PCrNi3Mo钢表面磁控溅射CrN涂层工艺优化及性能

采用磁控溅射技术在PCrNi3Mo钢表面沉积了CrN涂层。利用激光共聚焦显微镜、扫描电镜(SEM)、纳米压痕仪、X射线衍射仪(XRD)对涂层的形貌、硬度与弹性模量和相结构进行了表征,研究了基体负偏压、溅射电流和N2/Ar流量比对溅射涂层结构和力学性能的影响。结果表明:在基体负偏压为100 V、溅射电流为0.2 A、N2/Ar流量比为1时溅射的CrN涂层质量最佳,其硬度和弹性模量分别为21.38 GPa和272.71 GPa,较PCrNi3Mo钢基体的硬度(5.57 GPa)与弹性模量(258 GPa)明显提高。     

基体特性对TiSiN/TiAlSiN/AlTiN涂层WC-Co硬质合金膜基结合力的影响

基体物相特性会对涂层硬质合金整体的力学性能产生重要影响。制备了具有不同WC晶粒度和Co含量的WC-Co系列硬质合金,采用直流磁控溅射技术在其表面沉积同种Ti_(0.94)Si_(0.06)N/Ti Al Si N/Al_(0.52)Ti_(0.48)N涂层。结果表明,随WC-Co硬质合金基体WC晶粒度(1.2～0.4μm)的降低或Co含量(12Co～3Co)的减少,涂层与基体完全剥离时的临界载荷L_(C2)逐渐增大。L_(C2)与基体硬度H_S或弹性模量E_S之间在数值上具有较好的线性正相关性。涂层首次剥离时的临界载荷L_(C1)能反映涂层的内聚失效抗力。适当的WC晶粒度和Co含量(超细晶10Co)能避免涂层产生较早的内聚失效或界面失效,有利于L_(C1)和L_(C2)的同步改善。     

等离子体增强磁控溅射制备TiAlVSiCN涂层的抗冲蚀性能

目的 提高不锈钢基体的抗固体颗粒冲蚀性能.方法 在不锈钢基体表面,通过等离子体增强磁控溅射系统(PEMS),采用不同偏压工艺制备TiAlVSiCN纳米复合涂层.通过SEM、HRTEM观察涂层的微观形貌与组织,利用XRD、SAD分析涂层的物相组成与晶体结构,并通过划痕仪、纳米硬度计以及冲蚀试验机探究不同工艺涂层的结合强度、纳米硬度以及抗冲蚀性能差异.结果 采用PEMS制备出一系列不同偏压条件下的TiAlVSiCN涂层,涂层组织致密,呈柱状,主要包括纳米晶Ti(Al,V)(C,N)相和非晶相.偏压显著影响涂层的晶粒尺寸和非晶相分布,高偏压下的涂层主要由20～50 nm的Ti(Al,V)(C,N)纳米晶及其周围弥散分布的非晶相组成,而低偏压下的涂层主要由100 nm的Ti(Al,V)(C,N)纳米晶和连续分布的非晶相组成.高偏压下制备的涂层厚度超过20μm,纳米硬度可达(34.6±14.1)GPa,具有优良的结合强度(>65 N)和抗冲蚀性能,其抗冲蚀性能相比不锈钢基体提高近8倍.结论 通过与偏压参数的匹配控制,PEMS可有效调控纳米复合涂层的组织结构,实现硬度与弹性模量的良好匹配,制备出具有优良抗冲蚀性能、厚度达到20μm以上的TiAlVSiCN纳米晶-非晶复合涂层.     

