磁控溅射阴极靶的伏安特性对Ti薄膜结构及性能影响

通过在不同的磁控溅射阴极靶电源供给模式下制备纯Ti薄膜,并采用扫描电镜、X射线衍射、纳米压痕仪及微划痕试验等表征方法对比研究了阴极靶在不同电场模式下对Ti薄膜微观结构、相组成、显微硬度及膜基结合强度的影响。结果表明:相对于直流电场和高功率脉冲电场,通过双脉冲电场模式所制备的纯Ti薄膜具有纳米多晶结构,其晶粒尺寸为17 nm,组织致密,硬度和弹性模量分别达到了3.5 GPa和123 GPa,并且显著提高了与膜基的结合强度。     

调制脉冲磁控溅射峰值靶功率密度对纯Ti镀层沉积行为的影响

调制脉冲磁控溅射可通过改变强/弱离化阶段的脉冲强度和占空比等电场参量,大幅调控镀料粒子的离化率、沉积能量和数量,可实现对沉积镀层形核与生长过程的精确把控。本文在非平衡闭合磁场条件下,采用调制脉冲磁控溅射技术,通过对其强离化脉冲阶段的脉冲宽度和靶功率进行调控获得持续增大的峰值靶功率密度,并在此条件下制备多组纯Ti镀层,对其微观形貌和力学性能进行了检测分析。研究结果表明,当强离化脉冲阶段的峰值靶功率密度由0.15 kW×cm-2持续增大至0.86 kW×cm-2时,所制备的纯Ti镀层具有11nm的平均晶粒尺寸、较其他峰值靶功率密度条件下制备镀层更为致密的组织结构、平整的表面质量（表面粗糙度Ra为11nm）和良好的力学性能。     

N-Ti微合金化高强钢中的含Ti析出物

利用Gleebe1500热模拟试验机,对氮钛微合金化高强钢在薄板坯连铸连轧工艺下进行了热模拟试验,对模拟各工序下的Ti(C,N)析出物形貌进行观察和分析,并通过热力学、动力学分析了其析出的原因和条件,研究了Ti(C,N)析出物在热轧工艺中变化的全过程。研究表明:连铸过程中主要有直径200 nm的液析TiN;铸坯均热后有直径为50~100 nm的固析TiN,在原始奥氏体晶界和枝晶偏析带析出直径为100~200 nm的TiC;连轧后主要有形变诱导析出分布均匀、直径为10~30 nm的TiC;卷取后在铁素体中析出直径为6~15 nm弥散分布的TiC。     

新型Ti—120合金防弹衣材料的抗弹性能

西北有色金属研究院通过对26种钛及其合金材料的对比研究,经历两年半时研制出适合做防弹衣的新型Ti-120合金材料.本文着重介绍该合金裸露靶板实弹考核的性能测试情况.试验材料及方法,靶板规格为δ(板厚)×100mm×100mm方板,Ti—120靶板采用2.6mm和2.4mm两种厚度.2.6mm厚靶板分别经650℃、680℃、700℃、720℃和750℃退火.2.4mm厚靶板经720℃退火.将3.1mm厚TA2纯钛板(经700℃退火后)做对比靶板.每种状态靶板至少取     

调制脉冲磁控溅射峰值靶功率密度对纯Ti镀层沉积行为的影响（英文）

调制脉冲磁控溅射可通过改变强、弱离化阶段的脉冲强度和占空比等电场参量,大幅调控镀料粒子的离化率、沉积能量和数量,实现对沉积镀层形核与生长过程的精确把控。在非平衡闭合磁场条件下,采用调制脉冲磁控溅射技术,通过对其强离化脉冲阶段的脉冲宽度和靶功率进行调控获得持续增大的峰值靶功率密度,并在此条件下制备多组纯Ti镀层,对其微观形貌和力学性能进行了检测分析。结果表明,当强离化脉冲阶段的峰值靶功率密度由0.15 k W·cm-2持续增大至0.86 k W·cm~(-2)时,所制备的纯Ti镀层具有11 nm的平均晶粒尺寸,且较其他峰值靶功率密度条件下的制备镀层具有更为致密的组织结构、平整的表面质量(表面粗糙度Ra为11 nm)和良好的力学性能。     

