Au/NiCr/Ta和Au/NiCr多层金属膜的划痕特征载荷

采用摩擦力和声发射两种模式同时监测的划痕法研究了Au/NiCr/Ta和Au/NiCr多层金属薄膜的临界载荷Lc，并与TiN硬质薄膜进行了对比。实验结果表明：摩擦力和声发射模式均能反映出压头进入不同金属膜层时的变化，在单一金属薄膜层中两者均无大的变化，对应实验范围内不同的沉积温度，拐点特征载荷值基本不受其影响，而主要取决于多层膜的层厚和层数。     

膜基结合强度评定方法的探讨―划痕法、压入法、接触疲劳法测定的比较

薄膜（镀层）与基体之间的结合强度是评价薄膜质量的重要性能指标。目前使用最广泛的是划痕法和压入法，这些都属于一次性加载方式。一种较好的评定硬质膜膜基结合强度的方法是采用以临界剪切应力幅△τc作为判据的滚动接触疲劳法。通过与划痕法，压入法的对比可知表征结合强度大小的剪切应力幅只对界面因素敏感，对非界面因素不敏感，能真实反映膜基结合状态，是一个较为合理的动态结合强度判据。     

铜基体上类石墨膜结合强度评价及其与干摩擦性能关系

用非平衡磁控溅射离子镀技术在铜合金上制备了不同Ti含量的类石墨碳膜,用维氏压入、洛氏压入、划痕等方法测试薄膜的附着性能,用高速线性往复磨损实验机检测薄膜的干磨性能,并用光学显微镜、白光干涉仪观察磨痕。结果表明:压痕法更适合评价软基体上硬膜的结合强度,且维氏压入法因加载载荷较小,基体塑性变形小,评定的结合强度与干摩擦磨损时膜基体系的耐磨性具有对应关系。当靶电流为0.2 A时,铜合金上的类石墨膜与对磨球的摩擦系数和磨损率达最小值,分别为0.14和2.89×10~(-16)m~3/(N·m)。划痕法不适合用来快速评定和预测软基硬膜体系的结合强度。载荷较小的维氏压入法具有更好的结合强度鉴别区分度。     

划痕法结合强度临界载荷值的影响因素分析

目的研究划痕法测试参数对临界失效载荷的影响,以便更准确地测定硬质薄膜的结合强度。方法采用磁控溅射技术在304不锈钢和Si片上制备氮化钛(Ti N)薄膜。采用扫描电镜观察薄膜的截面形貌和厚度,采用纳米压入法测试薄膜的硬度,采用划痕法测试薄膜的结合强度,研究不同划痕长度、划动速率和加载速率对临界载荷的影响。结果所制备Ti N薄膜致密,厚度约2μm,纳米压入硬度约2300HV,Ti N/304不锈钢体系为硬膜软基体。相同加载载荷(10 N)和划动行程(3 mm)条件下,增加划动速率(1~3 mm/min),导致首次声发射信号延迟;相同加载载荷(10 N)和划动速率(3 mm/min)条件下,随着划动行程的增加(3~9 mm),第三、四类失效模式逐渐减弱。结论采用划痕法测定结合强度时,应该以划痕形貌同时出现第一到第四模式时判断失效,并且对应典型声发射信号为参考;合理的测试参数范围,可重复出现临界载荷值。制备的Ti N薄膜声发射信号存在共同的临界特征值4.9 N,结合划痕形貌特征,判定其结合强度值为4.9 N。     

