Zr掺杂类金刚石薄膜摩擦性能及耐腐蚀性能的影响

目的改善不锈钢摩擦性能及耐腐蚀性能。方法通过线性阳极层离子源辅助非平衡磁控溅射法,制备了不同Zr含量的类金刚石(DLC)薄膜,采用扫描电子显微镜、拉曼光谱仪、纳米硬度仪、高温销盘磨损仪、电化学工作站,对薄膜的化学成分、显微结构、纳米硬度、薄膜摩擦性能及耐腐蚀性能进行测试研究。结果随着Zr靶功率的增大,Zr含量线性增加。Zr含量从4.9%增加至16.3%时,I_D/I_G增大,薄膜硬度从12.1 GPa逐渐下降至8.4 GPa;Zr含量增大至21.2%时,I_D/I_G减小,薄膜硬度增大至11.4 GPa。涂镀类金刚石薄膜的不锈钢基体比无涂层的不锈钢基体有更低的摩擦系数,更好的耐磨损性能。Zr掺杂DLC薄膜的最小摩擦系数为0.07。Zr含量从4.9%增加至16.3%,DLC薄膜的耐腐蚀性能减弱;Zr含量继续增加,DLC薄膜的耐腐蚀性能增强。当Zr含量不大于11.9%时,沉积Zr掺杂DLC膜的不锈钢基体的耐腐蚀性能比不锈钢基体的更强。结论 Zr含量不大于11.9%时,Zr掺杂类金刚石薄膜既可以有效地改善不锈钢基体的摩擦磨损性能,又可以大幅提高耐腐蚀性能。     

COMPOSITION, MICROSTRUCTURE AND PROPERTIES OF C–N–Cr FILMS DEPOSITED BY PULSED BIAS ARC ION PLATING

用脉冲偏压电弧离子镀设备在保持偏压一致和工作气压恒定的条件下, 控制不同氮(N)流量,在硬质合金基体上制备了不同成分的C--N--Cr薄膜. 用SEM, XPS, GIXRD, 激光Raman谱和纳米压入等方法分别研究了薄膜的表面形貌、成分、结构与性能. 结果表明, 随着N流量增加, 薄膜中N含量先是线性增加然后趋于平缓, Cr含量先是基本保持不变然后线性减少. 在N流量不超过20 mL/min时,薄膜保持较高的硬度(>30 GPa)与弹性模量(>500 GPa); 当N流量超过20 mL/min时, 薄膜硬度与弹性模量急剧下降, 在N流量为100 mL/min时硬度与弹性模量仅为13.6与190.8 GPa.     

偏压对DLC薄膜结构及摩擦学性能的影响

目的通过调节偏压,改善无氢DLC薄膜的微观结构,提高其力学性能和减摩抗磨性能。方法采用离子束辅助增强磁控溅射系统,沉积不同偏压工艺的DLC薄膜。采用原子力显微镜(AFM)观察薄膜表面形貌,采用拉曼光谱仪对薄膜的微观结构进行分析,采用纳米压痕仪测试薄膜硬度及弹性模量,采用表面轮廓仪测定薄膜沉积前/后基体曲率变化,并计算薄膜的残余应力,采用大载荷划痕仪分析薄膜与不锈钢基体的结合力,采用TRB球-盘摩擦磨损试验机评价薄膜的摩擦学性能,采用白光共聚焦显微镜测量薄膜磨痕轮廓,并计算薄膜的磨损率。结果偏压对DLC薄膜表面形貌、微观结构、力学性能、摩擦学性能都有不同程度的影响。偏压升高导致碳离子能量升高,表面粗糙度呈现先减小后增加的趋势,-400V的薄膜表面具有最小的表面粗糙度且C─C sp^3键含量最多,这也导致了此偏压下薄膜的硬度最大。薄膜的结合性能与碳离子能量大小呈正相关,-800 V时具有3.98 N的最优结合性能。不同偏压工艺制备的薄膜摩擦系数随湿度的增加,均呈现减小的趋势,偏压为-400V时,薄膜在不同湿度环境中均显示出最优的摩擦学性能。结论偏压为-400 V时,DLC薄膜综合性能最优,其表面粗糙度、硬度、结合力和摩擦系数分别为2.5 nm、17.1 GPa、2.81 N和0.11。     

脉冲偏压电弧离子镀C-N-Cr薄膜的成分、结构与性能

用脉冲偏压电弧离子镀设备在保持偏压一致和工作气压恒定的条件下,控制不同氮(N)流量,在硬质合金基体上制备了不同成分的C-N-Cr薄膜.用SEM,XPS,GIXRD,激光Raman谱和纳米压入等方法分别研究了薄膜的表面形貌、成分、结构与性能.结果表明,随着N流量增加,薄膜中N含量先是线性增加然后趋于平缓,Cr含量先是基本保持不变然后线性减少.在N流量不超过20 mL/min时,薄膜保持较高的硬度(＞30 GPa)与弹性模量(＞500 GPa);当N流量超过20 mL/min时,薄膜硬度与弹性模量急剧下降,在N流量为100 mL/min时硬度与弹性模量仅为13.6与190.8 GPa.     

