脉冲偏压电弧离子镀CrAlN薄膜研究

在高速钢和不锈钢基体上用脉冲偏压电弧离子镀技术制备了CrAlN薄膜,研究了脉冲偏压对薄膜成分、结构和性能的影响,并进行了900℃下的高温抗氧化性能检测。结果表明,薄膜中Al的相对含量随着脉冲偏压的增加而降低;薄膜的相结构由立方CrN和Al相组成;薄膜的硬度随脉冲偏压的增加而增大,在偏压幅值为-500 V时,硬度可达21.5 GPa;薄膜具有高达70 N的膜基结合力;此外,薄膜在900℃的大气中保温10 h,没有出现明显的氧化现象;在合成的三种薄膜中,在脉冲偏压为-500 V×40 kHz×40%时的薄膜具有最好的综合性能。     

脉冲偏压对电弧离子镀深管内壁沉积TiN薄膜的影响

用电弧离子镀设备,分别采用直流偏压和脉冲偏压的沉积工艺,在一端封口的50 mm×200 mm×5 mm的不锈钢深管内壁上沉积TiN薄膜,对薄膜的厚度、表面形貌、相结构、硬度和磨损性能等随管子深度的变化进行了对比测试.结果表明,两种工艺下薄膜的厚度、硬度以及耐磨性能都随管子的深度而下降,但与直流偏压相比,脉冲偏压能够提高薄膜厚度和硬度,减少大颗粒的尺寸和数量,提高耐磨性能;按照硬度不低于20 GPa的标准划分,脉冲偏压使镀膜深度提高了40%,即从直流偏压的50 mm提高到70 mm.     

脉冲偏压电弧离子镀制备C_(1-x-y)N_xZr_y超硬复合薄膜

用脉冲偏压电弧离子镀方法在保持石墨靶弧流恒定的条件下,通过同步改变锆靶弧流与氮流量,在硬质合金基体上制备了一系列不同成分的C1-x-yNxZry复合薄膜.随着锆靶弧流与N流量增加,薄膜中Zr与N含量都呈线性增加,同时C含量快速减少.Raman光谱显示所制备的薄膜具有DLC特征,而XRD结果显示薄膜中还存在有明显的ZrN晶体相,说明本实验所制备的薄膜属于在DLC非晶基体上匹配有ZrN晶体相的碳基复合薄膜.随Zr与N含量增加,薄膜硬度先增大后降低,当x=0.19,y=0.28时薄膜具有最高硬度值,为43.6GPa,达到了超硬薄膜的硬度值.     

电弧离子镀中不同偏压模式对TiN薄膜形貌的黄美东

用扫描电子显微镜观察了电弧离子镀中各种不同偏压模式：不加偏压、加不同直流偏压和加幅值相同但占突比不同的脉冲偏压情况下获得的TiN薄膜的表面形貌,结果表明,脉冲偏压可以大大减小膜表面的大颗粒尺寸和数量,显著改善表面形貌。     

脉冲偏压对电弧离子镀TiNbN硬质薄膜相结构的影响

用电弧离子镀设备,在其他工艺参数相同的条件下,通过仅改变脉冲偏压幅值的方法分别沉积TiNbN硬质薄膜,考察脉冲偏压对薄膜相结构的影响.结果表明,TiNbN硬质薄膜的相结构随脉冲偏压幅值的变化而变化:当幅值为-300 V时,得到TiN类型的(TiNb)N的固溶体;-600 V时,得到TiN和δ-NbN的混合相结构;而在-900 V时,则得到TiN和δ-NbN以及β-Nb2N三相混合结构.分析表明,脉冲偏压能够改变薄膜相结构,这与不同偏压提供的离子沉积能量,能够分别满足各个化合物生成自由能的热力学条件有关.     

Cu含量对脉冲偏压电弧离子镀TiN-Cu纳米复合薄膜硬度的影响

用脉冲偏压电弧离子镀技术在高速钢(HSS)基体上制备了一系列不同Cu含量的TiN-Cu纳米复合薄膜,用EPMA、SEM、GIXRD和纳米压痕等方法分别测试了薄膜的成分、形貌、相组成、硬度和弹性模量,重点考察薄膜成分对其硬度和弹性模量的影响.结果表明,Cu含量对薄膜的硬度和弹性模量影响显著,随着Cu含量的增加,薄膜硬度和弹性模量先增大后减小,在Cu含量为1.28 at％时,硬度和弹性模量达到最大值,分别为45.0 GPa和562.0 GPa.最后对TiN-Cu纳米复合薄膜的非晶-纳米晶强化机制进行了讨论.     

