调制周期对TiN/TiAlN多层薄膜微观结构和摩擦性能的影响

采用电弧离子镀方法制备了TiN/TiAlN多层薄膜,研究了调制周期对薄膜多层结构和摩擦磨损性能的影响。结果表明:在相同的沉积时间内,随调制周期的增加,多层薄膜的层数减少,每一层的厚度增加,层与层之间的区分更加清晰。摩擦磨损测试结果表明:由于多层薄膜的调制结构,引起薄膜对磨层的变化,当多层薄膜的调制周期为54 nm时,多层薄膜的摩擦系数最小;当调制周期为112 nm时,多层薄膜的摩擦系数最高;当调制周期为164 nm时,多层薄膜的磨痕宽度最小。在摩擦磨损过程中,GCr15钢球的磨损面一直处于快速磨损阶段,对磨痕能谱线扫描结果发现磨屑的主要成分是Fe和FeOx。     

电弧离子镀与中频磁控溅射复合制备TiAlN薄膜

采用Ti靶电弧离子镀与Al靶中频磁控溅射相结合的复合工艺,分别在单晶硅抛光面和高速钢抛光面两种基体上成功地制备了TiAlN薄膜样品.电子扫描电镜(SEM)、能谱和X射线衍射(XRD)分析结果表明:此复合工艺下制备的TiAlN薄膜比TiN薄膜表面液滴尺寸更小,针状孔洞基本消除,组织更为致密均匀.TiAlN薄膜的含Al量为0.86 %(原子百分比)左右,Ti与N的含量比(原子百分比)大致为1:1,Al原子的加入使TiN结晶结构发生畸变,晶格常数变小.TiAlN薄膜的硬度比TiN薄膜的硬度,提高30 %左右.     

脉冲偏压占空比对TiN/TiAlN多层薄膜微观结构和硬度的影响

目的研究脉冲偏压占空比对TiN/TiAlN多层薄膜微观结构和硬度的影响规律。方法利用脉冲偏压电弧离子镀的方法,改变脉冲偏压占空比,在M2高速钢表面制备5种TiN/TiAlN多层薄膜,对比研究了薄膜的微观结构、元素成分、相结构和硬度的变化规律。结果 TiN/TiAlN多层薄膜表面出现了电弧离子镀制备薄膜的典型生长形貌,随着脉冲偏压占空比的增加,薄膜表面的大颗粒数目明显减少。此外,脉冲偏压占空比的增加还引起多层薄膜中Al/Ti原子比的降低。结论 TiN/TiAlN多层薄膜主要以(111)晶面择优取向生长,此外还含有(311),(222)和(200)晶相结构。5种多层薄膜的纳米硬度均在33GPa以上,当脉冲偏压占空比为20%时,可实现超硬薄膜的制备。     

电弧离子镀与中频磁控溅射复合制备TiAlN薄膜的研究

采用Ti靶电弧离子镀与Al靶中频磁控溅射相结合的复合工艺,分别在单晶硅抛光面和高速钢抛光面两种基体上成功地制备了TiAlN薄膜样品。扫描电镜、能谱和X射线衍射分析结果表明,此复合工艺下制备的TiAlN薄膜比TiN薄膜表面液滴尺寸更小,针状孔洞基本消除,组织更为致密均匀。TiAlN薄膜的Al含量(摩尔分数)为0.86%左右,x(Ti)%∶x(N)%约为1∶1,Al的加入使TiN结晶结构发生畸变,晶格常数变小。TiAlN薄膜的硬度比TiN薄膜的硬度有较大的提高,提高了30%左右。     