等离子体浸没离子注入与沉积合成TiN薄膜的滚动接触疲劳寿命和机械性能

采用等离子体浸没离子注入与沉积（PIII＆D）技术在AISI 52100轴承钢表面合成了高硬耐磨的TiN薄膜.膜层元素分布、化学组成和表面形貌分别用XRD,XPS表征.合成薄膜前后试样的滚动接触疲劳寿命和摩擦磨损性能分别由球棒疲劳磨损试验机和球-盘磨损试验机测定;疲劳破坏后的微观形貌通过SEM观察;薄膜力学性能经纳米压痕和纳米划痕实验评价.结果表明,TiN膜中还含有少量的TiO2和Ti,N,O的化合物.在优化条件下,TiN膜层致密均匀,与基体结合良好,纳米硬度和弹性模量分别达到25和350 GPa;最低摩擦系数由基体的0.92下降到0.2.被处理薄膜试件在90%置信区间下的最大L10,L50,La和-↑L寿命较基体分别提高了约4.5,1.8,1.3和1.2倍,疲劳寿命的分散性得到了显著改善.     

测定金属薄膜屈服强度的纳米压入法研究

利用有限元数值分析方法,对球形刚性压头压入由金属膜与硅基体组成的膜－基体系的加载过程进行了模拟计算。建立了薄膜硬化指数同载荷－位移曲线的特征值, 服强度,硬化指数及扬氏模量同最大压入载荷间的关系。据此,可由纳米压入仪实测所得载荷－位移曲线的特征值与最大压入载荷,确定金属薄膜材料的应变硬化指数和屈服强度。     

对几种薄膜硬度测试方法的评定

用传统的显微硬度计直接测量薄膜硬度难以避免基体的影响且小载荷压入时产生的较小的压痕不易被准确测量。纳米压入仪是一种可以精确控制及测量压入深度的高精度仪器。这种通过测压入深度测硬度值的技术可以减少基体硬度对薄膜测量硬度的影响同时产生的误差较直接测压痕对角线的误差小。但是，纳米压入仪对试样表面光洁度要求高，仪器价格昂贵。这些都限制其在实际工业中的应用。较好的一种硬度测试方法是通过传统显微硬度计在不同的大载荷下测得膜基复合硬度，同时建立适当的模型计算出薄膜的本征硬度值。此方法可能更适合于常规应用。     

Ti/TiN和Ni/TiN多层膜的制备和小载荷下摩擦性能研究

在Si（100）基底上制备了Ti／]r．N和Ni／TiN两种多层膜以及TiN单层膜，利用X射线衍射，WYKO表面形貌仪，俄歇电子能谱等对薄膜进行了分析。分别测试了3种薄膜的粘附力，以及在IoN和naN量级载荷下的摩擦力。研究了相对湿度和载荷等条件对3种薄膜的粘附力和摩擦力的影响。结果表明3种薄膜的粘附力均随着相对湿度的增大而增大，3种薄膜的摩擦力均随着载荷增大而增大。Ti／TiN和Ni／TiN膜在uN和rmN量级载荷下的摩擦力均小于TiN膜。两种多层膜的摩擦性能较TiN膜有所改善。     

利用纳米压入加载曲线确定金属薄膜的屈服强度和硬化指数 Ⅰ.数值模拟

针对纳米压入仪上普遍使用Berkovich三棱锥压头,本文分别考虑理想与纯化两种压头尖端几何情况,并使用三维弹塑性大应变有限元分析软件ABAQUS,对沉积在陶瓷基体上金属薄膜的纳米压入加载过程进行模拟计算,建立了膜、基材料基本力学性能参量及压头相对钝化量同纳米区入加载曲线间的函数关系,进而提出了利用纳米压入仪测得的连续压入加载曲线确定陶瓷基体上金属薄膜屈服强度和硬化指数的一般方法     

溶胶-凝胶法45钢表面制备Al2O3陶瓷涂层及性能

采用溶胶-凝胶法在45钢表面制备了Al2O3陶瓷涂层,研究了通过化学镀Ni-P层为中间过渡层对45钢表面Al2O3陶瓷涂层性能的影响.通过压入法和划痕法研究了膜基结合强度,观察了复合涂层压痕和划痕形貌,通过扫描电子显微镜(SEM)对复合涂层表面形貌进行了分析.结果表明,中间层与基体材料、Al2O3层与中间层结合良好,涂层均匀致密,表面显微硬度最大值为1030HV,压入法结果表明膜与45钢基体结合较好.     

