高速钢与TiN膜结合强度计算方法的探讨

在研究与应用气相沉积方法的过程中,如何准确地评价膜与基体的结合强度一直是有待解决的问题。本文提出了用四点弯曲定性分析膜基结合强度的方法,并推导出定量计算膜基結合强度的公式。     

Cr过渡层沉积粘附型CVD金刚石膜的机理研究

研究了电沉积层作为过渡层沉积CVD金刚石膜的工艺，在硬质合金的Cr电沉积层上用热丝法沉积出CVD金刚石膜。利用SEM分析了电沉积层的形貌，利用EPMA分析了H等离子处理后电沉积层的断面，利用SEM和Raman分析了金刚石膜的表面形貌、成分，利用XRD分析了过渡层和CVD金刚石膜的结合面．利用压痕法研究了金刚石薄膜与基体的结合力。结果表明，H等离子处理使得硬质合全与Cr镀层成为冶金结合，提高了电沉积层的结合强度；在Cr过渡层与金刚石膜之间形成的Cr3C2和Cr7C3等碳化物有利于金刚石的成核和膜基结合强度的提高。     

离子增强沉积Ti/Mo多层膜对钛合金微动疲劳行为的影响

为提高Ti6Al4V钛合金微动疲劳抗力,利用离子增强磁控溅射沉积技术制备了不同结构的Ti/Mo金属多层膜,评价了膜层的结合强度、韧性、硬度等力学性能和摩擦学性能,对优选出的Ti/Mo多层膜进行微动疲劳试验.研究结果表明:离子增强磁控溅射沉积的Ti/Mo金属多层膜膜层结晶细致,膜基结合强度高,有效地提高了钛合金基材的耐磨...     

小能量多冲法对物理气相沉积膜层机械性能的评价

利用自行研制的小能量多冲试验装置,对物理气相沉积(PVD)方法制备的CrMo合金膜和TiA lN陶瓷膜的结合强度、韧性、内聚强度等机械性能进行综合评价;探讨了膜层性质、冲头几何形状、基材硬度等因素对PVD膜层在小能量多冲条件下失效行为的影响规律;比较了膜层在承受动态多冲与静态压入载荷条件下失效行为的异同;分析了膜层在小能量多冲条件下的失效机制。结果表明:小能量多冲法能够很好地模拟膜层承受动态冲击载荷的服役工况。该方法既可以用于评价硬质陶瓷膜层的机械性能,也可用于合金膜层的力学性能表征;冲击力比冲击周次对膜层多冲失效行为的影响更为显著;四棱锥冲头较球型冲头更易于造成膜层的剥落失效,因而更有利于评价膜层的结合强度;承载能力高的基材有利于提高膜层的多冲抗力;膜层在四棱锥冲头多冲条件下主要发生膜基结合型破坏,而在静载压入条件下的失效则以开裂为主,反映了膜层的韧性及内聚强度。     

用对滚法测定膜基界面的结合强度

用对滚法测定膜基界面的疲劳强度（σｃ以作为评定膜基动态结合强度的判据。实验表明σｃ只对膜基结合状态敏感。与划痕法比较，Ｌｃ还与基体硬度等非界面因数有关。     

用对滚法测定膜基界在的结合强度

用对滚法测定膜基界面的疲劳强度σｃ可以作为评定膜基动态结合强度的判据。实验表明σｃ只对膜基结合状态敏感。与划痕法比较，ＬＣ还与基体硬度等非界面因数有关。     

新型多功能膜/基结合力测定仪的研制

采用改进划痕法原理及切向力检测临界载荷方法，研制了一种新型多功能膜／基结合力测定仪。该仪器结构新颖，实用简便，不仅能测定金属膜层与基体的结合强度，还能对金属膜层进行模拟单颗粒磨损试验。试验表明，该仪器具有较高的可靠性。     

表征硬质镀层力学性能的方法

根据所表征镀层的力学性能和实际应用之间的关系，将表征方法分为两类：基本性能与使用性能的表征。综述了这两类常用的性能表征方法及其优缺点。初步讨论了一些新方法如镀层冲击试验和超声波冲蚀试验，前者可用来分析膜基体系的结合强度或冲击韧度，后者可提供膜基结合强度的更多信息。还介绍了台架试验与实物试验。     

