不同Al含量的Ti/Al合金靶对磁控溅射离子镀TiAlN薄膜力学性能的影响

采用不同Al含量的Ti/Al合金靶材在硬质合金刀具上沉积TiAlN薄膜,研究靶材中不同的Al含量对TiAlN薄膜表面粗糙度、硬度以及膜基结合力等性能的影响,通过显微硬度仪、划痕仪、金相显微镜和XRD等仪器分别对薄膜的硬度、结合力、组织结构等主要性能进行测试分析。实验结果表明:随着Ti/Al合金靶中Al含量的增加,TiAlN薄膜的硬度先增加后减小,膜基结合力逐渐增加;当Al在Ti/Al合金靶材中所占的比值为2:3时,TiAlN薄膜的硬度、耐磨性等综合力学性能最佳。     

基于多弧离子镀基体负偏压对复合膜层性能的影响

采用多弧离子镀技术在齿轮材料40Cr基体上制备Ti/N与Ti/Al/N复合膜层.在一定范围内改变基体负偏压,观察相应膜层的形貌和性能变化,分析基体负偏压对膜层表面形貌、膜层厚度、膜基结合力及显微硬度的影响,得出基体负偏压设计范围内的一个最佳值,以获得膜层最优性能.实验表明,在一定范围内,膜层的性能随基体负偏压增加先增强后减弱.     

电弧离子镀制备TiAlN膜工艺研究

采用阴极电弧离子镀技术在1Cr18Ni9Ti不锈钢基材上制备TiAlN膜层,镀膜装置为俄罗斯科学院UVN 0.5D2I电弧离子镀膜机,该设备由一个大功率的气体离子源和两个金属蒸发源组成.气体离子源具有气体离子轰击和辅助沉积的特点.研究了电弧电流、负偏压和气体离子源功率等工艺参数对膜层的影响规律.实验结果表明:气体离子源具有明显的细化金属颗粒的作用.提出了制备TiAlN膜层的最佳工艺,得到了厚度为5 ～10μm、相结构为Ti0.5Al0.5N、显微硬度为1200HV0.01的TiAlN膜层.     

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:...     

含过渡层TiAlN和CrAlN硬质膜的制备及其抗氧化性能研究

采用磁控溅射技术制备TiAlN、CrAlN及含Ti、Cr过渡层的TiAlN、CrAlN四种薄膜,并对其进行850℃大气热处理实验,通过激光共聚焦显微镜、纳米压痕仪对热处理后的试样进行测试。表征结果显示:热处理后的TiAlN薄膜及含有Ti过渡层的TiAlN薄膜硬度及弹性模量都大幅降低,前者比后者的表面粗糙度小、抗氧化性能更优;热处理后CrAlN薄膜的硬度和弹性模量大幅下降,而含Cr过渡层的CrAlN薄膜热处理后的硬度、模量相对较高,表面粗糙度也相对较小。     

中频非平衡磁控溅射TiAlN薄膜的结构与性能

采用中频非平衡磁控溅射离子镀设备在YG10硬质合金表面制备(Ti_1-xAl_x)N薄膜,运用X线衍射仪、扫描电子显微镜、显微硬度计和材料表面性能测试仪等对薄膜进行表征,分析氮气分压、直流偏压和Al含量对薄膜的力学性能、薄膜成分和组织结构的影响。结果表明:薄膜呈柱状多晶组织,主要组成相为(Ti, Al)N相;随着氮气分压增大,膜层中氮原子增多,而铝、钛原子含量减少,膜层中r_Al/(Al+Ti)与r_(Al+Ti)/N均下降,薄膜(111)晶面取向减弱,(220)和(200)晶面取向增强。力学性能测试表明,随着膜层中的Al含量和直流偏压升高,薄膜硬度、膜厚和膜-基结合力均呈现先升高后降低的趋势,薄膜显微硬度最高2 915 HV,膜-基结合力最高达73 N。     