类金刚石薄膜在腐蚀介质中的摩擦磨损行为研究

目的 在304不锈钢表面制备DLC薄膜,并探究其在1 mol/L NaOH、3.5%NaCl、1 mol/L H2SO4溶液中的摩擦磨损行为。方法 通过非平衡磁控溅射设备（UPD650）制备DLC薄膜。采用扫描电子显微镜、拉曼光谱仪,对DLC薄膜的微观结构及磨斑、磨痕进行表征。使用划痕仪和纳米压痕仪,分别测试DLC薄膜的结合力、硬度和弹性模量。使用接触角测量仪测试1 mol/L NaOH、3.5%NaCl、1 mol/L H2SO4溶液和去离子水在304不锈钢和DLC薄膜表面的润湿角。采用CSM摩擦试验机研究304不锈钢和DLC薄膜的摩擦磨损行为。利用动电位极化评价304不锈钢和DLC薄膜的耐腐蚀性能。结果 304不锈钢表面制备的薄膜厚度约1.95 μm,结合力为37 N左右,硬度和弹性模量分别约为14.7 GPa和191.1 GPa。DLC薄膜在1 mol/L NaOH溶液中的摩擦系数高达0.18,而在3.5%NaCl、1 mol/L H2SO4溶液和去离子水中的摩擦系数低至0.05左右。在1 mol/L NaOH、3.5%NaCl、1 mol/L H2SO4溶液中,DLC薄膜的磨损率比304不锈钢的小2、3个数量级。极化测试结果显示,DLC薄膜在不同介质中的腐蚀电流密度顺序为1 mol/L H2SO4<3.5%NaCl<1 mol/L NaOH。结论 沉积的DLC薄膜具有良好的机械性能和耐腐蚀性能,能够很好地改善304不锈钢在1 mol/L NaOH、3.5%NaCl、1 mol/L H2SO4溶液中的摩擦磨损性能。     

工作气压对管内壁沉积Si/O-DLC薄膜结构与性能的影响

目的 探讨工作气压对管内等离子体放电光学现象以及Si/O-DLC(Si and O Incorporated DLC,Si/O-DLC)薄膜结构与性能的影响,为获得管内高质量、均匀的Si/O-DLC薄膜制备工艺技术提供指导。方法 利用空心阴极等离子体增强化学气相沉积(Hollow Cathode Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,HC-PECVD)技术,通过改变工作气压在管内沉积Si/O-DLC薄膜。利用高速摄像机记录并对比不同工作气压下管内等离子体放电光学现象。通过SPM、XPS和Raman光谱仪表征不同工作气压下薄膜的三维立体表面形貌和微观结构,并利用SEM、纳米压痕仪以及划痕测试系统,对比研究管内Si/O-DLC薄膜的硬度、弹性模量、膜基结合力以及沿管轴向的薄膜厚度分布。结果 随着工作气压的上升,管径向中心处亮斑面积和光强先增大增强后趋于缩小暗淡。在不同工作气压下,均能够在管内获得表面光滑的Si/O-DLC薄膜,粗糙度为3~10 nm。随着工作气压的上升,管内Si/O-DLC薄膜的平均厚度从1.42 μm增大到2.06 μm,且沿管轴向的薄膜厚度分布均匀度从24%显著提高到65%;不同工作气压下管内Si/O-DLC薄膜沿管轴向平均硬度呈先增大后减小的趋势,总体平均硬度可达(14±1) GPa。管内Si/O-DLC薄膜在工作气压上升到25 mTorr时获得较高的平均膜基结合力。结论 改变工作气压能够显著影响管内壁Si/O-DLC薄膜的结构与性能,当工作气压为25 mTorr时,在管内获得均匀性最优、结合力较高的Si/O-DLC薄膜。     

