(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。     

磁控溅射制备(Ti,Al,Cr)N硬质薄膜及其力学性能的研究

用反应磁控溅射的方法通过改变Cr靶溅射功率在不锈钢基体卜沉积不同Cr含量TiAlCrN薄膜.采用台阶仪测量薄膜厚度;采用纳米压痕仪测量薄膜的硬度、弹性模量和薄膜与基体的结合力.沉积的TiAlCrN薄膜随着Cr含量增加,薄膜硬度先增大,而后减小;TiAlCrN薄膜的第一临界载荷和第二临界载荷均随Cr含量增加而增大.     

PVD法制备(Ti,Al)N涂层中残余应力对其质量的影响

在国产离子镀和空心阴极离子镀复合镀膜机上,通过改变脉冲偏压值制备了(Ti,Al)N涂层。用X射线衍射仪对涂层的相组成进行了检测分析,并通过测得的衍射谱线计算了(Ti,Al)N涂层中的残余应力值;扫描电镜观察涂层表面微观形貌显示涂层表面存在"大颗粒"现象;用材料表面微纳米力学测试系统检测了涂层与基体间的结合力和涂层的硬度值。对涂层中残余应力与质量和性能之间关系的研究分析表明:(Ti,Al)N涂层中存在着残余压应力,且随脉冲偏压值的增加其值有先减小后增大的趋势;涂层中"大颗粒"现象随脉冲偏压值的提高能够显著得到减轻,涂层与基体间结合力得到提高,涂层的硬度值增大,涂层质量和力学性能均得到改善。     

(Ti,Al,Zr)N多元硬质膜的退除方法与工艺研究

利用多弧离子镀技术并使用Ti-Al(原子百分比50∶50)合金靶与Zr单质靶组合在高速钢基体上镀覆(Ti,Al,Zx)N硬质反应膜.使用螯合剂、氧化剂、缓蚀剂及氢氧化钠配制膜层退除液,通过改变退除液各组元的浓度、退除液PH值和退膜温度等影响因素,考查(Ti,Al,Zr)N硬质反应膜的退除效果.分析了高速钢基体和退膜前后试样的表面形貌、成分和粗糙度.比较了退除液组元的不同组合、不同浓度、退除液不同PH值条件下镀膜试样表面形貌随时间的变化,进而确定了退除液的最佳组元组合及最佳退除膜层工艺,实现了高速钢基体上(Ti,Al,ZOr)膜的完全退除,退膜后的试样表面光亮,无腐蚀损伤.     

直流磁控溅射制备(Ti,Al)N薄膜研究

本研究采用直流磁控溅射的方法在W 18Cr4V高速钢基体上制备不同Al/Ti比例的(Ti,Al)N薄膜,为此,在圆柱形磁控溅射Ti靶表面上,采用多弧离子镀技术覆盖不同面积和一定厚度的纯Al,结果表明:只有在靶材的外表面Ti与Al的交界附近的样品才能沉积成薄膜,随着靶材表面覆盖纯A l的面积增大,所形成的结晶薄膜中的Al/Ti比例增大,膜层中的相组成AlN的数量增多,而TiAlN的数量减少,此外纯Al的覆盖面积过大,将导致溅射时所需要的气压过高而无法沉积成膜。     

(Ti,Al, Cr)N膜系的研究进展

总结了(Ti,Al,Cr)N膜系的沉积方法并讨论了化学成分、N2流量以及基底偏压等工艺参数对薄膜产生的影响,针对(Ti,Al,Cr)N膜系的相组成与膜层成分、抗氧化性、耐腐蚀性、显微硬度、抗摩擦磨损性能以及膜基结合力等方面进行了详细阐述.在此基础上,对(Ti,Al,Cr)N膜系的未来发展进行了展望,以期为多组元氮化物硬...     

(Ti,Al,Zr)N多元氮梯度硬质反应膜的组织结构和性能

采用多弧离子镀技术和Ti-Al合金靶及Zr单质靶的组合,在高速钢基体上制备了(Ti,Al,Zr)N多元N梯度硬质反应膜.分别用扫描电镜、X射线衍射仪观察测定(Ti,Al,Zr)N梯度膜膜层的表面、断面形貌、成分以及相结构,研究了(Ti,Al,Zr)N多元氮梯度硬质反应膜的组织结构和性能.结果表明,与TiN、(Ti,Al...     

