,随着摩擦循环次数的增加,摩擦系数逐渐减小,并逐渐趋于稳定.     

Al-Li合金高温抗氧化性能的研究

一、前言 Al-Li合金具有密度低、比强度和比钢度高等优点,在航空航天等领域有着广泛应用的前景。但由于Al-Li合金中含有Li、Mg等活泼元素在有氧的环境,特别是在温度较高的情况下,表面会发生严重氧化,形成一表面脱锂层。表面氧化会引起表面敏感性能的变化,使合金的拉伸强度、疲劳强度和硬度下降。从而影响了合金在高温下的使用。Be,Ca,Bi等元素可改善一般铝合金的抗氧化性能,为改善Al-Li合金的抗氧化性能,有人尝试在Al-Li合金中添加以上元素和La+Ce等,但都未取得明显效果。稀土元素作为我国的一种富有资源,在铝合金中已广泛应用,在Al-Li中的应用近几年国内也有所开展。Y是稀土族中密度较小的元素,我们的工作表明,加Y可明显改善Al-Li合金的室温和高温性能。本工作是在Al-Li-Cu-Mg-Zr合金中,添加了不同量的轻稀土元素Y,并采用高温氧化法研究了Y对合金抗氧化性能的影响。 二、实验方法     

TiAl基合金高温抗氧化性能的研究进展

TiAl基合金具有密度低、熔点高、抗蠕变性能优良、比强度和比刚度高等优点,很有希望作为新型高温结构材料而得到广泛应用.然而由于其高温抗氧化性能较低,应用受到一定限制.从合金化技术、表面改性技术和粉末冶金技术3方面讨论了改善TiAl基合金高温抗氧化性能的有效措施.     

磁控溅射沉积Cu-W膜的结构及性能研究

为得到最佳性能的磁控溅射Cu-W薄膜,采用磁控溅射技术在玻璃片上沉积Cu-W单层膜。采用电子探针测试薄膜中W含量,采用X射线衍射仪、扫描电镜、硬度仪、凹抗仪、分析膜层物相、形貌及耐磨性。研究了W含量对Cu-W薄膜显微结构和性能的影响。结果表明,在沉积过程中W对Cu-W薄膜的晶粒大小及沉积速率有重要影响:随W含量的增加,Cu-W薄膜的晶粒尺寸减少,薄膜的沉积速率随之减少,薄膜W含量对膜的硬度、耐磨性能也起着关键作用;当W含量在11.1%时,Cu-W薄膜具有最好的硬度和耐磨性。     

硬质合金刀条AlCrN硬质膜性能的研究

目的采用阴极多弧离子镀膜设备制备Al Cr N薄膜,研究适合实际工况的膜层性能和厚度。方法利用工具显微镜、扫描电子显微镜检测并分析涂层表面和截面形貌;使用洛氏硬度计、HV显微硬度计、球磨仪检测分析涂层膜基结合力以及涂层厚度对结合力、涂层显微硬度和使用寿命的影响。结果涂层以Al Cr N/Cr N结构沉积,涂层表面呈波纹状,分布有大颗粒和凹坑,经钝化处理后,表面质量明显改善。涂层的显微硬度为HV2200~HV3700,在基体硬度不变的情况下涂层的显微硬度随涂层厚度的增加而增加。随着涂层厚度的增加,结合力先变好后变差,刀条实际使用寿命也有相同的变化趋势。结论硬质合金刀条的最佳涂层厚度为4.0~4.5μm。     

沉积温度对磁控溅射制备V-Al-Si-N硬质涂层结构及性能的影响

采用磁控溅射工艺制备了不同沉积温度的V-Al-Si-N涂层,利用X射线衍射、扫描电镜、纳米压痕仪和摩擦磨损试验机对涂层的结构和性能进行了分析。研究结果表明:室温下制备的涂层生长缺陷较多,残余应力较大。适当提高沉积温度至300℃,涂层的晶体结晶性得到提高,柱状晶粗大贯穿整个膜厚,晶粒尺寸变大;继续提高沉积温度至500℃时,涂层呈(200)择优取向,晶粒尺寸变小,涂层致密度提高。随着沉积温度的提高,涂层的硬度略有下降,但是涂层的摩擦学性能得到大幅度提升。500℃制备涂层的硬度为29.7 GPa,磨损率达到6.1×10-17m3/Nm,比室温制备的涂层的磨损率降低了两个数量级。