弧电流对电弧离子镀沉积超硬ta-C薄膜的影响

用电弧离子镀设备,以获得超硬四面体非晶ta-C薄膜为目的,通过改变弧电流,在硬质合金基体上沉积制备了5组类金刚石DLC薄膜,主要考察弧电流对薄膜结构、性能以及获得超硬ta-C薄膜的影响规律。采用SEM、Raman、XPS、纳米压痕以及摩擦磨损仪分别表征了薄膜的形貌、结构、力学性能以及摩擦性能。结果表明：当弧电流为30 A时,薄膜表面最为平整致密、大颗粒数量最少,Raman谱的I_D/I_G值最小为0.87、sp^₃键含量最大为64%,薄膜的硬度和弹性模量最大分别为56.7 GPa和721.1 GPa、弹性恢复系数高达58.9%,且薄膜的摩擦系数最小为0.073,表明此时获得了具有优异综合性能的超硬ta-C薄膜;但随着弧电流的增加,薄膜表面变得疏松多孔、表面大颗粒增多,I_D/I_G增大、sp^₃键含量减小,薄膜的硬度H和弹性模量E逐渐减小,薄膜的摩擦系数也逐渐增大、摩擦性能大大降低,此时薄膜又归于呈现普通的性能一般的DLC薄膜特征。分析表明,若用电弧离子镀技术制备性能优异的超硬四面体非晶ta-C薄膜,需控制薄膜在较小的离子通量下沉积生长,为此需选择较小的弧电流方能实现。     

316L不锈钢表面沉积类金刚石膜的拉曼光谱分析及润湿性研究

采用等离子体辅助化学气相沉积(PECVD)法,在316L不锈钢基体表面以不同的沉积气压和射频功率制备出类金刚石(DLC)薄膜.拉曼光谱分析结果表明:所沉积的DLC膜具有典型的类金刚石膜结构,薄膜中sp#键含量随工艺参数的不同而不同,射频功率100 W时,sp#键含量随沉积气压增高而降低.接触角测试结果表明:DLC膜沉积...     

掺Ti量对类金刚石薄膜机械性能的影响

采用非平衡磁控溅射技术,通过改变Ti靶溅射电流,在不锈钢衬底表面沉积了不同掺Ti量的类金刚石薄膜(Ti-DLC),研究了掺Ti量对薄膜的显微硬度、弹性模量、膜/基结合强度、断裂韧性及摩擦磨损行为的影响。结果表明:DLC薄膜掺杂Ti后,硬度明显提高,且随着Ti靶溅射电流的增大,薄膜硬度先增加、后降低,Ti靶溅射电流为1.5A时,薄膜硬度最高;掺杂适量的Ti,可以明显改善DLC薄膜的膜/基结合强度和断裂韧性,并能明显降低DLC薄膜的摩擦系数。     

低能Si离子注入对TiN硬质薄膜性能的影响

采用低能MEVVA离子源技术对由磁过滤阴极真空弧沉积的TiN硬质膜进行了Si离子注入.采用场发射扫描电子显微镜、纳米硬度测试等方法,研究了基体离子注入剂量对薄膜性能的影响.结果表明,Si离子注入能在薄膜表面形成均匀细小的纳米颗粒.使基体及薄膜硬度从33 GPa提高到56 GPa,弹性模量从360 GPa提高到750 GPa.对薄膜进行多(4)次注入,硬度和弹性模量的提高并不显著,但对基体离子注入充分,薄膜的整体硬度和吸收塑性变形能的能力均有显著提高.     

置换法化学沉积银的动力学研究

试验了影响置换化学法在铜基材上沉积金属银过程和速度的主要因素,分析诸因素对过程动力学的作用,从而建立了镀液沉积速度的经验方程.验证的结果表明,这一经验方程式对化学沉积银过程的调节和产物的控制具有一定的参考.     

药芯焊丝混合气体保护焊的熔敷特性研究

以Ar＋CO2作为保护气体，研究了药芯焊丝混合气体保护焊的混合气体配比、焊接电流、电弧电压和气体流量对熔敷速度、熔敷系数和熔敷效率的影响。试验结果表明，At＋CO2混合气体保护焊比CO2焊的熔敷效率高，Ar气比例达到60％以上，熔敷效率显著增加。焊接工艺参数选择合适时，可以获得较高的熔敷速度、熔敷系数和熔敷效率。     