涂、镀层的结合强度评定

涂、镀层与基体的结合强度是评价其质量的重要性能指标．常用的结合强度评定方法：厚涂层采用粘结拉伸法;薄膜镀层用划痕法。本文指出了这两种方法存在的问题。我们自行设计制造的涂层压入仪．采用楔压法测得热喷涂层的结合强度．当结合强度高于粘胶强度时仍有效。采用正压法测定气相沉积薄膜的结合强度并与划痕法作了比较。我们提出用接触疲劳试验测定硬质薄膜的界面疲劳强度评定结合力。这种方法接近于工具服役状况,其破坏形式是界面剥落．只对界面状态敏感。不受非界面因素影响,因而可作为动态结合强度的判据。     

The Effect of Diffusion Barrier and Bombardment on Adhesive Strength of CuCr Alloy Films

COPPER is a highly promising alternative material toaluminum-based alloys for the new generation of ULSIcircuits owing to its low electrical resistivity and highelectromigration resistance1.However,Cu line or filmcannot completely show its advantages since Cu caneasily diffuse into silicon substrate and the adhesivestrength between Cu and Si is not well enough in somecases.To alloy pure copper with small amounts ofsolutes can not only enhance the electromigrationresistance but also improv…     

Duplex diamond-like carbon film fabricated on 2Cr13 martensite stainless steel using inner surface ion implantation and deposition

A duplex plasma immersion ion implantation and deposition (PIIID) process, involving carbon ion implantation and diamond-like carbon (DLC) film deposition, is proposed to treat the inner surface of a tube. Samples of 2Cr13 martensite stainless steel were placed inside the tube to investigate the performance of the films. Carbon ion implantation was finished by biasing the tube with a high voltage, and the DLC film deposition was obtained by biasing the tube with a medium voltage. Raman spectrum, ball-on-disc, indentation and scratch tests were used to investigate the structure, tribological property and adhesion strength of the as-deposited films. The Raman spectrum shows that the sp³ bonding is formed in the as-synthesized film. Tribological and scratch test results reveal that the duplex DLC coating with the implantation time of 1 h has the largest adhesion strength and the best wear resistance.     

金属锌表面超疏水薄膜的耐蚀及摩擦学性能的表征

目的改善金属锌在海洋环境中的耐蚀及摩擦学性能。方法通过简单的化学刻蚀及自组装技术在金属锌表面制备超疏水薄膜,对薄膜的结构和润湿性进行了表征,研究了超疏水薄膜在模拟海水(3.5%Na Cl溶液)中的耐蚀性能和摩擦学性能。结果经N,N-二甲基甲酰胺水溶液刻蚀后,金属锌表面呈多尺度微纳的Zn O结构,Zn O结构经硬脂酸修饰后,表面呈现出超疏水特性,表面静态接触角达150°,滑动角小于5°。同时发现,在3.5%Na Cl水溶液中,金属锌表面超疏水薄膜具有优异的耐蚀性能,并能够显著降低摩擦和磨损。结论经简单的化学刻蚀及自组装技术可在锌表面构筑超疏水薄膜,薄膜在海洋环境下具有良好的耐蚀、减摩及耐磨性能。     