脉冲偏压对TiAlCN薄膜结构与力学性能的影响

利用多弧离子镀-磁控溅射复合技术通过改变脉冲偏压在Si片与SS304基体表面制备了TiAlCN薄膜,研究了不同脉冲偏压对薄膜结构和力学性能的影响。薄膜成分、表面形貌、相结构及力学性能分别利用能量弥散X射线谱(EDS)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和纳米压痕仪等设备进行表征。结果表明,随着脉冲负偏压的增加,薄膜中Ti元素的含量先减小后增大,而Al元素有相反的变化趋势。适当增大脉冲偏压,薄膜表面颗粒、凹坑等缺陷得到明显改善。物相分析表明TiAlCN薄膜主要由(Ti,Al)(C,N)相,Ti4N3-x相和Ti3Al相组成。薄膜平均硬度与弹性模量随脉冲负偏压的增加先增大后减小,在负偏压-200 V时达到最大值分别为36.8 GPa和410 GPa。     

基底偏压对磁控溅射TiAlSiN涂层微观结构、力学性能及摩擦学性能的影响

采用直流非平衡磁控溅射方法在M42高速钢表面沉积Ti/TiN/TiAlSiN多层薄膜,研究基底偏压对TiAlSiN的晶体结构、微观组织、力学及摩擦学性能的影响。结果表明:基体负偏压从40 V增加到80 V,TiAlSiN由致密的粗大柱状晶向致密纤维状细晶过渡、晶粒宽度由180 nm减小至60 nm;当负偏压大于60 V时,TiAlSiN层由fcc TiN+fcc AlN双相结构转变为fcc TiAlN单相结构;涂层硬度和弹性模量随偏压增大呈现上升趋势,当负偏压为80 V时,涂层的硬度和弹性模量分别为34.1 GPa和378 GPa;涂层的摩擦学性能随偏压的增大而先增强后降低,当负偏压为40 V时,涂层磨损率为5.0×10~(-6)mm~3/Nm,当负偏压为50 V时,涂层则降低至5.0×10~(-6)mm~3/Nm,为最低值,随着负偏压增加到80 V时,磨损率较高,约9.0×10~(-6)mm~3/Nm。     

非晶碳涂层的摩擦磨损性能研究

采用多源磁控溅射物理气相沉积法在单晶硅表面制备梯度变化非晶碳涂层(类金刚石薄膜),通过调整工艺参数获得厚度在1～2μm的涂层.采用MML多功能纳米性能测试系统测试了非晶碳涂层的纳米硬度和弹性模量.采用CETR UTM-2型显微摩擦测试仪测试了非晶碳涂层在不同载荷下的摩擦磨损行为.结果表明,涂层具有较高的硬度和弹性模量,可以分别达到12.5GPa和184GPa;涂层在不同的载荷下具有较好的摩擦性能,摩擦因数基本保持在0.1左右,磨损率达到10-9 mm3/ N·m数量级.     

不锈钢316L氮化/(Cr,Ti)N涂层原位复合制备

目的研究不同复合涂层的结构及其对力学性能的影响。方法采用等离子体增强磁控溅射系统在奥氏体不锈钢表面分别进行等离子体氮化、(Cr,Ti)N涂层、氮化+(Cr,Ti)N涂层、氮化+Cr+(Cr,Ti)N涂层四种复合表面强化处理。采用XRD、SEM、纳米压痕仪、摩擦磨损仪和划痕仪等分别研究了不同改性层对微观结构以及力学性能的影响。结果氮化后,形成了较高含氮量的过饱和固溶体相(γN),并伴有少量Cr_2N和Fe_2N析出,硬度及杨氏模量分别为18.3 GPa、264.7 GPa。氮化后原位沉积涂层有效避免了氮化物相的析出,过饱和氮原子向基体进一步扩散,增加了氮化层的深度。两种氮化后复合(Cr,Ti)N涂层的硬度和模量均高于单一的(Cr,Ti)N涂层(分别为20.2GPa和271.8GPa),其中氮化+(Cr,Ti)N涂层的硬度和模量均最高(分别为25.4 GPa和345.6 GPa),氮化+Cr+(Cr,Ti)N涂层次之(22.4 GPa和326.3 GPa)。由于氮化层起到了良好的梯度过渡作用,氮化+(Cr,Ti)N涂层的膜基结合力最高,从单一涂层的9.5 N提高到50.9 N,其摩擦系数降低到0.43,磨损量最低,仅为基体的0.66%。结论氮化+(Cr,Ti)N复合涂层的力学性能最佳。     

