电弧离子镀制备 TiSiN 纳米复合涂层

目的在SiH4气氛下制备Si掺杂的TiSiN纳米复合涂层,为SiH4用于工业化TiSiN涂层生产提供依据。方法采用电弧离子镀技术,在SiH4气氛下,于单晶硅和硬质合金衬底上制备Si掺杂的TiSiN纳米复合涂层,研究SiH4流量对TiSiN涂层化学组分、微观结构、硬度和耐磨性能的影响。结果 SiH4流量对TiSiN纳米复合涂层的微观结构、硬度及摩擦系数的影响明显。随着SiH4流量的增加,TiSiN涂层由柱状晶生长的晶体结构逐渐转变为纳米晶镶嵌于非晶基体的复合结构。Si在涂层中以Si3N4非晶相存在,随着涂层中Si含量逐渐增加,TiN晶粒尺寸逐渐减小,Si3N4起到细化晶粒的作用。在42 m L/min的SiH4流量下,涂层硬度高达4100HV0.025。在对磨材料为硬质合金的条件下,TiSiN涂层摩擦系数小于0.6。结论 SiH4气氛下可以制备出Ti N纳米晶镶嵌于Si3N4非晶相结构的TiSiN纳米复合涂层,涂层的显微硬度较高。SiH4可以作为Si源用于TiSiN纳米复合涂层的工业化生产。     

多弧离子镀制备TiN-Cu超硬纳米复合涂层的研究

采用多弧离子镀技术制备了TiN—Cu超硬纳米复合涂层,并对涂层断口形貌、相组成、择优取向、硬度等进行了测试分析。试验结果表明,用多弧离子镀技术的分层沉积和混合沉积方式都可以制备出硬度高达40．8GPa以上的TiN—Cu超硬复合纳米涂层。涂层中TiN晶粒尺寸普遍〈15nm,达到了纳米晶水平,且涂层中的Cu含量、TiN择优取向等因素均对涂层硬度有重要影响。     

工作气压对TiBN/TiAlSiN纳米多层涂层的结构和性能影响

为应对高速干式切削、工磨具行业对新型防护涂层的需求,制造高硬度、耐摩擦磨损的纳米复合涂层具有巨大的市场前景。 采用阴极多弧离子镀技术,在不同的工作气压下用 TiB2 和 TiAlSi 合金靶作为阴极蒸发靶材,在硬质合金衬底上分别沉积了 TiBN,TiAlSiN 涂层和 TiBN/ TiAlSiN 多层涂层。 借助于 XRD、 XPS、 SEM、 AFM 和 HRTEM 对涂层的成分、形貌及微观结构进行表征分析。 并用纳米压痕硬度计和球盘式摩擦测试仪分别研究了涂层的硬度和摩擦磨损性能。 研究结果表明:TiBN/ TiAlSiN 涂层呈现一种非晶相包裹纳米多晶相的微观结构形态,工作气压越高,涂层表面越趋于光滑;涂层在 1. 0 Pa 工作气压下涂层显微硬度值达到 38 GPa;在 2. 0 Pa 的工作气压下,涂层显微硬度值约 34 GPa,摩擦因数低于 0. 29。 与 TiBN 和 TiAlSiN 涂层相比,TiBN/ TiAlSiN 纳米多层涂层的机械、摩擦学性能更加优越,这为应用在干式切削、磨削工具领域的硬质润滑多层涂层的制备与研究指明了一条方向。     

304不锈钢表面单层/多层TiN基涂层制备及耐磨蚀性能研究

目的探究钢基表面TiN基涂层在海洋环境中的耐磨蚀性能。方法采用电弧离子镀技术,在304不锈钢和单晶硅表面分别沉积TiN、TiBN、TiBN/TiN涂层,并对3种涂层样品的表面–截面形貌、摩擦系数、在人工海水中的电化学性能和摩擦腐蚀行为进行测试。结果形貌表征和干摩擦测试结果显示,TiBN和TiBN/TiN涂层有着比TiN柱状晶更加致密的微观结构,3种涂层的摩擦系数相差不大,比304SS的摩擦系数低。在人工海水环境中的电化学测试结果表明,TiBN/TiN涂层的耐腐蚀性能最佳,TiBN涂层次之,TiN涂层则表现出比304不锈钢基底更差的耐腐蚀特性。在发生摩擦腐蚀的过程中,3种涂层的电位（OCP）均发生了下降。结论利用电弧离子镀技术在304不锈钢表面沉积的单层/多层TiN基涂层,在人工海水环境下,发生的摩擦会增加涂层发生腐蚀的趋势,结构致密,表面易形成钝化膜的涂层,其耐磨蚀性较好。     