轴向磁场对电弧离子镀TiN薄膜组织结构及力学性能的影响

为了研究轴向磁场对薄膜结构及力学性能的影响规律,采用电弧离子镀方法在高速钢基体上沉积了TiN薄膜,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、轮廓仪和纳米压痕仪考察了外加轴向磁场对薄膜化学成分、组织结构、硬度及弹性模量的影响。结果表明:外加轴向磁场对TiN薄膜的组织结构及力学性能有明显影响。磁场强度越高,薄膜表面颗粒及溅射坑越大,薄膜表面粗糙度增大;薄膜中N含量随着磁场强度增加而增大,而Ti含量则显示出相反的趋势;磁场对薄膜择优取向有明显影响,随着磁场强度增加,薄膜(111)取向增强,而后逐渐转变为(220)择优;薄膜硬度和弹性模量随着磁场强度增加先增加而后降低,在磁场强度为50Gs时分别达到最大值28.4GPa与415.4GPa。     

脉冲偏压对电弧离子镀Ti/TiN纳米多层薄膜显微硬度的影响

采用脉冲偏压电弧离子镀方法在高速钢基体上沉积Ti／TiN纳米多层薄膜,采用正交实验法设计脉冲偏压电参数,考察脉冲偏压对Ti／TiN纳米多层薄膜显微硬度的影响．结果表明,在所有偏压参数（脉冲偏压幅值、占空比和频率）和几何参数（调制周期和周期比）中,脉冲偏压幅值是影响显微硬度的最主要因素;当沉积工艺中脉冲偏压幅值为900V、占空比为50％及频率为30kHZ时,薄膜硬度可高达34．1GPa,此时多层膜调制周期为84nm,TiN和Ti单元层厚度分别为71和13nm;由于薄膜中的单层厚度较厚,纳米尺寸的强化效应并未充分体现于薄膜硬度的贡献中,硬度的提高主要与脉冲偏压工艺,尤其是脉冲偏压幅值对薄膜组织的改善有关．     

脉冲偏压电弧离子镀Ti/TiN纳米多层薄膜的结构与硬度

采用脉冲偏压电弧离子镀设备在高速钢基体上沉积Ti／TiN纳米多层硬质薄膜,通过仅改变偏压幅值的方法进行对比实验。XRD分析和薄膜断截面SEM形貌显示出薄膜的纳米多层组织结构;硬度测试表明纳米多层薄膜硬度随脉冲偏压升高而升高。在-900V时超过同等条件制备的TiN单层薄膜,硬度高达34．1GPa;分析表明硬度的提高主要与脉冲偏压工艺对薄膜组织的改善有关;用脉冲偏压电弧离子镀可以制备纳米多层硬质薄膜,并且在工艺控制上相对简单。     

负偏压对电弧离子镀复合TiAlN 薄膜的影响

采用电弧离子镀技术,以W18Cr4V高速钢为基体,调整基体负偏压,制得多个复合TiAlN薄膜试样,研究了基体负偏压对薄膜微观组织形貌、物相组成、晶格位向、硬度、厚度和沉积速率的影响。结果表明,过高或过低的负偏压会使得膜层表面不平整,显微硬度下降。当负偏压为200 V时,膜层的沉积速率最大;负偏压为150 V时,有利于薄膜(111)晶面的择优取向生长,且TiAlN膜的硬度最高。     

电弧离子镀TiN工艺优化及TiN/TiC多层膜性能

采用电弧离子镀技术制备TiN薄膜,研究了不同氮分压以及基体偏压下薄膜的表面质量、微结构、相组成、硬度以及结合力,优化工艺参数并制备TiN/TiC多层膜,比较了多层膜以及TiC单层膜的硬度以及摩擦性能的差异。结果表明,经过对不同工艺参数下薄膜的形貌结构以及性能比较,确定采用0.6 Pa氮分压以及-100 V基体偏压作为TiN优化工艺参数,在该工艺基础上制备的TiN/TiC多层膜与单层TiC薄膜相比具有更高的硬度以及更低的摩擦系数。     

挡板对电弧离子镀TiN薄膜性能的影响

在传统离子镀电弧靶前安装挡板,用镜面抛光Si(100)片作基体,对有/无挡板时沉积的TiN薄膜的大颗粒分布和性能进行了研究.结果表明,在挡板影响区域,大颗粒最大直径由无挡板时16 μm降低至2 μm,大颗粒密度从2.3×105 mm-2降低至1.4×103 mm-2;挡板影响区外,大颗粒密度变化不显著.加挡板后TiN薄膜的硬度降低,挡板影响区外降低10%,影响区内降低25%.     