膜—基界面结合状况应力—应变诊析技术研究

开发新的膜—基界面结合强度定量检测技术是目前薄膜技术科研人员普遍关注的热点问题。本文提出了表征膜—基界面结合强度的红外激光划痕检测新技术。界面结合状况诊析技术研究和激光划痕机理是该项新技术的两大关键问题 ,本文在研究激光划痕过程中膜—基系统界面结合状况变化规律的基础上 ,探讨了界面结合状况应力—应变诊析技术 ,提出以脱粘层开始发生弹性失稳翘曲的时刻作为激光划痕膜—基界面破坏临界点的诊析判据。     

涂层刀具膜基结合面的仿生设计

提高涂层刀具膜基结合力对刀具使用寿命有重要影响,提出涂层刀具结合面仿生设计的思想,将牙齿的釉质和本质类比到涂层刀具的涂层和基体,根据牙釉质与牙本质结合面的形状,仿生设计了由一组圆弧组成的膜基结合面。基于基体拉伸法测涂层界面结合强度的思想,利用ABAQUS有限元软件仿真了界面结合强度。结果表明:由一组合适大小圆弧组成的结合面的界面应力分布情况较好。所阐述的膜基结合面形状的仿生设计将为基体表面镀膜前的处理提供一种新的思路。     

α-C:H膜系与氮化物膜系的结构性能比较及机理分析

采用非平衡磁控溅射与阳极离子束技术制备Cr/α-C:H膜系,同时采用多弧离子镀技术分别制备Cr/CrNx与Ti/TiNx膜系,膜层厚度均为2μm。利用扫描电子显微镜、原子力显微镜、Raman光谱、X射线衍射仪分析三种薄膜的微观结构和表面形貌;采用WS-2005型附着力划痕仪测试三种膜系与SKD11不锈钢基体的结合强度;采用自主研制的球磨仪测试制备在SKD11不锈钢与YG6硬质合金基体上的三种膜层耐磨性能。结果表明,利用阳极离子束技术制备的α-C:H膜是一种非晶结构、表面平滑的薄膜,粗糙度值仅为5.21 nm,划痕试验临界载荷为17.8 N。而晶态的TiNx与CrNx膜层粗糙度较高,且其表面存有"熔滴",但其结合强度较高,划痕试验临界载荷达80 N以上。α-C:H膜层的耐磨性能优于TiNx,CrNx,且沉积在YG6硬质合金基体上的膜层单位磨损率均比SKD11不锈钢基体上的膜层低。     

类金刚石碳膜的结合性能评估和本征硬度测量

采用压痕试验法在超显微硬度仪上对不同基体材料上类金刚石碳膜的结合性能进行了评估，并对类金刚石碳膜的本征硬度进行了测量。结果表明，临界载荷Ｐｃｒ，抗裂性指标ｄＰ／ｄＸ是评估膜基结合性能的两个有用参数，可用来评定膜基结合性能。硅基体上类金刚石碳膜的硬度达２７ＧＰａ，硬质合金基体上类金刚石碳膜的硬度达２０ＧＰａ。     

等离子体辅助激光织构化预处理增强TiAlN刀具涂层膜基结合强度的机理研究

物理气相沉积(PVD)TiAlN涂层刀具在难加工材料高性能切削中有巨大的应用需求,而涂层膜基结合强度成为制约其高性能切削难加工材料的关键问题。为解决该问题,采用纳秒激光和等离子体刻蚀系统对硬质合金基体表面进行预处理,而后进行TiAlN涂层,最终获得传统涂层刀具(CCT)、激光织构化涂层刀具(LCT)、等离子体刻蚀涂层刀具(CECT)、等离子体辅助激光织构化涂层刀具(LECT)。分析织构化基体晶相结构、比表面积、表面能等材料特性和表面状态,并利用上述制备的涂层刀具进行划痕试验和干切削316奥氏体不锈钢试验。结果表明,通过基体表面等离子体辅助激光织构化预处理,可改善涂层膜基化学键合性能的差异,增加基体表面比表面积和表面能,改善膜基间物理结合和化学键合界面,进而提升TiAlN涂层膜基结合强度。与其他三种涂层刀具进行划痕试验与切削试验对比,进一步验证了LECT的涂层膜基结合强度最好。     

