多弧离子镀制备TiN/TiAlN多层薄膜表面形貌与成分研究

采用多弧离子镀技术在高速钢基体上制备了TiN/TiAlN多层薄膜,用扫描电镜及能谱仪对膜层表面形貌和成分进行了观察与分析,结果表明:随钛靶电流的增大,小液滴的尺寸不仅增大,而且形状更不规则,而无液滴处的Al/Ti原子比呈递减规律;随基体偏压的降低,小液滴有减少的趋势,但这一趋势并不明显,而无液滴采集点的Al/Ti原子比也呈递减规律;基体偏压和钛靶电流对较大尺寸的液滴的影响不大。     

多弧离子镀(Ti,Al,Zr,Cr)N多组元氮化物膜的研究

采用多弧离子镀技术,使用Ti Al Zr合金靶和Cr靶,在W18Cr4V高速钢基体上沉积(Ti,Al,Zr,Cr)N多组元氮化物膜.利用扫描电镜(SEM)、电子能谱仪(EDS)和X射线衍射(XRD)对薄膜的成分、结构和微观组织进行测量和表征;利用划痕仪、显微硬度计测评薄膜的力学性能.结果表明,获得的多组元氮化物膜仍具有B1 NaCl型的TiN面心立方结构;薄膜的成分除-50V偏压外,其它偏压下的变化均不明显;增大偏压可减少薄膜表面的液滴污染,提高薄膜的显微硬度及膜/基结合力,最高值可分别达到HV3300和190N.     

不同弧源电流TiN薄膜的表面形貌及其摩擦学性能研究

本文使用AIP-01型国产多弧离子镀膜设备,采用不同的弧源电流在不锈钢衬底及Si片上制备了TiN薄膜,对其硬度、表面形貌以及摩擦系数等进行了测试,从电弧沉积的物理机制角度详细分析了弧源电流对TiN薄膜表面熔滴的影响,结果表明:随着弧源电流的增大,薄膜沉积速率增大、硬度提高,但薄膜表面熔滴(MP)数量增多、尺寸变大,表面粗糙,摩擦系数增大,因此控制最佳弧源电流来获得最好的薄膜性能是离子镀TiN薄膜的关键问题之一.     

真空阴极弧离子镀阴极斑点的移动研究

建立了真空阴极弧离子镀圆形平面靶侧面引弧时,阴极斑点的受力模型,分析了影响电弧运动的因素,改进了圆形平面靶侧面形状,大大提高了石墨靶阴极斑点从侧面到靶平面的过渡速度。     

真空阴极弧离子镀阴极斑点的移动研究

建立了真空阴极弧离子镀圆形平面靶侧面引弧时 ,阴极斑点的受力模型 ,分析了影响电弧运动的因素 ,改进了圆形平面靶侧面形状 ,大大提高了石墨靶阴极斑点从侧面到靶平面的过渡速度     

多弧离子镀TiN薄膜颜色性能的研究

用多弧离子镀技术在3Cr13不锈钢表面沉积TiN薄膜,用扫描电子显微镜和可见光分光光度计研究了大颗粒、氮气流量与靶电流对膜层颜色性能的影响及其作用规律。结果表明,大颗粒由表面结晶层、中间层和液滴层组成,大颗粒数量较少时不会影响薄膜的颜色性能。增加氮气流量,样品的反射率呈下降趋势,颜色坐标红/绿值a*和黄/蓝值b*增大,明度L*减小,彩度指数C*ab增大,色调角H*ab减小,薄膜颜色由银灰色逐渐变化为深黄色;然而,随着靶电流的增大,色调角H*ab增大,彩度指数C*ab、红/绿值a*和黄/蓝值b*减小,薄膜颜色从深黄色逐渐变为银白色。靶电流的变化改变了膜层中钛和氮的原子比,可对氮气流量的变化起到补偿作用。     

电弧离子镀弧斑运动对膜层质量影响分析

随着薄膜材料在现代工业中的广泛应用,电弧离子镀技术已成为制备功能性膜层的重要方法,在航空航天方面主要面向于功能表面改性、复合材料表面金属化等领域。本文采用磁场控制电弧离子镀靶材表面的弧斑运动,在Ti靶上验证了弧斑在不同磁场下的运动状态,分析了弧斑的运动速度及运动范围。在五种磁场情况下制备Ti N膜层,通过扫描电镜、能谱分析仪、台阶仪、X射线衍射仪等对Ti N膜层的表面形貌、微观结构、成分元素、膜层厚度等进行了分析。结果发现,当磁场控制弧斑均匀地分布在整个Ti靶面,且弧斑运动速度加快时,膜层表面大颗粒数最少,膜层最厚,晶体择优生长方向为（111）晶面。     