磁控溅射TiCN薄膜对Al-Cu-Mg-Ag合金组织与性能的影响

基于正交试验设计，在铝合金表面磁控溅射沉积TiCN薄膜，采用盐雾腐蚀、电化学腐蚀、硬度测试等探究磁控溅射工艺参数（钛靶功率、碳靶功率、氮氩比）对Al-Cu-Mg-Ag合金硬度与抗腐蚀性能的影响规律，并结合扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）等对其机理进行探讨。结果表明：磁控溅射工艺参数对合金的膜层硬度、盐雾最大腐蚀深度、腐蚀电流密度、膜基结合力的影响顺序分别为：氮氩比>C靶功率>Ti靶功率；C靶功率>氮氩比>Ti靶功率；C靶功率>氮氩比>Ti靶功率；Ti靶功率>C靶功率=氮氩比。C靶功率200 W、Ti靶功率100 W、氮氩比为1：40时，可以获得耐蚀性、硬度和膜基结合力综合性能优良的TiCN膜层。     

多层膜体系微硬度实验的有限元数值模拟

使用FEPG软件编程,对维氏压头的微硬度实验进行模拟,建立了一种针对膜基体系有限元计算的新模型,该模型考虑了边界摩擦和实时跟踪接触因素,在对TiN单层膜和TiN／Ti／TiN／Ti／TiN／Ti6层膜压痕的模拟分析后,得出“载荷-压痕对角线长度关系曲线”和“硬度-载荷关系曲线”以及塑性区分布图,并对微硬度实验中的压头的压入深度相对于单层膜膜层厚度和多层膜中组分膜膜层厚度的取值进行了讨论,与其他文献中的实验比较,结果吻合。说明模型是合理的,结果是可靠的,对实际应用具有指导意义,并为理论分析提供了研究方法。     

脉冲负偏压对TiN-Cu复合膜结构与性能的影响

为了研究薄膜的生长过程对薄膜结构和性能的影响并促进该类薄膜的商业应用,利用电弧离子镀在不同脉冲负偏压下沉积了TiN-Cu复合膜,并对其表面形貌、晶体结构、能谱、硬度、结合强度和耐磨性进行研究.结果表明,在50~300 V范围内,随脉冲负偏压值增加,沉积薄膜中Cu原子分数逐渐减少;薄膜中最大的Cu原子分数低于Cu-Ti合金靶中Cu原子分数.沉积膜中TiN相存在明显的(111)晶面织构,并且脉冲负偏压值增大,薄膜的织构程度增加.脉冲负偏压值增加,沉积的TiN-Cu复合膜的硬度和耐磨性降低,但结合强度增加.沉积膜结构与性能的变化与脉冲偏压引起薄膜中Cu原子分数的变化有一定关系.     

降低DLC薄膜应力的方法研究

为了沉积出高硬度、低应力、高膜-基结合强度的类金刚石硬质薄膜,利用脉冲电弧离子镀技术在高速钢基底上制备类金刚石薄膜,采用退火、增加Ti过渡层、Ti离子轰击等方法减小DLC薄膜应力.结果表明:单层DLC薄膜的应力可达7.742 GPa;以Ti为过渡层的DLC薄膜的应力减小为2.027 GPa;对Ti/DLC薄膜进行退火热处理,薄膜应力减小到0.359GPa.利用Ti作过渡层,并且对薄膜进行退火处理,可以使DLC薄膜产生的高应力在Ti层中得到明显减小,提高膜-基结合力,增加硬度.     

Influence of a TiAlN coating on the mechanical properties of a heat resistant steel at room temperature and 650 °C

A TiAlN coating was deposited on a heat resistant steel X12CrMoWVNbN10-1-1 by vacuum arc ion plating. The tensile and fatigue properties of the coated steel were investigated at room temperature (RT) and 650 °C. The results reveal that the TiAlN coating is compact, on which a small number of large particle and pits are present. The Ti/Al atomic ratio in the coating is about 0.94. The average hardness of the coating is 1 868 HV0.1 and the interface bonding force between TiAlN coating and the substrate is about 31 N. The elastic modulus and the strength of the steel are improved by the deposition of TiAlN coating. The influence of the TiAlN coating on the tensile properties of the steel can be ignored at both RT and 650 °C. Moreover, there is no obvious decrease of the fatigue limit of substrate when the steel is coated by the coating at the investigated temperature.     