偏压对阴极电弧离子镀AIN薄膜的影响

在不同基体负偏压作用下,用阴极电弧离子镀等离子体物理气相沉积（PVD）方法在单晶Si(100）基片上获得六方晶系的晶态AIN薄膜。用X射线衍射仪分析了沉积膜的物相组成和晶格位向随偏压的变化。在扫描电子显微镜（SEM）下观察沉积膜的显微组织形貌。结果表明,在较小偏压下,AIN膜呈（002）择优取向,表面致密均匀;在较大偏压下,AIN膜呈（100）择优取向,表面形貌则粗糙不平,AIN薄膜的择优取向及表面形貌受到不同偏压下不同离子轰击能量的影响。     

电弧离子镀沉积TiC_x薄膜的结构和性能研究

采用脉冲偏压电弧离子镀沉积系统,在W6Mo5Cr4V2高速钢基体上制备出不同成分的TiCx薄膜。通过扫描电镜、X射线衍射、X射线光电子谱及拉曼光谱对薄膜的表面形貌和微观结构进行分析;采用纳米压痕和摩擦磨损试验来表征薄膜的力学性能。结果表明:所制备的薄膜为富碳TiCx薄膜,富碳成分均以非晶碳形式存在。随着非晶碳组分的增加,薄膜硬度和弹性模量逐渐降低,获得的最高值分别为36GPa和381GPa,同时薄膜的摩擦系数在0.2~0.3之间。     

电弧离子镀硬质梯度薄膜技术

电弧离子镀设备若具有必要的功能条件 ,就可用纯金属分离靶弧流控制技术来制取多元硬质梯度薄膜 ,本工作明确合成梯度薄膜的工艺原则 ,并以TiAl多层合金梯度薄膜和 (Ti,M)N(M为Zr ,Nb等元素 )硬质梯度薄膜为例 ,进一步展开说明该技术的工艺过程 ,对实际效果给予评定。结果表明 ,用电弧离子镀技术制备多元硬质梯度薄膜 ,具有操作简便、沉积速度快、成分调节范围宽等优点 ,为多元复合硬质薄膜的合金强化机制与结构优化研究 ,提供了关键的技术条件     

脉冲偏压下电弧离子镀等离子体负载的等效电路模型及其定量表征

为了解决电弧离子镀（AIP）工艺中脉冲偏压电源与AIP等离子体负载间的匹配问题，结合脉冲偏压下AIP工艺实验，运用等离子体鞘层理论、电路理论和仿真模拟技术，得到AIP等离子体负载本质上是由鞘层引起的容性负载，在电路中可以等效为电容和电阻相并联的单元；根据AIP等离子体鞘层演化的特性，将AIP等离子体负载的等效电容表征为与时间无关而只与脉冲偏压幅度和等离子体相关参数有关的量，AIP等离子体负载的等效电阻，可以在直流偏压下通过测量与脉冲偏压幅值对应的AIP等离子体负载电流来确定。经验证，本文建立的AIP等离子体负载的等效电路模型及其定量表征是有效的。     

脉冲偏压对矩形平面大弧源离子镀TiN 膜层性能的影响

采用矩形平面大弧源离子镀技术在201奥氏体不锈钢基体表面制备TiN硬质薄膜,研究了脉冲偏压对TiN膜层的表面形貌、相结构、硬度和耐磨性能的影响.结果表明,随着脉冲偏压的增大,薄膜中大颗粒的数目先增加后减少,这是大颗粒受到离子拖曳力和电场力双重作用的结果.存在一个最佳的脉冲偏压,使得制备出的TiN膜层具有较高的I(111)/I(200)比例和较高的耐磨性.脉冲偏压为-300 V时制备的TiN膜层具有最好的综合性能.     