HiPIMS制备TiB_(2)、TiBN涂层及其等离子体性质EI北大核心CSCD

高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)沉积制备TiB_(x)时,涂层化学计量比x随HiPIMS脉冲宽度的减小而降低。采用原位等离子体质谱仪研究TiB_(x)涂层的沉积等离子体性质,采用弹性反冲探测分析技术测量涂层元素组成,采用X射线衍射分析涂层相结构,采用X射线光电子能谱研究涂层键价结构,通过纳米压痕仪测试涂层力学性能。结果表明,减小HiPIMS脉冲宽度后出现气体稀释效应,加之Ti的一次离化能低于B,即Ti优先B发生离化,导致Ti^(+)/B^(+)离子束流比增大,从而降低TiB_(x)涂层化学计量比x,揭示了TiB_(x)涂层化学计量比演变机制。此外,在短HiPIMS脉冲宽度溅射TiB_(2)靶材条件下,引入N_(2)气体,当N_(2)流量为10 mL/min、HiPIMS脉冲宽度为30μs时,成功制备出具有纳米晶TiN、TiB_(2)复合结构特征的新型TiBN涂层,此TiBN涂层硬度及弹性模量分别为37.5 GPa、300 GPa,为具有优异力学性能纳米复合涂层的设计制备提供实验和理论指导。     

多弧离子镀制备TiN/TiBN纳米复合涂层的结构和性能

为了满足复合材料高速切削加工的需要,用金属Ti靶和纯TiB2靶作为靶材料,在N2气氛下用多弧离子镀方法制备了TiN/TiBN纳米复合涂层。利用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)分析涂层的组织结构、成分和表面形貌;利用显微硬度计、划痕仪和球盘摩擦仪分析调制周期对涂层力学性能的影响。结果表明:TiN/TiBN纳米复合涂层的调制周期范围为5.5~21nm,主要成分为晶相TiN、非晶BN和TiB2;调制周期对涂层的力学性能有较大的影响,随着调制周期的减小,硬度增加,调制周期最小时最大硬度达到29GPa;最大膜基结合力为88N,且所有样品均表现出较高的膜基结合力。随着转速的增大,摩擦因数与表面粗糙度两者表现出相同的变化趋势,摩擦因数最大值为0.31,其低摩擦因数与自润滑的BN相的存在有关。调制周期减少,界面积增加,TiN/TiBN纳米复合涂层的力学性能增强。     

高速电弧喷涂铝基非晶纳米晶复合涂层的组织及性能

采用自动化高速电弧喷涂系统,将自行研制的粉芯丝材在AZ91镁合金基体表面制备出2种Al基非晶纳米晶复合涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)观察非晶纳米晶复合涂层横截面的微观形貌,利用XRD对非晶纳米晶复合涂层进行结构分析。结果表明,非晶纳米晶复合涂层是由非晶相和晶化相共同组成,涂层致密,孔隙少。Al-Ni-Y-Co涂层的维氏硬度值为3117.6MPa,Al-Ni-Mm-Fe涂层的维氏硬度值为3407.2MPa,约为传统Al-RE涂层的4倍左右,为AZ91镁合金基体的5倍左右。电化学试验结果表明,Al-Ni-Y-Co、Al-Ni-Mm-Fe涂层的耐蚀性优于传统Al-RE涂层和AZ91镁合金基体。     

高速电弧喷涂铝基非晶纳米晶复合涂层的组织及性能

采用自动化高速电弧喷涂系统,将自行研制的粉芯丝材在AZ91镁合金基体表面制备出2种Al基非晶纳米晶复合涂层。采用扫描电子显微镜（SEM）观察非晶纳米晶复合涂层横截面的微观形貌,利用XRD对非晶纳米晶复合涂层进行结构分析。结果表明,非晶纳米晶复合涂层是由非晶相和晶化相共同组成,涂层致密,孔隙少。Al-Ni-Y-Co涂层的维氏硬度值为3117.6 MPa, Al-Ni-Mm-Fe涂层的维氏硬度值为3407.2 MPa,约为传统Al-RE涂层的4倍左右,为AZ91镁合金基体的5倍左右。电化学试验结果表明,Al-Ni-Y-Co、Al-Ni-Mm-Fe涂层的耐蚀性优于传统Al-RE涂层和AZ91镁合金基体。     