脉冲N离子束轰击对TiAlN膜层显微硬度影响的研究

采用俄罗斯UVN 0.5D2I脉冲离子束辅助电弧离子镀沉积设备,在高速钢W18Cr4V基材上沉积TiAlN膜层。研究了膜层沉积之前N离子束轰击基材以及膜层沉积过程中N离子束辅助轰击对TiAlN膜层显微硬度的影响。结果表明:膜层沉积之前,N离子轰击得到高度洁净的表面,使基材的显微硬度由原来的900HV0.01提高到1230HV0.01。膜层沉积过程中,脉冲N离子束轰击,消除了膜层中的硬度"软点"及阴影效应,增加(Ti,Al)N相的含量,膜层的内部产生了压应力,这些因素显著提高了膜层的硬度,膜层的最高硬度为2530HV0.01。但轰击能量不能过高,否则会降低膜层的显微硬度。     

Nanoindentation analysis of TiN,TiAlN,and TiAlSiN coatings prepared by cathode ion plating

The TiN,TiAlN and TiAlSiN coatings were deposited on H13 hot-worked mold steel by cathodic arc ion plating(CAIP).The morphologies,phase compositions,and nanoindentation parameters,such as creep hardness,elastic modulus and plastic deformation energy of the coatings were analyzed with field emission scanning electron microscopy(FESEM),X-ray diffraction(XRD) and nanoindentation testing,respectively,and the test results were compared with equation describing the indentation model.The results show that the TiN,TiAlN and TiAlSiN coating surfaces were dense and composed of TiN,TiN + TiAlN,TiN + Si3N4 + TiAlN phases,respectively.There was no spalling or cracking on the indentation surface.The creep hardness of the TiN,TiAlN and TiAlSiN coatings was 7.33,13.5,and 15.2 GPa,respectively;the corresponding hardness measured by nanoindentation was 7.09,15.6,and 21.7 GPa,respectively;and the corresponding elastic modulus was 201.93,172.79,and 162.77 GPa,respectively.The contact depth and elastic modulus calculated by the indentation model were close to those of the test results,but the remaining indentation parameters showed discrepancies.The sequence of plastic deformation energy was TiN TiAlNTiAlSiN.     

CrAlN/TiAlN 纳米多层膜的微结构及其性能研究

采用磁控反应溅射法制备了不同调制周期的CrAlN/TiAlN纳米多层膜,并通过X射线衍射仪 、显微硬度计、扫描电镜分析了调制周期对多层膜的微结构、力学性能和高温抗氧化性能的影响。结果表明：CrAlN/TiAlN纳米多层膜共格外延生长,呈现CrAlN（或TiAlN）面心立方结构,且呈（111）择优取向;CrAlN/TiAlN纳米多层膜在某些调制周期出现硬度异常升高的超硬度效应;CrAlN/TiAlN纳米多层膜比CrAlN, TiAlN单层膜具有更好的高温稳定性,高温时仍具有较高的硬度。     

V元素对TiAlVN膜层组织和抗热震性能的影响

为了拓展火炮身管延寿,利用磁控溅射技术在炮钢表面沉积了TiAlN膜层,并添加V元素来改善膜层性能.利用扫描电子显微镜附加能谱仪和X射线衍射仪分析了膜层的成分、相结构和表面形貌,研究了V元素对TiAlN膜层抗热震性能的影响.结果表明,TiAlN和TiAlVN膜层主要以TiN为主相择优生长.TiAlVN膜层属于面心立方和微弱六方密排二重结构,晶粒尺寸比TiAlN膜层略大,而晶格常数比TiAlN膜层小,因而TiAlVN膜层质量相对较好.TiAlVN膜层不易产生裂纹,抗开裂性能较好.此外,TiAlVN膜层的抗热震循环次数约为TiAlN膜层的1.4倍.     

Effect of Al and Si additions on microstructure and mechanical properties of TiN coatings

Ti-X-N (X=Al, Si or Al+Si) coatings were grown onto cemented carbide substrates by cathodic arc evaporation. The hardness of the coatings was obtained by nanoindentation and the microstructure was investigated by XRD, XPS and SEM. Solid solution hardening results in a hardness increase from 24 GPa for TiN to 31.2 GPa for TiAlN. The higher hardness values of 36.7 GPa for TiSiN and 42.4 GPa for TiAlSiN are obtained by the incorporation of Si into TiN (TiAlN) coatings due to the formation of special three-dimensional net structure consisting of nanocrystalline (nc) TiN (TiAlN) encapsulated in an amorphous (a) Si₃N₄ matrix phase. Furthermore, the nc-TiAlN/a-Si₃N₄ coating shows the best machining performance.