TiN涂层陶瓷刀具膜-基界面应力的试验研究

利用X射线衍射(XRD)应力分析仪测试了TiN薄膜涂层与Si3N4陶瓷刀具基体的界面残余应力状况,分析了成膜过程中应力形成的原因及对膜—基结合强度的影响。结果表明,TiN薄膜的残余应力为压应力,本征应力为张应力,应力的大小及分布对涂层刀具的硬度和膜—基结合强度有明显影响。     

氮化硅陶瓷表面DLC膜的制备及摩擦性能研究

利用等离子体基离子注入与沉积技术,在氮化硅陶瓷片表面制备200～400nm的类金刚石碳膜。测试薄膜的厚度、表面形貌、结构、膜基结合力,利用球盘试验机考察DLC膜的摩擦性能。结果表明:沉积薄膜均匀光滑;薄膜的硬度和弹性模量与基体差异较小,膜基结合力强;DLC膜具有较低的摩擦因数,抗磨性能优异。     

膜基反射镜的非线性有限元挠度分析

介绍一种获得较精确的膜基反射镜挠度数值解的方法。通过非线性有限元分析,对三种有限元网格划分方法进行研究比较,建立符合实际情况的有限元模型,给出薄膜分析中施加预应力的方法,分析研究膜基反射镜的挠度特性。首先在简易边界条件下,验证有限元分析结果符合固定支撑圆板挠度弯曲问题的理论值;然后运用此方法分析复杂边界条件下膜基反射镜的表面位移情况,获得膜基反射镜面形特征数据。获得的挠度值相对误差小于0.04%,为深入研究膜基反射镜成型及面形控制做了准备。     

TiVN涂层的耐磨性与切削性能的关联研究

通过多弧离子镀沉积技术制备了TiN和TiVN涂层,对比了两种涂层在不同工况下的摩擦磨损性能和切削性能,并指出影响刀具涂层服役性能的主要因素。结果表明,V元素掺杂有效提高了TiN涂层的硬度和结合力、减小了TiN涂层的摩擦因数和低温下的磨损率,但V容易氧化的特性导致500 ℃及以上温度TiVN涂层产生较高的磨损率。切削测试表明,在麻花钻的主切削刃和横刃区域两种涂层发生明显的剥落,而在后刀面涂层未发生明显剥落,TiVN涂层较高的膜基结合强度和耐磨性能使得它对刀具的防护效果更佳;刀具涂层的服役性能与其耐磨性能和膜基结合强度有关,刀具的主切削刃和横刃区域对涂层的耐磨性能和膜基结合强度有着苛刻的要求,且切削刃尖端温度较高,对涂层的高温耐磨性能和膜基结合强度要求也高。     

离子束增强沉积CrN镀层膜基结合强度的测定

采用球滚接触疲劳法评定不同界面共混工艺所制ＣｒＮ镀层膜基结合强度,并对试验结果进行分析对比。试验结果表明,在其它参数相同的条件下,随着氨离子轰击能量从１０ｋｅＶ、２０ｋｅＶ提高到４０ｋｅＶ,静反冲共混界面结合强度相应增大,而动反冲共混界面结合强度则有明显降低的趋势,较低能量（１０ｋｅＶ、２０ｋｅＶ）氨离子动态共混界面具有比其它共混界面更理想的膜基结合强度。     

ELID镜面磨削砂轮氧化膜生成机理

采用铸铁结合剂微细超硬磨料砂轮进行在线电解修整磨削时,ＥＬＩＤ砂轮表面产生的氧化膜起着极其重要的作用。研究了ＥＬＩＤ砂轮电解氧化膜的粘附强度、硬度、致密性、导电性、生成速度与砂轮结合剂成分、磨削液成分和电解参数的关系。     

TiAlN膜层的研究进展

介绍了TiAlN基多层膜的发展及其它元素对薄膜性能的影响。其中薄膜多层化及添加其它元素都是获得具有优良的结合强度、硬度、耐磨性和高温抗氧化性能薄膜的重要手段 ,是今后TiAlN膜的重要发展方向