脉冲激光沉积TiN/AlN多层膜的微结构与力学性能

采用脉冲激光沉积(LPA)法,在单晶Si表面制备了调制周期为50nm的不同调制比的TiN/AlN多层膜,并研究了调制比对多层膜微结构和力学性能的影响。扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)显示,薄膜的调制比在1～4之间。并且小调制比下薄膜表面的岛密度小,岛面积过大,分布不均匀,相邻岛之间的起伏较大。X射线衍射(XRD)结果表明,小调制比下,AlN相为明显的(002)择优取向,TiN相主要以(200)、(220)形式存在;调制比增大后,AlN相的择优取向减弱,同时伴随着薄膜晶粒的细化及硬度增强,这一研究结果说明,调制比对多层膜的性质有一定的影响,大调制比会导致Al元素在界面处聚集,并与TiN进行合金化后的形成TiAlN结构,进而对薄膜的硬度产生影响。     

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。     

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.     

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:...     

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.     

活塞环表面Cr/CrN纳米多层膜的微观结构

为改善发动机活塞环的摩擦学性能,提高其使用寿命,采用多弧离子镀技术在活塞环表面制备了Cr/CrN纳米多层膜.采用x 射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、俄歇能谱仪（AES）、纳米硬度仪和CETR摩擦磨损试验机,系统分析了不同调制周期Cr/CrN纳米多层膜的微观结构、成分分布、纳米硬度和抗滑动磨损性能.结果表明：Cr/CrN多层膜由CrN、Cr2N和Cr相组成,在CrN（200）方向上出现择优取向.随调制周期的减小,多层膜的硬度和残余应力增大,当调制周期为80nm时,多层膜的硬度值最高达到21.5GPa;当调制周期为120nm时,H³/E²值达到最高,此时划痕临界载荷值最高.根据摩擦磨损试验结果可知,与电镀Cr和CrN涂层相比,Cr/CrN多层膜具有相对较好的抗滑动磨损性能,其磨损机制主要以磨粒磨损为主,有可能替代原活塞环Cr电镀层.     

TiN薄膜的制备及其纳米力学性能研究

采用磁控溅射工艺制备了TiN薄膜,借助X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)和纳米压痕仪(nano-indentation)等,研究了薄膜的相结构、表面微观形貌、纳米硬度、弹性模量等,讨论了薄膜制备工艺参数,如基体温度、溅射功率、基体负偏压等的影响.结果表明,Ti N薄膜为多晶态,溅射功率、基体负偏压和基体温度等条件对薄膜的形貌、结构及纳米硬度、弹性模量等的影响比较复杂.     

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.     

CrAlN/VN多层膜调制周期对膜层性能的影响

针对磁控溅射制备CrAlN和VN的单层膜以及不同调制周期的CrAlN/VN纳米结构多层膜,采用X射线衍射仪、能谱仪、激光扫描共聚焦显微镜,维氏硬度计和纳米压痕仪对膜层性能进行表征。实验结果表明:CrAlN、VN以及CrAlN/VN多层膜均为面心立方结构,多层膜中VN层沿着CrAlN层共格生长。CrAlN/VN多层膜的硬度依赖于调制周期,在调制周期为10nm时,硬度达到最大值。多层膜的H~3/E~(*2)和韧性在调制周期较小时,更容易受到膜层中子层性能的影响。     

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.     

蓝宝石/氮化铝衬底上SiC外延薄膜的X射线衍射分析

介绍了在蓝宝石／氮化铝复合衬底上外延生长碳化硅薄膜材料的工艺技术。通过在蓝宝石衬底上预淀积一层薄的氮化铝缓冲使碳化硅薄膜的成核和黏附性得到很大的改善。用多种Ｘ光衍射方法对生长在蓝宝石／氮化铝复合衬底上的碳化硅薄膜的结构进行了分析,结果表明,可在这种衬底上成功地生长 出６Ｈ－ＳｉＣ单晶薄膜。     

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.     

TiN涂层应用及研究进展

综述了近年来TiN涂层的应用,以及为改善TiN涂层性能而进行的多元合金化、多层涂层方面的研究工作,并指出了TiN涂层的发展方向.     

TiN薄膜厚度对耐磨性影响的研究

利用空心阴极离子镀膜机在碳钢上制备TiN薄膜，采用销-盘式磨损试验机，在润滑条件下，研究不同厚度TiN薄膜的耐磨性．结果表明：TiN薄膜厚度低于1μm时薄膜易碎，高于2μm时耐磨性明显提高．     

Si(111)和Si(100)衬底上磁控反应溅射制备AlN薄膜

采用射频磁控反应溅射法在Si(111)和Si(100)两种衬底上制备了AlN薄膜,用X射线衍射(XRD)对AlN薄膜进行了表征,研究了衬底Si(111)、Si(100)取向以及N2百分比对AlN(002)薄膜c-轴择优取向的影响。实验结果表明,Si(100)较适合生长c-轴择优取向AlN薄膜,而且N2百分比为40%时,AlN薄膜的c-轴取向最好,具有尖锐的XRD峰,此时对应于AlN(002)晶向。计算了(002)取向AlN和两种Si衬底的失配度,Si(111)面与AlN(002)面可归结为正三角形晶系之间的匹配,失配度为23.5%;而Si(100)面与AlN(002)面可归结为正方形晶系与正三角形晶系之间的匹配,失配度为0.8%,可以认为完全共格。理论分析和实验结果相符。     

PVDF/PDDA静电自组装超薄膜的制备与表征

提出了一种制备纳米量级铁电聚合物PVDF/PDDA超薄膜的新方法。聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)和极化处理后的聚偏氟乙烯(PVDF)复合超薄膜是通过层与层的静电自组装(LbL-SA)方法制备的,厚度约30~150 nm,每层膜厚度约为9 nm。PVDF/PDDA多层膜通过石英晶振微天平(QCM)、红外频谱仪、原子力显微镜(AFM)进行了测试与表征。QCM表征结果表明,PVDF与PDDA超薄膜能较好地交替组装;AFM表明PVDF/PDDA聚合物超薄膜的表面均匀、薄膜致密。与PVDF厚膜的电阻性能相比,PVDF/PDDA复合超薄膜的电阻性能有了很大提高。     

DCVD TiN形核长大机制的研究

实验对TiN沉积膜和基体复层膜采用了透射电镜衍射及x射线衍射分析方法,确立了TiN晶体与基体各相的位向关系。即TiN在初始形核时,在钢基体母相与碳化物上呈多晶紊乱位向形核,以[200]择优取向长大,以此建立PCVD TiN沉积膜生长模型。