脉冲激光沉积制备TiN/AlN多层薄膜的研究

采用脉冲激光沉积(PLA)法,在单晶Si试样表面沉积制备了一系列TiN/AlN硬质多层膜,并采用基于免疫算法的免疫径向基函数(IRBF)神经网络对AlN厚度建立预测模型,设计出具有可控调制周期和调制比的TiN/AlN多层膜。X射线衍射(XRD)结果表明,小调制层周期下,过高或过低的工艺条件下薄膜通常为非晶态,适当的工艺条件下TiN、AlN形成具有强烈织构的超晶格柱状晶多层膜;与此相应,纳米多层膜产生了硬度和弹性模量异常增高;随着调制比增加,使纳米多层膜形成非晶AlN层和纳米晶TiN层的多层结构,多层膜的硬度和弹性模量逐渐下降。XPS结果表明,薄膜界面由Ti+4、Ti+3离子组成,N的负二价、三价亚谱结构预示着非当量TiN、AlN的形成。AFM研究显示,薄膜的调制周期均在10~200 nm范围内,且薄膜表面较均匀;当多层薄膜调制周期在50 nm以下时,薄膜的纳米硬度值明显高于TiN和AlN的混合硬度值,达30 Gpa。     

钛合金表面TiAlN膜层的制备

为了研究不同偏压对TiAlN薄膜性能的影响以及薄膜体系膜基硬度比随载荷的变化关系,采用多弧离子镀的方法在Ti6Al4V合金表面制备TiAlN薄膜,利用扫描电子显微镜、x 射线衍射仪、全自动显微硬度计等设备对膜层的微观组织结构和力学性能进行了测试.结果表明,TiAlN膜层由Ti2AlN(hcp)相组成.在恒定载荷条件下,体系的膜基硬度比随载荷的增加而减小.当载荷小于300g时,偏压对膜基硬度比与载荷关系曲线呈不规则影响.载荷超过300g以后,几乎没有影响.     

调制比对多层DLC薄膜性能的影响

针对DLC薄膜内应力大,膜基结合强度较差的问题.本文通过磁过滤真空阴极电弧设备,沉积不同偏压下的单层DLC薄膜,并以此为基础控制沉积多层DLC薄膜时各个阶段的偏压,镀制不同调制比下三层结构的DLC薄膜,最终使用纳米压痕划痕仪测试薄膜硬度、弹性模量和膜基结合强度,探讨了不同调制比对DLC薄膜机械性能的影响.实验结果表明:...     

结构调制高硬度TiCu/TiN-Cu纳米多层复合膜制备及其机械性能

为改善TiN硬质薄膜的硬度和耐摩擦磨损性能,采用多弧离子镀技术,在硬质合金基底上制备了单层TiN-Cu薄膜和调制周期Λ=5.9～62.1 nm的5组TiCu/TiN-Cu纳米多层复合膜。使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、纳米压痕仪、划痕仪和摩擦磨损试验机等测试仪器,表征了薄膜的微观结构及机械性能,并研究了调制周期对纳米多层复合膜结构及机械性能的影响。实验结果表明:与单层TiN-Cu薄膜相比,TiCu/TiN-Cu纳米多层复合膜有效地抑制了晶粒生长,而且分层明显,薄膜均匀致密,薄膜中TiN晶粒以面心立方结构沿(111)方向生长。随着调制周期的减小,薄膜的结晶性有所下降,薄膜的硬度呈现先增大后减小的趋势。在调制周期为13.7 nm时,薄膜综合性能达到最佳,薄膜的硬度达到了42.6 GPa,H~3/E~2值也达到了0.689,摩擦系数为0.17,附着力为49.2 N,接近53.1 N的最高值,表明薄膜具有理想的硬度和耐摩擦磨损能力。在使用多弧离子镀工艺制备TiCu/TiN-Cu纳米多层复合多层膜的过程中,通过调整调制周期,有效地改善了膜层的机械性能,拓展了膜层的应用范围。     