nc-(Ti,Al)(C,N)/a-SiNx纳米复合薄膜的制备及性能研究

目的 研究Si、C单元素掺杂及其共同掺杂TiAlN涂层对涂层性能的影响.方法 基于阴极电弧+辉光放电技术,在SUS304不锈钢基体及硬质合金刀具上分别制备nc-(Ti,Al)N、nc-(Ti,Al)N/a-SiNx、nc-TiAlCN及nc-TiAlCN/a-SiNx/a-C纳米复合薄膜,通过SEM观察涂层的微观组织形貌,并借助EDS表征涂层的元素成分,用XRD分析涂层的物相构成,探究C、Si元素对涂层生长的影响.采用纳米硬度仪测试涂层的硬度,采用二维轮廓仪及三维形貌仪表征涂层的表面粗糙度及表面形貌,通过滑动摩擦磨损试验测定涂层的耐磨性,用纳米划痕仪表征涂层的摩擦系数及涂层与基体的结合强度,用铣削实验表征涂层的切削性能.结果 该技术制备的TiAlN涂层,内部晶相结构复杂,硬度为29.57 GPa,主要归因于Ti2AlN、Ti2N等硬质相及TiN0.3相的形成降低了涂层的晶格常数.此为首次报道通过物理气相沉积方法制备含TiN0.3相的涂层.TiAlSiN涂层的硬度最高,为37.69 GPa,且耐磨性最好,主要原因是Si的添加起到了细晶强化和晶界强化的作用.C掺杂TiAlN使涂层析出更多非晶相,涂层硬度降低.C、Si元素共同掺杂,使得nc-TiAlCN/a-SiNx/a-C涂层表现出较低的摩擦系数及表面粗糙度,但与基体的结合性能最差,nc-(Ti,Al)N/a-SiNx薄膜的结合强度最好.结论 涂层均提高了基体表面的显微硬度,Si、C元素的掺杂可使涂层的某些性能得以大幅提升,但在实际应用中,还需根据应用需求选择合适的涂层.     

AlCrBN/AlCrSiN纳米晶多层复合涂层的制备及其性能

目的制备高硬度、高耐磨性、自润滑及高热稳定性的AlCrBN/AlCrSiN纳米晶多层复合涂层,探索涂层的微观结构、力学性能、耐磨性能及高温热稳定性能。方法采用多弧离子镀技术在WC-Co硬质合金以及不锈钢基底上,制备AlCrBN/AlCrSiN多层纳米晶复合涂层。采用扫描电子显微镜、X射线衍射、透射电子显微镜、纳米压痕仪等设备,对涂层在不同温度(600~1000℃)下退火前后的表面形貌、微观结构、力学性能、耐磨性能进行系统研究。结果AlCrSiN/AlCrBN涂层为典型的纳米晶复合多层结构,涂层主要由fcc-AlCrN纳米晶镶嵌在非晶的SiNx和BNx中并形成多层结构。涂层具有优异的热稳定性能,其结构能够保持到800℃不发生变化,当温度增加到900℃时,涂层发生调幅分解,形成c-AlN、hcp-AlN和Cr2N等复合结构,在1000℃退火后,涂层结构基本稳定,仍能检测到CrN相。涂层纳米硬度及平均摩擦因数分别为29.15 GPa和0.67。结论AlCrSiN/AlCrBN涂层具有优异的力学性能、耐磨性能及高温热稳定性能,在800℃以下保持稳定,在1000℃退火后仍能保持较高的硬度及良好的耐磨性能,在高速切削刀具中具有良好的应用前景。     

深冷处理对TiN涂层硬质合金力学性能的影响

采用电弧离子镀技术在YW2硬质合金基体上沉积了厚度为2μm的TiN涂层,对所获得的TiN/YW2体系进行了-196℃下30 h的深冷处理。采用X射线衍射仪(XRD)和显微硬度仪分别对深冷前后TiN涂层的相结构和硬度进行了检测,利用洛氏硬度仪采用压痕法研究了深冷处理前后YW2基体和TiN/YW2体系压痕形貌的变化,借助金相显微镜和扫描电镜(SEM)研究了基体显微组织及其对体系断裂韧性、界面结合状况的影响。结果表明:深冷处理后涂层中应力诱导晶粒扭转导致的TiN(111)面择优取向,使体系的硬度得到了提高。基体上压痕径向放射性裂纹密度明显降低,TiN涂层沿压痕周向的块状剥离得到缓解。深冷处理后弥散分布的颗粒状γ相显著减少或消失、孔隙率降低,组织变得更加致密,加之深冷处理过程中裂纹源的弥合,提高了YW2基体和TiN/YW2体系的断裂韧性和界面结合强度。     