基体偏压对电弧离子镀AlCrSiON涂层结构和热稳定性的影响

为研究基体偏压对AlCrSiON纳米复合涂层结构、力学性能和热稳定性的影响规律及机制,采用电弧离子镀技术在硬质合金基体上沉积AlCrSiON涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、纳米压痕仪(划痕仪)研究涂层组织结构和力学性能;通过真空退火试验研究涂层的高温稳定性。结果表明:AlCrSiON涂层为致密柱状晶结构,并主要由c-(Al,Cr)N和c-(Al,Cr)(O,N)两相组成,呈现出纳米复合结构。随着偏压的升高,涂层表面的颗粒数目和尺寸减少,组织结构更加致密;硬度和弹性模量均呈现出先增加后减小的趋势,当偏压为–80 V时分别达到最大值30.1 GPa和367.9 GPa。涂层具有良好的高温稳定性,不同偏压下沉积的AlCrSiON涂层经800~950℃热处理后均能够保持良好的结构稳定性及力学性能,但经1 100℃热处理后涂层发生相分解并引发组织结构变化,导致涂层硬度减小。     

基体偏压对TiAlN涂层性能的影响

基体偏压是多弧离子镀沉积TiAlN涂层工艺中的一个重要参数,它对涂层的结构以及涂层生长速度有重要影响.通过改变沉积过程中的基体偏压,发现TiAlN涂层表面熔滴的密度和直径随基体负偏压的增加而减小,涂层的显微硬度随着基体负偏压的增加而增加,孔隙率随着基体负偏压的升高而降低.     

生物医用Ti6Al4V合金上电弧沉积TiAlN陶瓷涂层的表面、力学和体外腐蚀性能（英文）

研究在医用Ti6Al4V合金上采用阴极电弧蒸发沉积制备的纳米晶TiAlN涂层的表面特性和体外腐蚀性能。采用XRD和FE-SEM对其结构和表面形貌进行分析,采用显微压痕法表征其表面的显微硬度,在模拟体液和人工唾液中进行体外腐蚀实验。结果表明：与无涂层合金相比,沉积TiAlN涂层后合金的表面硬度提高,为44.4 GPa,弹性模量为419.9 GPa,塑性变形能力增强,润湿角由(70.61±1.25)°增大到(86.27±2.2)°。生物腐蚀实验表明,沉积TiAlN涂层后,Ti6Al4V合金的腐蚀电位显著正移约150 m V,腐蚀电流密度显著降低约一个数量级,电荷转移电阻提高,证明合金的耐腐蚀性提高。与无涂层的合金相比,沉积TiAlN涂层后合金的表面性能、力学性能和耐腐蚀性能均有所提高。     

Mechanical and tribological properties of TiN/Ti multilayer coating

A large area filtered arc deposition (LAFAD) technique was used to deposit TiN/Ti multilayer coatings with fixed TiN layer thickness and different Ti layer thickness. Nanoindention and pin-on-disk tribometer were used to characterize the hardness, elastic modulus, plasticity, friction coefficient, and wear rate of the multilayer coatings. The dependence of the mechanical and tribological properties of the coating on the Ti interlayer thickness was systematically studied. It was found that the increase in the Ti layer thickness resulted in a decrease in the effective hardness and elastic modulus, and an increase in the wear rate, plasticity, and toughness. The coatings with a Ti layer thicknesses of 0, 25 nm and 50 nm possess an excellent combination of high effective hardness (> 20 GPa), high plasticity (> 69%), low friction coefficient, and high wear resistance.     

Mechanical Behaviors of Ti-Si-N Coatings Deposited by Bias Sputtering

Ti-Si-N hard coatings were deposited on steel substrates by reactive unbalanced magnetron sputtering from Ti and Si elemental targets in a mixture of Ar and N2 gases.The influences of negative bias voltage(in the range of-30 to-80 V)on the mechanical properties of the coatings were investigated.In particular,the critical cycle during dynamic impact tests was employed to indicate the bonding strength of the coatings.It was found that the Ti-Si-N coatings prepared at lower constant bias voltages could effectively improve the adhesion and the cyclic impact performance,but their hardness was dropped significantly to 13 GPa at a bias of-30 V.Higher bias voltage values induced greater hardness.A maximum hardness of 47 GPa was obtained at a bias of-60 V.However,the coating adhesion was worse in this case,and the number of impact cycles(～8×10 3)that the coatings could endure was much shorter than that of TiN binary coatings(～2×104).On the other hand,the bias voltage was varied linearly from-40 to-60 V during Ti-Si-N deposition.Under this circumstance,the hardness of the coatings deposited with the bias-graded configuration remained very high(42 GPa),and the adhesion strength was improved substantially.Also,the critical impact cycle could reach as high as 1.8×104.Therefore,bias-graded deposition can provide an effective processing route to prepare Ti-Si-N superhard coatings with high adhesion strength and impact resistance.     