电弧离子镀纳米TiO2光催化薄膜

采用电弧离子镀法在普通玻璃表面制备透明的TiO2薄膜,AFM、XRD分析TiO2薄膜表面形貌和结构,结果表明经过500℃退火后TiO2薄膜主要为锐钛矿结构.对纳米TiO2薄膜进行了亲水性研究和光催化降解有机物甲基橙和罗丹明B的研究,发现在紫外光照射下纳米TiO2薄膜表现出强光催化活性和超亲水性.     

TiN/TiC multilayer films deposited by pulse biased arc ion plating

TiN/TiC multilayer films were deposited on high-speed-steel (HSS) substrates using pulse biased arc ion plating. For comparison, TiN and TiC films were also deposited. Scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD) and Auger electron spectroscopy (AES) were applied to investigate the modulation period thickness, microstructure and content depth distribution of the films, respectively. And microhardness and film/substrate adhesion were also analyzed using knoop tester and scratching method. The results showed that the multilayer films with different modulation period of 40-240 nm exhibit a modulation structure and the interface width is about 20∼30 nm. Microhardness of the multilayer films were not obviously improved compared to that of TiN and TiC film, and the reason was analyzed. In comparison to TiN film, film/substrate adhesion values of the multilayer films were deteriorated with the increasing of modulation period due to the brittle characteristics of TiC film.     

电弧离子镀纳米TiO2光催化薄膜

采用电弧离子镀法在普通玻璃表面制备透明的TiO2薄膜,AFM、XRD分析TiO2薄膜表面形貌和结构,结果表明经过500℃退火后TiO2薄膜主要为锐钛矿结构.对纳米TiO2薄膜进行了亲水性研究和光催化降解有机物甲基橙和罗丹明B的研究,发现在紫外光照射下纳米TiO2薄膜表现出强光催化活性和超亲水性.     

Preparation of diamond-like carbon thin films by shielded arc ion plating

Abstracts are not published in this journal This revised version was published online in November 2006 with corrections to the Cover Date.     

Effects of substrate temperature on tin-doped indium oxide films deposited by dc arc discharge ion plating

Indium tin oxide (ITO) films were deposited on glass substrate at temperatures ranging from room temperature to 120 °C by the dc arc discharge ion plating technique. The electrical properties and crystallinity of ITO films were investigated. The resistivity of ITO films decreased with the increase of the substrate temperature in deposition, mostly due to increase in Hall mobility above 90 °C. The resistivity of ITO film obtained at temperature 120 °C was 1.33×10⁻⁴ Ω cm. The ITO films crystallized at the substrate temperature higher than 90 °C and the grain size estimated from the (2 2 2) peak in the direction parallel to the surface of the substrate became large with the increase of the substrate temperature. That the Hall mobility increased with the increase of the substrate temperature was speculated to be due to the increase of the grain size in the direction parallel to the surface.     

Synthesis and properties of CeN thin films deposited by arc ion plating

Cerium nitride films were deposited by ion plating in an electron-beam sustained Ce arc discharge in a nitrogen atmosphere. The crystal structure was strongly affected by the arc discharge current and the substrate temperature. The lattice spacing of CeN film is 0.5020 nm with a density of 7.82 g cm^–3. This film showed a paramagnetic property at 10 K in a magnetic field of 20 kOe. The Knoop hardness for CeN film is over 1600. The electrical resistivity was 4.6 × 10^–4 cm with p-type conductivity. The carrier concentration of the CeN film increased after exposure to the air, which suggested that the valence of Ce in CeN is probably 4+.     

负偏压对多弧离子镀TiN薄膜结构和沉积速率的影响

采用多弧离子镀设备在抛光后的高速钢表面沉积TiN薄膜,在其他参数不变的情况下,着重考察偏压对薄膜的沉积速率的影响.实验结果表明,随着负偏压的增加,沉积速率不断增加,但在负偏压达到一定值后,沉积速率又随偏压增大而减小.     

氮气流量对电弧离子镀CrN薄膜组织结构和性能的影响

利用电弧离子镀技术在高速钢基体上于不同氮气流量条件下制备CrN薄膜样品,通过纳米压痕仪、XP-2台阶仪、SEM和XRD测试分析了薄膜的硬度、弹性模量、厚度、表面形貌和物相结构.实验结果表明,氮气流量对CrN薄膜的组织结构和力学性能都具有较为明显的影响.