基体粗糙度和硬度对TiAlCN附着力的影响

在不同粗糙度和硬度的GCr15轴承钢基体上,利用多弧离子镀技术低温(175℃)沉积TiAlCN涂层.利用扫描电子显微镜(SEM)、AFM、EPMA、XRD和附着力测试仪等研究了薄膜形貌和性质.结果表明:基体越平整,制备的涂层表面也就越平整;薄膜附着力随着表面粗糙度的增大而减小,在基体粗糙度为0.01μm时,薄膜附着力达到最大值42.8N;基体硬度越高,膜/基附着力越大,在基体硬度为835HV0.01时,附着力达到最大值31.2N;在涂层中,发现了晶体结构为fcc-TiN结构,衍射图中没有AlN相出现,这是TiN相优于AlN相而形成的缘故.     

Al掺杂量对ZnO薄膜微观结构及光学性能的影响

采用无水乙醇新溶剂体系,利用旋涂技术在超薄玻璃基片表面制备Al∶ZnO薄膜层,并研究铝掺杂含量对膜微观结构及光学性能的影响。通过X射线衍射技术(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见分光度计对膜层的物相、表面与断面形貌及可见光透过率进行分析。结果表明:无水乙醇溶剂条件下所制的膜层具有典型的六角纤锌矿结构,随着掺杂量增加,膜层择优取向度先增加后减小,当铝掺杂量为3%时,择优取向度最高。且在3%掺杂条件下,膜层样品表面平坦,界面结合牢,结构致密,孔隙率低。紫外-可见光透射光谱研究表明:当掺杂量为3%时,薄膜结晶质量与择优取向度最好,且具有最高的可见光透射率。     

非平衡磁控溅射TiCxN1-x薄膜微结构及性能分析

为了研究不同沉积条件下TiCxN1-x(0≤x≤1)薄膜的相结构、显微硬度及摩擦性能的影响因素,用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪分析薄膜的形貌和相结构,用HXD-1000数字式显微硬度计、MCMS-1摩擦磨损仪测试薄膜的硬度和摩擦系数.研究结果表明:TiN,TiC薄膜显示出〈111〉择优取向生长趋势,Ti(C,N)有较强的〈200〉取向,Ti(C,N)衍射峰涵盖了TiN峰和TiC峰,薄膜存在TiN和TiC两相共存.与TiN,TiC相比,Ti(C,N)薄膜具有更高硬度,当C原子含量x＝0.582时,Ti(C,N)薄膜硬度达到最大值为33.6 GPa,且表现出更低的摩擦系数和更好的耐磨性能.     

升温模式对热处理TiN薄膜结构及性能的影响

为了比较不同热处理方式及工艺对TiN薄膜结构和性能的影响,在真空条件下、300~900℃范围内,对采用非平衡磁控溅射方法在单晶硅基底上沉积TiN薄膜后进行了热处理实验,考查了热处理模式（不同升温速率）和温度对薄膜结构和性能的影响．利用X射线衍射仪（XRD）对薄膜微结构进行表征,并利用扫描电镜观察了不同热处理模式下薄膜的表面形貌．同时,对不同工艺下薄膜的硬度、表面粗糙度和电阻率进行了表征．结果表明,薄膜经过热处理后,其晶体结构、择优取向、硬度、粗糙度和电阻率发生明显变化,并且随着热处理模式和温度的不同而产生较大差异．无论哪种模式,真空热处理后TiN薄膜的硬度均有所下降,其表面粗糙度亦有相似的变化趋势．两种模式下,经过450℃热处理后薄膜的硬度和粗糙度均达到最大值,与其高度择优取向的晶体结构有明显的相关性．     

