4Cr13不锈钢表面镀TiN薄膜组织结构及性能的研究

采用多弧离子镀技术在4Cr13不锈钢上沉积TiN薄膜,在其他参数不变的条件下,研究不同弧电流下薄膜的组织、结构及性能。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计、划痕仪和往复式摩擦磨损仪分别对薄膜进行表面形貌观察,物相分析,以及表面硬度、结合力、耐磨性检测。实验结果表明:弧电流对薄膜的表面形貌有明显的影响,随着弧电流的增大,薄膜表面的液滴数目和尺寸逐步增大;薄膜的相结构主要由TiN相组成,在(111)面有较强的择优取向,且随着弧电流的增大,衍射峰强度略有增加;随着弧电流的增大,薄膜的硬度先增大后减小,硬度值最大为2897HV;随着弧电流的增大,薄膜的结合力先增大后减小,当弧电流为105A时,薄膜的结合力最大,为75N;随着弧电流的增大,薄膜的摩擦系数先减小后增大,当弧电流为105A时,薄膜的耐磨性最好。     

多弧离子镀弧源靶工作条件对氮化钛薄膜中钛液滴的影响

本文研究了阴极靶弧电流大小、阴极靶表面热弧斑运动轨迹的电磁场控制、以及阴极靶脉冲弧沉积对多弧离子镀TiN薄膜中Ti液滴的影响。通过优化镀膜参数,可以有效地减少Ti液滴的数量和尺寸,提高TiN薄膜／工件基体之间的结合力。     

多弧离子镀沉积过程中等离子体参数对薄膜沉积的影响

采用平面探针测试了衬底附近的电流密度，弧电流和衬底偏压的增加均有助于增加到达衬底附近的离子的数量。弧电流增加引起村底的温升，衬底偏压对衬底温度影响较小。采用多弧离子镀技术沉积Cr-N薄膜，衬底偏压对薄膜的硬度影响较小；弧电流增大，薄膜的硬度随之降低。XRD分析表明，弧电流较高时，不利于Cr—N相的形成，薄膜中以Cr的宏观液滴为主，薄膜硬度较低。     

双丝单弧气保焊熔滴过渡及焊缝成形

双丝单弧气保焊是一种新型熔化极焊接方法,系统由单电源、单送丝机构和单焊枪组成,双丝共用一个具有两孔的导电嘴,单电源通过导电嘴同时向双丝输出电流形成单个电弧,双丝末端熔滴相互吸引形成共熔滴并稳定过渡到熔池。采用高速摄像、信息同步采集及焊接电源等装备,开发双丝单弧气保焊熔滴过渡试验系统,研究了不同焊接电流参数对熔滴大小、过渡行为及焊缝形貌的影响,并阐明了双丝单弧气保焊熔滴过渡机理。结果表明：随着焊接电流的增大,熔滴过渡形式依次为多脉一滴、一脉一滴、射流过渡和潜弧射流过渡四种模式,过渡频率逐渐增大,熔滴体积逐渐减小。焊缝形貌研究表明,随着焊接电流增大,焊缝熔深逐渐增大,熔宽先增大后减小,当焊接电流为570 A时,焊缝截面成形质量最佳,此时熔敷速度为15.8 kg/h。     

纳米结构TiN薄膜的制备及其摩擦学性能

在室温条件下,用磁过滤等离子体装置在单晶硅基底上制备了纳米结构TiN薄膜分析了薄膜的表面形貌、晶体结构,测量了TiN薄膜的硬度,研究了基底偏压对薄膜结构性能的影响.结果表明,用此方法制备的TiN薄膜表面平整光滑,颗粒尺寸为50～80 nm;随着基底偏压的增大薄膜发生(111)面的择优取向随着偏压的提高,薄膜的颗粒度稍有增大,摩擦系数增大,偏压提高,晶面在较密排的(111)面有强烈的择优取向,硬度也有所增大.在其它条件相同的情况下载荷越大,摩擦系数越大.不起用磁过滤等离子体法制备的纳米结构TiN薄膜具有较低的摩擦系数(0.14～0.25).     