Ti,C超过饱和固溶铝基复合薄膜的微结构和力学性能

采用Al和TiC靶通过磁控共溅射方法制备了Ti:C≈1的不同Ti和C含量的铝基复合薄膜,研究了Ti和C含量对薄膜微观结构和力学性能的影响.结果表明:Ti和C的共同加入使复合薄膜形成了同时具有置换固溶和间隙固溶特征的"双超"过饱和固溶体,复合薄膜的晶粒尺寸在较低的溶质含量下就迅速减小到100 nm以下,并随溶质含量的增加继续减小.相应地,薄膜的硬度也从纯Al的1.3 GPa迅速提高,在含0.6%(Ti,C)时可达到2.1 GPa,并在含6.4%(Ti,C)时达到最高值7.0 GPa.随溶质含量的进一步提高,复合薄膜逐渐呈现非晶态,硬度也略有降低.研究结果显示了Ti和C双超过饱和固溶对铝基薄膜具有显著的晶粒细化作用和强化效果.     

复合高功率脉冲磁控溅射Ti的放电特性及薄膜制备

采用高功率脉冲磁控溅射与直流磁控溅射并联的复合高功率脉冲磁控溅射技术,研究直流磁控溅射部分耦合直流电流变化对Ti靶在Ar气氛中放电及等离子体特性的影响.采用表面轮廓仪、扫描探针显微镜、X射线衍射与纳米压痕仪对Ti薄膜厚度、结构特征以及力学性能进行表征.结果表明:耦合直流电流增加,靶平均功率增加,脉冲作用期间靶电流降低,等离子体电子密度增加;在耦合直流电流为2.0A时,等离子体电子密度和电子温度获得较大值,分别为2.98 V和0.93 eV;耦合直流电流增加,Ti薄膜沉积速率近似线性增加,粗糙度增加,硬度和弹性模量略有降低;相同靶平均功率时,采用复合高功率脉冲磁控溅射技术制备Ti薄膜与采用传统直流磁控溅射技术相比,沉积速率相当;靶平均功率650W时复合高功率脉冲磁控溅射所制Ti薄膜比传统直流磁控溅射所制Ti薄膜更加光滑,平均粗糙度降低1.32 nm,力学性能更加优异,硬度提高2.68GPa.     

低碳微合金钢中Nb、V、Ti碳氮化物的回溶研究

采用透射电镜和X射线光谱技术,研究了低碳微合金钢中Nb、V、Ti的碳氮化物在不同温度保温1 h后的回溶行为.结果表明,低碳微合金钢中存在尺寸明显不同的两类析出,其中颗粒尺寸较大的在80 nm以上;这种颗粒的心部是(Nb,V,Ti)(C,N)相,而颗粒边缘为(Nb,Ti)(C,N)相;颗粒尺寸较小的在20 nm以下,其类型为(Nb,Ti)(C,N).两类析出物中Nb与Ti的原子比均随回溶温度的升高而减小.     

基于正交试验Ti0.33Al0.67N膜层制备工艺研究

选用纯Ti靶与Ti0.33Al0.67合金靶制备Ti0.33Al0.67N膜层,在对基体材料进行离子渗氮之后,采用正交试验对多弧离子镀中的工艺参数进行优化,通过观察膜层结合力、表面形貌、显微硬度和膜层厚度选择最佳的工艺参数.     

基于磁控溅射技术的电磁屏蔽层研究

为了解决电子系统塑料机盒的抗EMI问题,提出了一种采用多靶磁控溅射技术对塑料内表面进行金属化的新环保工艺,利用屏蔽效能对电磁兼容性作了理论分析,并对金属化层的膜系结构、溅射工艺、附着强度等作了较为深入的研究.研究结果表明:衰减损耗是各层屏蔽效果线性相加的结果;反射损耗与各层相对位置关系无关;层数多或各屏蔽层的反射越大,则屏蔽效果越好.试验表明:采用Cu/1Cr18Ni9Ti的金属屏蔽层结构,可以获得良好的屏蔽效能及耐候性,其中500nm Cu 100nm 1Cr18Ni9Ti较宜.     