药芯焊丝混合气体保护焊的熔敷特性研究

以Ar+CO2作为保护气体,研究了药芯焊丝混合气体保护焊的混合气体配比、焊接电流、电弧电压和气体流量对熔敷速度、熔敷系数和熔敷效率的影响。试验结果表明,Ar+CO2混合气体保护焊比CO2焊的熔敷效率高,Ar气比例达到60%以上,熔敷效率显著增加。焊接工艺参数选择合适时,可以获得较高的熔敷速度、熔敷系数和熔敷效率。     

化学沉积Fe-Ni-La-P合金镀层影响因素分析

采用化学沉积的方法制备Fe-Ni-La-P合金镀层,通过重量法、电化学法分析了镀液成分对Fe-Ni-La-P镀层沉积行为的影响.结果表明,改变镀液组成和沉积工艺,沉积速度随之改变.用电化学方法计算得到的沉积速率与重量法测得的的沉积速率有相同的变化趋势.     

W18Cr4V高速钢基体的TiN化学气相沉积

研究了气体总流量、沉积温度、TiCl4蒸发温度、氮氢比等工艺参数对W18Cr4V高速钢基体TiN沉积速率的影响。确定了沉积过程分别为扩散控制区和表面过程控制区的试验条件。在表面过程控制区域，测定了本试验条件下W18Cr4V钢基体TiN化学气相沉积的表面过程表观活化能值为137．23kJ／mol。     

涂层超导体缓冲层的制备

综述了涂层超导体缓冲层的作用、可利用的材料及制备方法.着重介绍了几种制备缓冲层的真空及非真空方法,即磁控溅射法、脉冲激光沉积(PLD)、溶胶-凝胶法(sol-gel)、电沉积等.展望了对下一步涂层超导体缓冲层的制备.     

沉积气氛对电火花沉积Mo2FeB2基金属陶瓷涂层组织与性能的影响

采用电火花沉积分别在空气和氩气中制备了Mo_2FeB_2基金属陶瓷涂层,通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、显微硬度计和摩擦磨损试验机研究了沉积气氛对涂层形貌、相组成、硬度和摩擦磨损性能的影响。结果表明,2种气氛中沉积所得涂层的组织结构都致密,涂层与基体间无分层,呈冶金结合的特征,但空气中沉积涂层的表面较粗糙,并发生了严重的氧化,涂层均匀性也较差。它们都主要由非晶相和马氏体相组成,但氩气中沉积的涂层含有更多的非晶相。氩气和空气中沉积涂层的最大显微硬度(HV_(0.05))分别为12 862和10 129 MPa,相差2733 MPa,前者涂层2 h的磨损量几乎仅为后者涂层的1/7,表现出更好的耐磨性。2种涂层的主要磨损机制都是疲劳磨损和磨粒磨损,但氩气中沉积涂层以疲劳磨损为主,空气中沉积涂层则以磨粒磨损为主。     

定向凝固镍基高温合金表面微弧火花外延沉积MCrAlY涂层

在分析微弧火花沉积工艺产生的单熔体快速凝固过程的基础上,提出将微弧火花沉积用于制备具有定向凝固特征的防护涂层.结果表明:采用微弧火花沉积可在定向凝固高温合金表面获得超细的胞状柱晶结构、外延生长的MCrAlY涂层.与激光外延生长涂层相比,微弧火花外延涂层能够保持完全的柱状晶结构,而激光外延涂层表层通常会形成等轴晶层;另外,在组织均匀性、组织粗细、界面熔合区大小等方面微弧火花涂层具有明显的优势.     

高效热丝GMAW焊接工艺熔敷速率试验分析

交流热丝GMAW工艺是一种高效焊接工艺,其主弧为传统GMAW电弧.填充焊丝和熔池及母材构成闭合回路,交流脉冲预热电流流经该回路,产生电阻热并预热填充焊丝.当被预热到高温的填充焊丝进入熔池后,在液态金属作用下迅速熔化.进行了高效热丝GMAW工艺的试验研究,找到填充焊丝预热电流、填充焊丝伸出长度、焊丝间距、主弧焊接规范等参...     

常压下MOCVD法制备Al2O3薄膜工艺的研究

在常压条件下，采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）系统在Fe-Cr-Ni合金基片上沉积Al2O3薄膜。以仲丁醇铝（ASB）为原料，纯氮为载气，研究基片温度、ASB温度和载气流量对沉积速率的影响。采用EDS、SEM技术对Al2O3薄膜的组成进行分析。研究表明，ABS温度为125℃的工艺条件下，薄膜厚度为500μm，结合强度是梯度涂层（NiAl和Al2O3的梯度沉积）的结合强度的两倍。