负偏压对多弧离子镀TiN薄膜结构和沉积速率的影响

采用多弧离子镀设备在抛光后的高速钢表面沉积TiN薄膜,在其他参数不变的情况下,着重考察偏压对薄膜的沉积速率的影响.实验结果表明,随着负偏压的增加,沉积速率不断增加,但在负偏压达到一定值后,沉积速率又随偏压增大而减小.     

辉光弧光协同共放电方式制备TiN薄膜的研究

分别采用中频磁控溅射、电弧离子镀及辉光弧光协同共放电混合镀(APSCD)三种方式在碳钢基体上制备TiN薄膜,采用原子力学显微镜、显微硬度计、台阶膜厚仪、电化学技术对薄膜表面形貌、显微硬度、膜厚、耐腐蚀性进行测试.研究结果表明:多弧离子镀薄膜颗粒的平均粗糙度为7.066 nm,混合镀薄膜颗粒的平均粗糙度为4.687 nm,在相同时间条件下,磁控溅射薄膜厚度为658 nm,混合镀膜厚度为1345 nm,混合镀工艺具有降低多弧离子镀粗糙度又可以克服磁控溅射沉积速率慢的优点.经过混合镀TiN薄膜后,基体表面显微硬度从226HV提高到1238 HV,在天然海水中测得混合镀膜层腐蚀电位比基体提高104 mV.     

脉冲偏压对多弧离子镀TiAlN薄膜的成分和结构的影响研究

采用多弧离子镀在高速钢基底上沉积Ti Al N薄膜。利用扫描电镜(SEM)观测薄膜的表面形貌;用EDS分析薄膜表面的成分;用表面轮廓仪测试薄膜的厚度并结合沉积时间计算出沉积速率;用维氏硬度仪测量薄膜的硬度;用XRD表征薄膜的微观结构。结果表明,随着偏压峰值的增大,表面大颗粒逐渐减少,致密性逐渐变好,薄膜硬度也随之增加。沉积参数对薄膜成分有影响,偏压峰值对薄膜中Al含量有较明显的影响,而占空比则主要影响Ti含量。本文对实验结果进行了较详细的讨论和分析。     

电弧离子镀TiN薄膜的往复滑动摩擦学行为研究

采用电弧离子镀技术在不锈钢基片上沉积了TiN薄膜,利用显微硬度计测量了薄膜的表面硬度.采用球-盘式摩擦磨损实验机对比研究了基片和薄膜在与GCr15配副的情况下,二者在空气中干磨擦状态下的摩擦磨损性能;利用扫描电镜(SEM)、能量衍射谱仪(EDS)和表面粗糙度台阶轮廓仪对薄膜的磨损区域进行了微观分析.实验结果表明,随着法向载荷和往复速率的增大,薄膜和基体的摩擦系数都减小,但薄膜的摩擦系数始终小于基体的摩擦系数.不锈钢基体与GCr15配副时,基体磨损较大,此时的磨损机制是犁削磨损和磨料磨损;而TiN薄膜与GCr15配副时,薄膜不仅无磨损,而且其表面将形成一层具有润滑作用的移着膜,此时的磨损机制主要是磨料磨损,因此在不锈钢基体上沉积TiN薄膜有利于提高基体的耐磨性.     

离子束流密度和基底温度对TiN纳米薄膜性能的影响

采用低能离子束辅助沉积技术在Si片上制备了TiN纳米薄膜.考察了离子束流密度和基底温度对薄膜性能的影响.研究表明:随着离子束流密度的增大,TiN薄膜的纳米硬度上升,膜基结合力变化不大,薄膜的耐磨性获得了很大改善;制膜时的基底温度升高,薄膜的硬度也会上升,但膜基结合力下降,摩擦系数增大,薄膜的耐磨性下降.