(Al,Ti)N涂层力学性能工艺研究

通过磁控溅射离子镀与中频脉冲偏压电源相结合,优化制备(Al,Ti)N涂层的工艺。利用HVS-1000数显显微硬度计检测涂层硬度;MET-400多功能材料表面试验仪测定膜基结合力,JS-QHY-2型球痕仪测定厚度,DX-1000型X射线衍射仪检测物相。采用正交实验,作算术平均值和极差分析,优化制备涂层的工艺。结果表明波动时,最佳工艺为功率为10:24,脉冲偏压为100V,时间为2.5h,不波动时最佳工艺为5:24,脉冲偏压为100V,时间为2.5h。     

Al/Ti摩尔比对(CrTiAl)N硬质膜相结构和硬度的影响

采用多弧离子镀技术,设计沉积工艺和调整阴极弧源靶组合以及对应的弧源电流,制备出以CrN为基形貌和厚度相同、A1/Ti摩尔比不同的系列(CrTiAl)N硬质膜.测试膜的成分、组织形貌、相组成和表面硬度,研究了A1/Ti摩尔比对其相结构和硬度的影响.结果 表明:不同A1/Ti摩尔比的(CrTiAl)N膜其相组成相同,都呈现...     

柱弧离子镀制备Ti/TiN/Ti(N,C)/TiC黑色硬质膜

利用自制的柱弧离子镀膜机，在不同硬度基体上制备了Ti／TiN／Ti（N，C）／TiC多层复合膜。膜呈深黑色，反射率小于14％，亮度值L^＊小于43，沉积速率约为0．78μm/h，表面分布较多液滴缺陷。膜的力学性能测试受基体硬度和膜层厚度影响较大，基体越硬、膜层越厚，膜的硬度以及与基体的结合力测试结果越大。YW2硬质合金基体上制备0．82μm的黑色硬质膜显微硬度Hv（25g）=3229，结合力为26．70N。该设备和工艺已成功应用于工业生产。     

纳米Ti(C,N)增强Ti(C,N)基金属陶瓷的制备研究

采用Ti(C,N)纳米粉末制备Ti(C,N)基金属陶瓷.研究了烧结温度、保温时间和升温速度等工艺参数对含10wt％纳米粉末的Ti(C,N)基金属陶瓷性能的影响,得到优化烧结工艺为1450℃,保温75min,升温速度3℃/min.用优化工艺制备的Ti(C,N)基金属陶瓷抗弯强度提高了约36.7％,增强机理主要表现为细晶强化、弥散强化和固溶强化.     

溅射(Ti,Al)N薄膜的机械性能

运用直流平面磁控反应溅射在抛光淬火的TSA碳素工具钢上沉积(Ti,Al)N薄膜。研究了反应气体N_2流量与基片偏压对形成(Ti,Al)N薄膜的显微硬度的影响。在N_2流量约为10sccm,P_(N2)/P_(Ar),约为0.12与偏压U_B=200V时,(Ti,Al)N薄膜的显微硬度接近极大,可达3000kgf/mm~2。(Ti,Al)N薄膜划痕实验的临界负载L_c约为31N。磨损实验表明,(Ti,Al)N薄膜比淬火的T8A碳素工具钢基底具有好得多的耐磨损特性。微观分析表明(Ti,Al)N薄膜具有良好的抗氧化性能是由于氧化过程中在薄膜表面形成Al-O保护层。     

射频磁控溅射(Ti,Al)N薄膜性能的研究

采用射频磁控溅射，用Al靶和Ti靶同时溅射沉积（Ti，Al）N薄膜。研究表明：不同Al靶功率沉积的薄膜中始终存在面心立方结构（B1型），当Al靶功率大于250W薄膜中面心立方结构（B1型）和六方结构（B4型）共存。随Al成分的增加，B1型结构晶格常数减小，薄膜择优取向由B1型（111）向B4型（002）转变。薄膜表面随Al靶功率增加分别呈岛状、纤维状和柱状增长。（Ti，Al）N薄膜的硬度随Al靶功率的增加呈上升趋势。等离子体发射光谱分析显示，在相同工艺条件下Al靶比Ti靶先进入非金属态溅射模式，导致在相同功率下Al溅射速率低于Ti溅射速率。     

(Ti,Al)N薄膜的升温出气特性研究

介绍了采用多弧离子镀方法在不锈钢表面镀覆(Ti,Al)N薄膜,并对膜的结构、表面成分和形貌进行了简单分析,用热出气方法研究其出气特性,并与不锈钢的热出气性能进行比较,发现在不锈钢表面镀覆一层(Ti,Al)N膜可以有效地阻挡不锈钢体内氢扩散和碳偏析,因此(Ti,Al)N是比较理想的真空材料。     