不同Ti靶电流对Ti掺杂类石墨碳膜的结构和性能的影响(英文)

利用磁控溅射的方法成功制备Ti掺杂类石墨碳(Ti-GLC)膜。采用拉曼光谱、X射线光电子谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、纳米压痕仪和球盘式摩擦机分别表征不同Ti靶电流下制备的Ti-GLC膜的成分、结构和性能。随着Ti靶电流的增加,薄膜中sp2键的比率和Ti含量增加,同时薄膜的硬度和内应力也增大,但较高的Ti靶电流将会促使薄膜产生鳞片状结构从而使其变疏松。较少的Ti掺入量可以降低GLC膜的干摩擦因数,纯GLC膜在水润滑条件下的摩擦因数最低。在较低Ti靶电流下制备的Ti-GLC膜在干摩擦及水润滑条件下均具有较高的抗磨性能。     

High-Temperature Oxidation Behavior of (Ti,Cr)N Coating Deposited on 4Cr13 Stainless Steel by Multi-arc Ion Plating

在4Cr13不锈钢表面进行多弧离子镀沉积(Ti,Cr)N涂层,研究不同Cr含量的(Ti1-xCrx)N(x=0.28,0.56,0.73)复合薄膜在700℃的高温氧化行为。考察了薄膜氧化后的表面形貌、成分等。用热重法(TG)与差示扫描量热分析法(DSC)分析(Ti,Cr)N薄膜的加热氧化情况,并与TiN薄膜进行对比。结果表明:随着铬靶弧电流(ICr)的提高,(Ti1-xCrx)N薄膜中的Cr含量增加,Cr含量与ICr/ITi存在着线性关系;Cr含量越高,(Ti1-xCrx)N薄膜的高温抗氧化性能越好;(Ti1-xCrx)N薄膜的氧化热力学温度均高于TiN薄膜,表明Cr的加入明显提高了薄膜的氧化热力学温度。     

MoS2／Ti复合膜的制备和性能

为了克服MoS2薄膜在大气环境下极易氧化失效且耐磨性能差的缺点，采用非平衡直流磁控溅射技术制备了MoS2／Ti复合膜，研究了Ti靶电流对复合膜结构和性能的影响。电子探针（EPMA）测定表明，膜中Ti的含量随着Ti靶电流的增加而增加。场发射扫描电子显微镜（FE．SEM）对膜的表面和截面形貌观察发现，膜的表面由尺寸为几十～几百纳米的颗粒组成，而膜的截面呈柱状晶结构。膜的致密性和Ti靶电流有关，电流越高，膜的致密性越好，从而膜的硬度也越高。     

Use of optical absorption spectroscopy for the characterization of an Ar−Ti magnetron discharge

The density of ground state and metastable Ti atoms were measured in a magnetron sputtering reactor with a 10 cm diameter Ti target by using resonant optical absorption spectroscopy. Experiments were conducted under various discharge parameters, namely the discharge current (0.2 A to 1.2 A) and the distance from the target (2 cm to 12 cm) under two working pressures (0.5 Pa and 4 Pa). The results were compared with previous results for a smaller magnetron source with a 5 cm diameter target. The Ti densities were as follows: [Ti]≈10¹¹ cm⁻³, [Ti_m]=10¹⁰ to 10¹¹ cm⁻³ for 0.5 Pa and [Ti]≈[Ti_∞]=10¹⁰ to 10¹² cm⁻³ for 4 Pa. The portion of Ti metastables in the discharge increases by a factor of approximately 2 as the working pressure increases.     

Ti靶电流对CrTiAlN镀层组织结构及硬度的影响

利用磁控溅射技术在高速钢和单晶硅基体上沉积CrTiAlN梯度镀层,研究Ti靶电流对CrTiAlN镀层组织、相结构及硬度的影响.利用EDS、XRD和SEM分析镀层的成分、相结构及形貌,采用显微硬度计测量镀层的硬度.结果表明:随着Ti靶电流的增大,镀层中的Ti原子逐渐置换CrN中的Cr原子形成Cr-Ti-N体系,同时出现少量的TiN相;镀层生长的择优取向由(111)晶面逐渐转变为(200)晶面;镀层柱状晶的结构更为致密,其表面形貌由三棱锥结构逐步变为胞状结构;随Ti靶电流的增大,镀层硬度逐渐由1267HV升至1876HV.     