铝靶电流对TiAlN薄膜组织结构与性能的影响

采用非平衡磁控溅射离子镀技术在YG6硬质合金表面沉积Ti Al N薄膜,研究Al靶的溅射电流对TixAl1-xN薄膜组织结构与性能的影响。利用X线衍射仪、扫描电子显微镜和显微硬度仪等分析仪器对制备的TixAl1-xN薄膜的相结构、表面形貌和显微硬度进行测试分析。测试结果表明:膜层中存在Ti3Al N、Al N相,且Ti3Al N沿(220)晶面择优取向。SEM测试表明,随Al靶功率的提高,膜层晶粒结构变得更致密。显微硬度仪测得薄膜平均硬度最高可达2 980 HV。     

铜合金表面Ti/TiN多层膜的制备、结构及其性能

为了研究多层膜的腐蚀性能,促进多层膜在生产中的应用,采用电弧离子镀技术,通过调整环境N₂和Ar气的时间比例在铜衬底上成功制备了不同调制周期的Ti/TiN多层膜.利用x 射线衍射谱和交流阻抗谱研究了该多层膜的结构和腐蚀性能.表面形貌显示,沉积的Ti/TiN多层膜具有明显的周期性,环境中N2和Ar气的时间比例决定了多层膜的调制周期,N₂气时间越长,多层膜中TiN相层越厚.腐蚀性能测定表明,多层膜的调制周期影响其耐蚀性,当调制周期为550nm时,沉积膜的耐腐蚀性最好.     

Synthesis of TiN/AlON composite ceramics

The synthesis process of TiN/AlON composite ceramics was studied, the thermodynamics, mechanical properties and micro-structures of TiN/AlON have also been investigated. The TiN/AlON composite ceramics has been synthesized by both hot-pressing and pressureless sintering. The characterizations of the material synthesized were analyzed with XRD (X-ray diffraction) and TEM (transmission electronic microscope). The density and toughness strength of TiN/AlON are 3.57g/cm3 and 4.74MPa.m1/2, respectively. The bending strength was measured at both room temperature and high temperatures and the results are 399 MPa (room temperature), 406 MPa (1 073 K), 417 MPa (1 273 K) and 323 MPa (1 573 K). Pattern Recognition (PR) and Artificial Neural Network (ANN) were used to optimize the parameters and to predict the expected values. A proper parameter for pressureless sintering of TiN/AlON has been obtained and testified, the parameters are temperature (1 978 K), AlN / (AlN + Al2O3) ratio (0.22), MgO (4.7%) and TiO2 (7.2     

Fabrication of in situ Ti2AlN/TiAl composites by reaction hot pressing and their properties

Ti2AIN/TiAI composites with different volume fractions of reinforcement were successfully fabricated by hot-pressing sintering method （reaction hot pressing） using Ti, Al and TiN powders as starting materials. The synthesis process includes four stages： first, the reactions between Al and Ti powers and between Al and TiN powders respectively occur and result in TiAl3 phase; secondly, AI powders in the sample are exhausted; the remaining Ti cores react with TiAl3 layer to form Ti-Al intermetallics; moreover, a few Ti2AlN particles precipitate from the TiAl3 phase; thirdly, Ti-Al intermetallics react with the remaining Ti cores to form Ti3Al and TiAl phases. TiAl phase and original TiN powers are in direct contact each other; finally, the residual TiN powers react with TiAl phase and result in a plenty of TizAIN phase. Compared with TiAl matrix, the hardness, elastic modulus and high-temperature compressive strength of Ti2AlN/TiAl composite are improved obviously and they are all enhanced with increasing the volume fraction of Ti2AlN phase.     

Property improvement of multilayer TiN/Ti films with C+ implantation

Using the MEVVA ion source, carbon ions have been implanted in TiN coatings deposited by multiarc ion plating. The Vickers microhardness of the C⁺-implanted TiN films increased with the increase in the ion flux and dose. X-ray diffraction (XRD) analysis showed that the TiC phases had been formed in the films. In addition, the films had the preferred growth orientations of TiN and TiC, both of which were (111) orientation after annealing at 500°C for 30 min. Auger electron spectra analysis indicated that C⁺-implanted profile was in typical Gaussian-like distribution in single films. The distribution with multipeaks of C atoms was obtained in multi-layer TiN/Ti. The possibility of the multilayer films (Ti(C,N)/TiN/Ti(C,N)/TiN and Ti(C,N)/TiC/Ti(C,N)/TiC) forming using the C-implanted TiN/Ti films is presented for the first time. Project supported by the National Natural Science Foundation of China and the “863” Hi-Tech Program of China.     