多弧离子镀制备CrAlSiN/TiAlSiN纳米涂层的结构和性能研究

目的研究调制周期对CrAlSiN/TiAlSiN纳米复合涂层结构和力学性能的影响。方法采用多弧离子镀技术,以AlCrSi靶和AlTiSi靶作阴极弧靶材料,通过改变衬底的转速(转速分别为2、4、6、8r/min)来调整涂层结构的周期,制备不同调制周期CrAlSiN/TiAlSiN纳米复合涂层。用X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、扫描电子显微镜和原子力显微镜,测量了涂层的组织结构、化学成分、表面及截面形貌,用显微硬度计、划痕试验仪和摩擦仪测量了不同调制周期的涂层的力学性能。结果不同转速下,CrAlSiN/TiAlSiN纳米复合涂层具有相同的晶相结构,包含CrAl、CrN和TiN,其中Al元素几乎全部固溶在CrAl相中。Si元素在涂层中以非晶相的形式存在或被非晶化合物所包裹。随着转速的增大,复合涂层的硬度呈现先增大后减小的趋势,而摩擦因数与均方根粗糙度则呈现出先减小后增大的趋势,即硬度越大,摩擦因数和均方根粗糙度越小。结论CrAlSiN/TiAlSiN纳米复合涂层的硬度和摩擦因数受调制周期的影响较大。当转速为6r/min时,制备的涂层具有最大的显微硬度(38GPa)和最小的摩擦因数(0.375)。     

多弧离子镀TiAlSiN梯度涂层制备及切削性能

针对含Si超硬涂层与基体结合强度不足,切削过程中涂层易发生剥落从而导致涂层刀具切削性能低的问题,采用离子源增强的多弧离子镀技术在硬质合金刀具上制备了不同含Si层梯度结构的TiAlSiN梯度涂层。利用XRD、SEM、OM以及切削试验探讨不同含Si层梯度结构对涂层物相、表面形貌、膜基结合强度、摩擦磨损以及切削性能的影响。结果显示：不同含Si层梯度结构的TiAlSiN涂层主要由固溶的（Ti,Al） N和（Al,Ti） N相组成。其中,低Si直接过渡的TiAlSiN涂层（S3）呈现出较高的硬度、良好的膜基结合力、较低的涂层残余应力和摩擦因数。铣削结果显示,涂层刀具的切削磨损机理主要表现为粘着磨损。当切削速度为80 m/min时,低Si过渡涂层（S3涂层）表现出更高的切削长度（925 m）,显著高于S1涂层的525 m;当切削速度由80 m/min增加至110 m/min时,S3涂层切削长度增加到1650 m。对含Si刀具涂层进行梯度设计,可有效提高涂层的膜-基结合强度和涂层刀具的切削性能。     

V and N co-doped diamond-like carbon films deposited by pulsed bias arc ion plating

V and N co-doped diamond-like carbon (DLC–VN) composite films were deposited on cemented carbide substrates by pulsed bias arc ion plating. The effects of V and N contents on the structures and properties of the films were investigated by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Raman spectra, grazing incident X-ray diffraction (GIXRD), transmission electron microscopy (TEM) and nano-indentation, respectively. The as-deposited films consist of a DLC–VN nanocomposite, where VN nanograins are embedded in an amorphous carbon matrix. The V and N contents have significant influences on the relative proportion of VN with respect to DLC. A proper concentration of VN nanocrystals in DLC induces even the formation of nano-diamond. The DLC–VN films have higher hardnesses than pure DLC films, which could be attributed to the nanocomposite structure.     

多弧离子镀Al靶弧流对活塞环AlCrN涂层性能的影响

采用多弧离子镀技术方法在铸铁活塞环的表面沉积一层AlCrN涂层,在各种参数一定的情况下,通过改变Al靶的弧流来研究AlCrN涂层的组织和性能的变化.采用SEM,XRD,MM-200型摩擦试验机和显微硬度计测试涂层的表面组织形貌、显微硬度和涂层的摩擦因数.实验结果表明:Al靶弧流对涂层的微观组织和力学性能影响都很大.随A...