多弧离子镀膜机阴极弧源的改进及其工艺的实验研究

本文叙述了对多弧离子镀膜机阴极弧源所做的实验研究，提出了如何降低靶极工作电流、提高靶材利用率、减小蒸发粒子的颗粒度以及提高成膜质量的方法。详细介绍了在我所研制的ＨＬＺ－７５０型八个弧源的多弧离子镀膜机上所做的 ＴｉＮ超硬涂层及装饰涂层的工艺研究及实测结果。     

多弧离子镀沉积过程中等离子体参数对薄膜沉积的影响

采用平面探针测试了衬底附近的电流密度，弧电流和衬底偏压的增加均有助于增加到达衬底附近的离子的数量。弧电流增加引起村底的温升，衬底偏压对衬底温度影响较小。采用多弧离子镀技术沉积Cr-N薄膜，衬底偏压对薄膜的硬度影响较小；弧电流增大，薄膜的硬度随之降低。XRD分析表明，弧电流较高时，不利于Cr—N相的形成，薄膜中以Cr的宏观液滴为主，薄膜硬度较低。     

脉冲阴极弧等离子体及有关特性研究

阴极弧（Cathodic Arcs）是目前多种薄膜及涂层制备工艺的重要物质来源。从阴极表面起弧形成阴极斑点、产生等离子体（相变）、等离子体在真空室中的扩展（输运）,到最终在施加偏压的基体上沉积、凝聚形成涂层或薄膜,这一系列环节包含着复杂的物理过程。对这些过程及相关机制的深入分析与认识,无疑会对涂层制备工艺起到重要的理论指导作用。本文简要回顾了人类对阴极弧有关的放电现象的认识过程以及相关涂层的发展历史。对阴极放电机制以及与涂层工艺密切相关的等离子体行为,诸如脉冲阴极弧等离子体速度、鞘层、斜入射与附着系数等问题进行了探讨与实验结果的汇总。旨在为读者对阴极弧及其涂层工艺提供感性认识,为指导科研生产实践服务。     

表面处理对TC16钛合金和18Ni钢电偶对的腐蚀防护

为了有效控制航空工业中TC16钛合金与18Ni钢的电偶腐蚀,分别采用真空电弧离子镀TiN层和微弧氧化技术对TC16钛合金进行表面处理,并对18Ni钢化学氧化,分析了不同表面处理的电偶对的腐蚀等级、阻抗特征及腐蚀形态.结果表明:TC16钛合金与18Ni钢之间存在显著的电偶腐蚀,仅对18Ni钢化学氧化不能解决其与TC16钛...     

钛及钛合金熔炼技术发展现状

目前生产钛及钛合金铸锭最主要的方法是真空自耗电弧熔炼以及冷床炉熔炼方法。详细介绍了真空自耗电弧熔炼、电子束冷床炉熔炼以及等离子束冷床炉熔炼技术的原理、特点和发展现状。     

Effect of N2/Ar gas flow ratios on the nitrided layers by direct current arc discharge

Nitrided layers were prepared on titanium substrates by direct current (DC) arc discharge technique. The effect of nitrogen to argon flow ratios on the microstructures and mechanical properties of the samples was investigated. The X-ray diffraction results show that the surfaces of the layers consist mainly of TiN and a very little TiN_0.3 (101) under the condition of nitrogen/argon gas mixture. A strong TiN (200) preferential orientation in nitrided layers can be seen. With increasing the nitrogen concentration ratio in nitrogen/argon gas mixture, the density and size of TiN dendrites in the nitrided layers, and the hardness and wear resistance of the layers enhanced significantly.     

氢电弧法制备氮化钛纳米粒子

以金属钛为原料,采用氢电弧等离子体法制备了纳米TiN颗粒。通过TEM观测表明,所制备的氮化钛纳米粒子均为立方体,粒径分布窄,分散性好。EDS、XRD检测表明,氮化钛纳米粒子具有较高纯度。TG-DSC分析表明,氮化钛纳米粒子热稳定性好。并对气氛压强对粒子粒径的影响进行了探讨。     

Influence substrate temperature on structural properties of TiN/TiC bilayers produced by pulsed arc techniques

This paper presents an investigation regarding influence of substrate temperature during deposition on the characteristics of TiN/TiC bilayers grown by plasma-assisted pulsed arc discharge. The substrate temperatures were 50, 100 and 150 °C. The gases used in the experiment were N₂ for TiN and CH₄ for TiC. These coatings were studied by X-ray diffraction techniques determining the variation of the lattice parameters for each film. The Scherrer equation was used to calculate the crystallite size and the micro-strain. The X-rays analysis showed an increase in the substrate temperature made the formation of TiC in (2 0 0) orientation favorable. The sample grown at 50 °C presented low crystallinity and it was increased as the substrate temperature increases. Using a scanning probe microscopy, with atomic force microscopy, phase detection microscopy and force modulation microscopy modes, the morphology of the deposited layer was studied and macro-particles were observed using gray scales to identify differences in the friction coefficient and material composition in the coatings. It has been found that the increment of the substrate temperature decreases the condensation of microdroplets on the surface. Lateral force microscopy was used to calculate friction coefficient of the TiN and TiC monolayers and we found that the friction coefficient is smaller for TiC than for TiN.     