ZrCo/Ti储氚复合膜的制备及性能研究

本文利用磁控溅射成功制备了Ti/ZrCo/Ti、ZrCo/Ti/ZrCo/Ti多层复合薄膜,研究了复合薄膜的微观结构与贮氢性能,深入探讨了所制备复合膜作为氘氚中子发生器氚靶部件的应用可能性。结果表明,所制备的多层复合薄膜是由ZrCo相和Ti相组成,各膜层间的界面清晰可辨。相比ZrCo 等单层薄膜,夹层Ti的引入不仅显著提升了复合薄膜的吸氢量,还使薄膜氢化物的具有较高的稳定性。更可喜的是所制备ZrCo/Ti储氚复合膜未发生明显歧化反应。本工作所构建的ZrCo、Ti相互交替的多层复合膜结构,拓展了ZrCo合金的应用领域,可为高容量、高热稳定性新型复合膜氚靶材料的设计开发提供了重要参考。     

静电纺丝制备连续SiC亚微米/纳米纤维

采用镶嵌靶反应磁控溅射技术,通过调节氮分压及基体偏压在M2高速钢基体表面制备了一系列耐热的(Ti,Al)N硬质薄膜,并用XRD,EDS及纳米压入法、划痕法等方法研究了(Ti,Al)N薄膜的成分、相结构与力学性能的关系。结果表明,氮分压和基体偏压对(Ti,Al)N薄膜取向及Ti、Al、N原子含量有明显影响,从而导致薄膜硬度及膜基结合性能发生变化。研究中,在氮分压为33.3×10-3Pa、基体偏压为-100V时制备的(Ti,Al)N薄膜力学性能最优,其纳米硬度为43.4GPa,达到40GPa超硬薄膜的要求。     

厚度和层间界面对Ti6Al4V钛合金抗弹性能的影响

开展了Ti6Al4V钛合金的抗弹性能研究,通过对厚度为10～30 mm的均质Ti6Al4V钛合金靶板和总厚度为30 mm的(15+15)mm双层Ti6Al4V钛合金靶板的终点弹道侵彻实验,研究了厚度和层间界面对Ti6Al4V钛合金抗弹性能的影响规律。结果表明:Ti6Al4V钛合金的抗弹性能随着厚度的增加逐渐提高;在靶板厚度由15 mm增加到20 mm时,其抗弹性能出现了陡增,这与其损伤模式由脆性冲塞破坏转变为塑性扩孔破坏有关;层间界面不利于Ti6Al4V钛合金抗弹性能的提高,厚度为30mm的单层均质Ti6Al4V钛合金靶板的抗弹性能优于总厚度为30mm的(15+15)mm双层Ti6Al4V钛合金靶板,这与双层靶板的层间界面几乎无剪切强度有关。     

Mo对多弧离子镀(Ti,Mo)xN涂层组织与性能的影响

采用Ti/Mo复合靶 ,用多弧离子镀技术沉积了 (Ti,Mo) xN多元涂层 ,研究了Mo对该涂层组织与性能的影响。结果表明 ,涂层的主要结构为 (Ti,Mo) 2 N ,其中Mo的固溶度可达 4 56% (质量分数 ) ,并具有较高的显微硬度、抗氧化性和低的孔隙率。在沉积过程中存在着多元合金涂层与复合靶的成分离析现象 ,这与靶材的结构有关。     

工业纯Ti高线盘条的开发

Ti及Ti合金线材应用广泛，但在热加工过程中容易产生多种缺陷，工业连续化生产困难。以工业纯Ti自身特性、热加工图、碳钢盘条生产经验等为重要依据，设计了工业纯Ti盘条孔型系统，制定了加热、轧制、冷却等工艺参数，并在某高线产线上进行了试制。结果表明，纯Ti盘条组织性能及硬度均满足标准的要求，高速线材轧钢设备生产工业纯Ti高线盘条是可行的。