直流磁控溅射(Ti、Al)N硬化膜的研制

本文介绍单靶直流磁控溅射三元复合(Ti,Al)N硬化膜的研制结果。制得的Ti_(0.5)Al_(0.5)N腹具有(111)面择优取向Bl NaCl立方结构,显微硬度达到2700kg/mm~2,并具有良好的抗氧化性和抗酸腐蚀性。文中着重讨论了沉膜过强中氮分压、基片负偏压以及基片温度对薄膜显微硬度、形貌、晶粒尺寸和晶格常数的影响。     

激光平面干涉法确定(Ti,Al)N薄膜的应力

运用直流磁控反应溅射技术,在P型(100)硅片上沉积(Ti,Al)N薄膜,利用激光平面干涉法确定了(Ti,Al)N薄膜的应力。薄膜应力的性质是压应力,当基片不加温与偏压时,薄膜应力约150MPa;基片加温300～350℃与偏压200V时,薄膜应力约1200MPa。     

多弧离子镀(Ti,Al,Zr)N多元超硬梯度膜的制备及力学性能研究

采用多弧离子镀技术并使用合金靶Ti-Al-Zr制备(Ti,Al,Zr)N多元超硬梯度膜。利用扫描电镜、X衍射仪对(Ti,Al,Zr)N膜层表面、断面形貌、成分、结构进行观察测定;系统考察了沉积工艺对(Ti,Al,Zr)N膜层质量、膜/基附着力和硬度的影响;并对膜层抗热震性进行了研究。通过与TiN,(Ti,Al)N,(Ti,Zr)N等硬质膜进行比较,发现采用Ti-Al-Zr合金靶制备的(Ti,Al,Zr)N多元梯度膜有更高的硬度和膜/基附着力,硬度可达4000 HV,实现了从硬质膜到超硬膜的转变;膜/基附着力大于200 N,同时对沉积工艺有较强的适应性。     

(TiZr)N硬质膜的沉积工艺研究

本文主要研究(TiZr)N硬质膜的沉积工艺波动范围及影响。考察了阴极靶电流、N_2气流量等工艺参数对膜层组织和性能的影响。研究表明,沉积工艺参数的波动变化不会对膜层组织、力学性能产生明显影响。(TiZr)N硬质膜的沉积工艺参数可以有较大的波动范围,沉积工艺窗口具有良好的可应用性。     

关于(Ti,Cr)N膜摩擦学性能的研究

为了研究多弧离子镀技术中所用靶材与薄膜成分比例的关系,并对比不同成分比例的(Ti,Cr)N膜的摩擦学性能,设计制备了纯Ti靶、纯Cr靶及钛铬比分别为9:1、4:1和1:1的钛铬合金靶共5种靶材进行镀膜试验。利用扫描电子显微镜观察薄膜微观形貌,利用X射线能谱分析仪对微区成分进行定性和半定量分析,利用X射线衍射分析薄膜结构,通过摩擦磨损试验测试薄膜的耐磨性,最终以磨痕宽度、磨痕深度和磨痕长度来计算磨损体积,以磨损体积表征不同膜的耐磨性能。测试结果表明,合金靶制备的薄膜中成分比例并不与靶材中的成分配比一致,但均具有TiCrN(200)择优取向。纯靶制备的薄膜表面最为细腻,TiCrN膜的粗糙度随Cr含量的提高而降低。TiCrN膜的硬度和耐磨性明显优于纯靶制备的薄膜,在靶材配比Ti:Cr=4:1时制备的Ti_0.3Cr_0.23N薄膜硬度最高(HV_0.053274.9)、耐磨性能最好。以合金靶制备复合薄膜时,薄膜中的成分比例受单一金属离化率的影响较大,受靶材中金属配比的影响较小;在薄膜中添加硬质元素可以改善膜的质量、提高耐磨性能。     

Al含量对(Ti,Al)N涂层结构性能的影响

(Ti，A1)N是20世纪80年代末期在TiN基础上发展起来的一种新型多元涂层材料。由于加入Al元素，(Ti，Al)N不但硬度、耐磨性优于TiN，而且大大改善了涂层的抗高温氧化性能。综述了Al元素在(Ti，Al)N涂层中的作用机理，以及Al含量对(Ti，Al)N涂层的晶体结构、抗高温氧化、硬度和耐磨性的影响。指出当Ti和Al的比例近似为1：1时，(Ti，Al)N涂层将获得优越的综合使用性能。