等离子渗氮、离子镀TiN复合处理对纯钛铸件硬度及耐磨性的影响

纯钛铸件进行等离子渗氮、脉冲真空电弧离子镀TiN薄膜复合处理后,扫描电镜观察表面形貌,显微硬度仪测量硬度,球盘磨擦实验评估耐磨性。结果显示钛铸件渗氮、TiN镀膜复合处理后,表面呈现均匀明亮的金黄色,显微硬度和耐磨性均显著提高,且优于单纯镀TiN膜的钛铸件。此方法应用于口腔医学领域,对义齿钛支架进行表面改性处理,可提高其磨擦学性能,改善颜色。     

电弧增材制造航空钛合金构件组织及力学性能研究现状

航空航天领域通常将钛合金作为承力结构件使用,对其性能和可靠性都有很高的要求,大型结构件的整体化制造是实现这些需求的有效途径。电弧增材制造技术因效率高、成本低、致密度高,在制备大型结构件方面具有一定优势。综述了国内外电弧增材制造钛合金组织的研究现状,介绍了改变形核条件以及引入轧制、超声等外场辅助技术调控后所得的电弧增材制造钛合金组织。对电弧增材制造钛合金的拉伸性能和疲劳性能进行了综述,总结了拉伸性能和疲劳性能的特点及断裂的原因。最后,对航空航天用钛合金电弧增材制造的组织及力学性能的关系进行了分析,并且对两者的调控前景进行了展望。     

钛合金表面Ti-TiN-Zr-ZrN多层膜制备及性能

采用多靶位真空阴极电弧沉积技术,在TC11钛合金表面制备24周期的Ti-TiN-Zr-ZrN软硬交替多元多层膜。用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、结合力划痕仪、球-盘摩擦磨损试验仪、砂粒冲刷试验仪和3D表面形貌仪,研究多层膜的表面及截面形貌、相结构、厚度、硬度、膜/基结合力、摩擦磨损性能和抗砂粒冲蚀性能。结果表明:所制备TiTiN-Zr-ZrN多层膜厚度约为5.8μm,维氏显微硬度为28.10GPa,膜基结合力为56N;TC11钛合金表面镀多层膜后耐磨性提高了一个数量级,体积磨损率由7.06×10~(-13) m~3·N~(-1)·m~(-1)降低到3.03×10~(-14) m~3·N~(-1)·m~(-1);多层膜软硬层交替的结构,受砂粒冲蚀时裂纹扩展至金属软层时应力的缓冲而出现偏转,对TC11钛合金有良好的抗砂粒冲蚀保护作用。     

电弧增材制造技术及其在TC4钛合金中的应用研究进展

增材制造是于20世纪80年代中期发展起来的一门新兴技术,因能快速精确地制造出形状复杂的结构件而受到广泛关注。电弧增材制造是以电弧为热源,采用逐层堆焊的方式制造出致密的金属构件,具有制造成本低廉、成形效率高的突出特点,在大尺寸、复杂零件的快速成形技术中表现出明显的优势,因而在航空航天、汽车船舶等领域有广阔的应用前景。TC4的化学活性高、热导率低、强度高,具有优异的综合力学性能,是应用最广泛的钛合金。TC4并不适合采用传统的加工方法制备,因此采用电弧增材制造的方法成形TC4结构件。但成形件典型的宏观组织为外延生长的柱状晶,导致其力学性能存在各向异性。本文综述了电弧增材制造的发展历史,结合该技术的特征及国内外研究现状,介绍了电弧增材制造TC4钛合金成形件的组织及性能方面的研究进展。     

An investigation of nitrided layer prepared by direct current nitrogen arc discharge

A simple direct current (DC) nitrogen arc discharge method is presented, which allows for in situ nitriding of titanium at atmospheric pressure. The microstructure and microhardness of the nitrided layer and effects of the arc discharge current were investigated. The nitrided layer was mainly composed of TiN dendrites and small amounts of TiN_0.3. The density and size of the TiN dendrites gradually decreased from the surface towards the titanium substrate. The layer had a good adhesion with titanium. With an increase of the arc discharge current from 40 to 80 A, the TiN dendrites coarsened, the layer thickness and amount of TiN increased and the layer hardness enhanced. The nitrided layer with the highest hardness value of 1600 HV and thickness of 1800 μm was obtained for an arc discharge current of 80 A.