高引燃脉冲新HiPIMS模式对TiN/CrN多层膜结构和性能的影响EI北大核心CSCD

多层TiN/CrN薄膜能显著改善复杂环境下部件的性能和寿命,为获得性能良好的TiN/CrN多膜层,提出一种高引燃脉冲新HiPIMS模式(高功率脉冲磁控溅射技术)的新放电技术,在一到四引燃脉冲个数条件下制备TiN/CrN多层薄膜。结果表明,随着引燃脉冲个数的增加,TiN/CrN薄膜膜基结合力增加,三引燃脉冲条件下结合力达到HF1(压痕法结合力指标,HF1为性能良好)压痕边缘膜层出现碎裂但膜层并未崩裂,在四引燃脉冲条件下膜基结合力也为HF1,且相较三引燃脉冲膜层碎裂也消失,膜基结合力最佳。同时,随着引燃脉冲个数的增加,膜层的粗糙度下降,磨痕变窄,硬度增强,硬度的波动范围减小,薄膜摩擦因数逐渐降低,四引燃脉冲条件下摩擦因数为0.25,膜层厚度呈先增加后减小的趋势,在三引燃脉冲个数条件下达到最大值332.1 nm试验结果表明引燃脉冲能够强化膜层与基体之间的结合力,硬度以及摩擦磨损的性能,细化晶粒。     

过渡层结构对类石墨镀层结合强度的影响

目的探究过渡层沉积时间和结构对类石墨镀层结合强度的影响规律。方法采用微弧离子镀技术,改变梯度层沉积时间,制备不同的类石墨镀层。利用扫描电子显微镜(SEM)分析镀层的微观形貌,利用截面能谱扫描分析镀层中梯度层结构变化。采用压痕法和划痕法对镀层与基体的结合强度进行评价。采用维氏硬度计测试镀层的显微硬度,并利用针盘式摩擦磨损试验机测定镀层的摩擦系数。结果随着梯度层沉积时间的延长,镀层与基体的结合强度呈先上升、后下降的变化趋势,在过渡层沉积时间为20 min时,结合强度最高,约为46 N。此外,随着过渡层沉积时间的延长,镀层摩擦系数逐渐下降,但显微硬度下降,承载能力减弱,摩擦磨损寿命下降。结论合理调控过渡层沉积时间有助于类石墨镀层结合强度的提升,镀层的摩擦磨损寿命随着过渡层时间的延长而呈现先上升、后下降的趋势,高结合强度使得膜基界面的结合寿命延长。     

Using the plasma surfacing method for depositing corrosion-resisting layers on gas and petrochemical equipment operating in hydrogen-containing media

Summary

In the previous report, to establish an evaluation method for rolling contact fatigue strength of a coating film, the endurance limit of a coated roll under contact loading was investigated and crack initiation was found to dominate the determination of the endurance strength. The authors proposed that the mechanism of cracking was a fatigue process caused by a compressive tangential stress under contact loading.

So, in this study, static and fatigue properties of Cr‐plating films under bending, tension and compression were obtained. And these properties were compared with rolling contact fatigue strengths of Cr‐plating film on a fatigue endurance diagram. As a result, we found that the rolling contact fatigue strength agrees well with the. value estimated from the static and fatigue properties, and the rolling contact fatigue strength of Cr‐plating film could be estimated from the static and fatigue properties. Also, it was found that residual stress in the Cr‐plating had a large effect on the rolling contact fatigue strength.     

基体表面异质材料滚动接触疲劳性能与失效机理的研究进展

滚动接触疲劳性能是评价膜层性能的重要指标之一。影响零件滚动接触疲劳性能的因素主要分为膜层自身结构完整性和服役条件两大类。膜层自身结构完整性又受制于涂覆工艺、材料体系、后处理方式等因素。在服役工况确定的情况下,膜层自身结构完整性对零件的接触疲劳性能起决定性的作用。不同的涂覆工艺、材料体系、后处理方式对零件的滚动接触疲劳性能及失效机理的影响不尽相同。本文综述了涂覆工艺、材料体系、后处理方式对基体表面异质材料滚动接触疲劳性能与失效机理的影响,发现对滚动疲劳失效机理也存在作用。最后,总结了目前关于膜层滚动接触疲劳研究中存在的问题,探讨了解决问题的方法,以期为基体表面膜层的接触疲劳寿命预测奠定良好的基础。