偏压对TiAlN涂层微观结构、力学和摩擦学性能的影响（英文）

采用磁过滤真空阴极弧在ZL109合金表面沉积由TiAl和TiAlN组成的TiAlN多层涂层,并系统研究偏压对涂层微观结构和性能的影响。结果表明,涂层具有以TiAlN相为主的多相结构。随着偏压的增大,由于原子迁移率和晶格畸变的增加,TiAlN择优取向由(200)晶面向(111)晶面转变。同时,涂层的硬度、弹性模量和附着力表现出相同的变化趋势,即先增大后减小。当偏压为75 V时,TiAlN涂层具有最高的硬度(～30.3 GPa)、弹性模量(～229.1 GPa)、附着力(HF 2)和最低的磨损率(～4.44×10^-5 mm³/(N·m))。与未涂覆ZL109合金相比,TiAlN涂层合金表面的力学和摩擦学性能得到有效提高。     

负偏压对多弧离子镀TiN薄膜的影响

采用不同偏压,在201不锈钢表面进行多弧离子镀TiN薄膜,研究了偏压对薄膜表面形貌、硬度、相结构及耐蚀性的影响.研究表明:薄膜表面存在着许多液滴颗粒,随着偏压的增加,液滴减少,但过大的偏压会使表面出现凹坑;薄膜的显微硬度随偏压的升高先增大后减小,偏压为-200 V时的本征硬度为2 195HV;在3.5％的NaCl溶液中...     

DLC、TiN涂层对TC4钛合金抗砂尘冲蚀性能的影响

为提高TC4钛合金的抗砂尘冲蚀性能,采用金属蒸汽真空弧(MEVVA)离子源注入与磁过滤真空阴极弧(FCVA)沉积复合技术、磁控溅射技术在TC4钛合金表面制备DLC、TiN涂层。采用SEM、Raman、XRD、纳米压痕仪和划痕仪等方法对涂层的物相结构、硬度、弹性模量以及与基体的结合力进行表征。在冲蚀试验平台上考核试样在不同入射角度条件下的抗砂尘冲蚀性能。结果表明:DLC涂层表面结构致密,含有大量sp3键,硬度为62.1 GPa,弹性模量为391.64 GPa,结合力达80.4 N;TiN涂层表面存在许多熔滴颗粒及空穴,硬度为22.72 GPa,弹性模量为383.18 GPa,结合力达34.7 N。30°冲蚀条件下,涂层主要是通过提高基体表面硬度来抵抗砂尘粒子的微切削作用,从而提高TC4钛合金的抗砂尘冲蚀性能。90°冲蚀条件下,涂层通过延缓基体的塑性变形来实现TC4钛合金抗砂尘冲蚀性能的提高。     

Tensile testing as a method for determining the Young''s modulus of thin hard coatings

The present paper describes and evaluates a tensile testing method for determination of the Young's modulus of thin hard coatings. When applied to PVD TiN and NbN coatings on stainless steel foils, the elastic modulus obtained through force—strain plots ranged between 380 and 425 GPa for TiN coatings, and was 350 GPa for the single NbN coating tested. It is concluded that the method is easy to perform and allows reliable determination of the Young's modulus of thin hard coatings, and that it can be applied to almost any kind of coating on a wide range of substrate materials.     