脉冲偏压对铝合金上TiN膜生长的影响

为了研究在铝合金上硬质膜的性能,促进硬质TiN膜在铝合金构件上的应用,利用电弧离子镀在7075铝合金上沉积TiN膜层,并通过改变脉冲偏压幅值研究其对薄膜生长过程的影响.结果表明,生长的TiN膜具有柱状特征,在无偏压或低偏压时,柱状特征明显,但随着负偏压值的增大,柱状特征变得不明显,膜层中Ti和N的原子比率增加,由无偏压、低偏压时近似为1.0增加到-200V偏压时的1.2.在0～-200V偏压范围内,沉积膜的平均生长速率由1.5μm/h增加到11.3μm/h.随着负偏压的增加,TiN膜的(111)方向的择优取向越来越明显,而(200)方向强度越来越小.沉积膜呈柱状生长,具有明显的择优取向,其程度受脉冲偏压影响.     

CrAlN/TiAlN 纳米多层膜的微结构及其性能研究

采用磁控反应溅射法制备了不同调制周期的CrAlN/TiAlN纳米多层膜,并通过X射线衍射仪 、显微硬度计、扫描电镜分析了调制周期对多层膜的微结构、力学性能和高温抗氧化性能的影响。结果表明：CrAlN/TiAlN纳米多层膜共格外延生长,呈现CrAlN（或TiAlN）面心立方结构,且呈（111）择优取向;CrAlN/TiAlN纳米多层膜在某些调制周期出现硬度异常升高的超硬度效应;CrAlN/TiAlN纳米多层膜比CrAlN, TiAlN单层膜具有更好的高温稳定性,高温时仍具有较高的硬度。     

调制周期对Ti-TiN多层薄膜光学和电学性能的影响研究

采用反应直流磁控溅射法,在Si(111)基底上制备一系列不同结构的Ti/TiN多层薄膜.研究了溅射沉积过程中调制结构对周期薄膜光电性能的影响.研究结果表明:电阻率随着周期层数的增大而减小;周期层数增加时薄膜近红外反射率增大;当调制周期为25 nm时,薄膜方块电阻最小,同时薄膜红外反射率最大;修正了红外反射率RIR近似计算公式的系数.     

Influence of substrate metals on the crystal growth of AlN films

AlN films were deposited by reactive radio frequency (RF) sputtering on various bottom electrodes,such as Al,Ti,Mo,Au/Ti,and Pt/Ti.The effects of substrate metals on the orientation of AlN thin films were investigated.The results of X-ray diffraction,atomic force microscopy,and field emission scanning electron microscopy show that the orientation of AlN films depends on the kinds of substrate metals evidently.The differences of AlN films deposited on various metal electrodes are attributed to the difference...     

CrAIN／TiAIN纳米多层膜的微结构及其性能研究

采用磁控反应溅射法制备了不同调制周期的CrAIN／TiAIN纳米多层膜,并通过x射线衍射仪、显微硬度计、扫描电镜分析了调制周期对多层膜的微结构、力学性能和高温抗氧化性能的影响。结果表明：CrAIN／TiAIN纳米多层膜共格外延生长,呈现CrAIN（或TiAIN）面心立方结构,且呈（111）择优取向;CrAIN／TiAIN纳米多层膜在某些调制周期出现硬度异常升高的超硬度效应;CrAIN／TiAIN纳米多层膜比CrAIN,TiAIN单层膜具有更好的高温稳定性,高温时仍具有较高的硬度。