多弧离子镀负偏压对氮化钛薄膜的影响

目的确定适当的负偏压,提高多弧离子镀氮化钛薄膜的综合性能。方法采用不同的负偏压,在4Cr13不锈钢表面制备Ti N薄膜,探讨偏压对薄膜表面质量、结构、硬度、结合力和摩擦系数的影响。结果负偏压对薄膜表面质量的影响较大:负偏压为0 V时,Ti N薄膜表面凹凸不平,液滴较多;随着负偏压升高,薄膜表面变得光滑,液滴减少并变小,薄膜致密性也得到提高。在不同负偏压下,Ti N薄膜均呈现出在(111)晶面的择优取向,但随着负偏压的增大,这种择优取向逐渐减弱,当负偏压达到400 V时,薄膜在(220)晶面的峰值逐渐增强。随着负偏压从0增至400 V,薄膜的硬度、结合力和耐磨性均先提高,后降低。当负偏压为300 V时,薄膜的硬度和结合力达到最大,分别为2650HV和58 N;摩擦系数和磨损量最小,分别为0.48和0.1065 mm3。结论施加适当的负偏压可以提高薄膜的硬度、结合力、耐磨性等性能,当负偏压为300 V时,薄膜的各项性能达到最佳。     

TiN及TiSiN涂层在海水环境下的摩擦学行为研究

目的对比研究海水环境下Ti N及Ti Si N涂层与Al2O3对磨的摩擦磨损行为。方法采用多弧离子镀技术在316L不锈钢及单晶硅片上制备Ti N及Ti Si N涂层。利用场发射扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及X射线光电子能谱仪(XPS)分析了涂层的截面形貌及化学组织成分。选择纳米压痕仪测量了Ti N及Ti Si N涂层的硬度及弹性模量,使用UMT-3往复式摩擦试验机研究了人工模拟海水环境下Al2O3与Ti N及Ti Si N涂层对磨后的摩擦磨损行为,并采用扫描电镜(SEM)、电子能谱(EDS)及表面轮廓仪来深入分析了磨痕的摩擦磨损情况。结果研究表明,Ti N涂层的硬度为32.5 GPa,当Si元素掺入涂层以后,Ti Si N涂层的硬度提高到了37 GPa。同时,较之于Ti N涂层,Ti Si N涂层的腐蚀电流密度下降了一个数量级。在摩擦实验中,Ti N涂层的摩擦系数和磨损率分别为0.35和5.21×10-6 mm3/(N·m),而Ti Si N涂层的摩擦系数和磨损率均有明显下降,分别为0.24和1.96×10-6 mm3/(N·m)。结论 Si元素掺杂后能显著提高Ti N涂层在海水环境下的摩擦学性能,主要归因于结构的致密,硬度、韧性、抗腐蚀性的提高及润滑相的形成。     

调制周期对TaN/NbN纳米多层膜力学性能的影响

本研究选择钽和铌的氮化物作为个体层材料,利用FJL560CI2型超高真空射频磁控与离子束联合溅射系统制备TaN、NbN及-系列的TaN/NbN多层薄膜.通过XRD和纳米力学测试系统以及摩擦磨损仪分析了该体系合成以后的晶体结构,以及调制周期对机械性能的影响.结果表明:多层膜的纳米硬度值普遍高于两种个体材料混合相的硬度值;当调制周期为8.5 nm时,TaN/NbN多层膜达到最大硬度30 GPa,结晶出现多元化,多层膜体系的硬度、应力、弹性模量以及膜-基结合性能均达到最佳效果.     

Effect of residual internal stresses in tin coatings on specific losses in anisotropic electrical steel

Methods of X-ray diffraction analysis, mass-spectrometry, and atomic force microscopy have been used to perform a comparative analysis of factors that cause the appearance of residual stresses in TiN coatings deposited by reactive magnetron sputtering and to study their effect on specific magnetic losses in electrical-sheet steel. Physical and mechanical parameters of coatings, such as hardness, elastic modulus, residual stress, microstructure, and surface morphology, have been studied. It has been shown that the level of internal stresses in a coating depends on its thickness and increases with increasing quantity and energy of ions in the deposited beam. The maximum magnitudes of compressive stresses in coatings (13 GPa) were obtained when using an unbalanced working regime of the magnetron and a negative bias at the substrate. The hardness of coatings produced under such conditions reaches 29 GPa. There has been demonstrated a possibility of reducing losses in electrical-sheet steels by about 15% by depositing surface coatings with high compressive stresses.