Structure and wear resistance of TiN and TiAlN coatings on AZ91 alloy deposited by multi-arc ion plating

In order to investigate the microstructure of TiN and TiAlN coatings and their effect on the wear resistance of Mg alloy, TiN and TiAlN coatings were deposited on AZ91 magnesium alloy by multi-arc ion plating technology. TiN and Ti70Al30N coatings were prepared on the substrate, respectively, which exhibited dark golden color and compact microstructure. The microstructures of TiN and Ti70Al30N coatings were investigated by X-ray diffractometry (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The micro-hardness and wear resistance of TiN and Ti70Al30N coatings were investigated in comparison with the uncoated AZ91 alloy. The XRD peaks assigned to TiN and TiAlN phases are found. The hardness of TiN coatings is two times as high as that of AZ91 alloy, and Ti70Al30N coating exhibits the highest hardness. The wear resistance of the hard coatings increases obviously as result of their high hardness.     

Microstructure and residual stress of TiN films deposited at low temperature by arc ion plating

The TiN films were deposited on 316L stainless steel substrates at low temperature by arc ion plating. The influences of substrate bias voltage and temperature on microstructure, residual stress and mechanical properties of the films were investigated by EDS, SEM, XRD and nanoindenter tester, respectively. The results showed that the TiN films were highly oriented in (111) orientation with a face-centered cubic structure. With the increase of substrate bias voltage and temperature, the diffraction peak intensity increased sharply with simultaneous peak narrowing, and the small grain sizes increased from 6.2 to 13.8 nm. As the substrate temperature increased from 10 to 300 °C, the residual compressive stress decreased sharply from 10.2 to 7.7 GPa, which caused the hardness to decrease from 33.1 to 30.6 GPa, while the adhesion strength increased sharply from 9.6 to 21 N.     

基体负偏压对TiAlN/TiN膜层组织成分及硬度的影响

采用多弧离子镀技术在40Cr基体上制备TiAlN/TiN复合膜层;利用金相显微镜、扫描电子显微镜和显微硬度仪研究基体负偏压对膜层硬度的影响.结果表明:基体负偏压对膜层性能有显著影响,过高或过低的基体偏压会使得膜层表面不平整,表面显微硬度降低.基体负偏压越高,膜层中Ti、Al原子的含量就越低.     

电弧离子镀方法制备的Ti/TiN多层膜的结构与耐腐蚀性能

采用电弧离子镀技术,通过周期性变换环境气氛,在7075Al合金上制备了Ti/TiN多层膜,并研究调制周期对多层膜的结构组成和腐蚀性能的影响。结果表明:多层膜与铝合金衬底界面结合较好,基本没有孔洞等缺陷。多层膜具有明显的层状特征,层间界面清晰。多层膜中TiN与单层中TiN薄膜有着相同的晶体结构,并存在(111)择优取向,每个调制周期内的TiN层都呈柱状生长。随着调制周期变小,多层膜阳极极化曲线的腐蚀电位增加,交流阻抗谱的阻抗值增大,容抗弧的半径也增大,即膜层的耐腐蚀性增加。多层膜调制周期的减小使得薄膜中含有的层界面增多,而贯穿至衬底表面的针孔等缺陷的数量将减少,这样,腐蚀性介质经过针孔等缺陷与衬底接触的机会变少,这将使薄膜的抗腐蚀能力得到改善。     

电弧离子镀NiCoCrAlY涂层的组织结构及初期氧化

采用XRD，SEM，TEM和光激发荧光谱等技术对电弧离子镀制备的NiCoCrAlY涂层的组织结构和初期氧化的机理进行了研究．结果表明，电弧离子镀方法沉积的NiCoCrAlY涂层具有纳米晶体结构，呈明显的层状生长．真空退火后涂层内的层状结构消失，涂层组织更致密，晶粒明显长大，有孪晶出现．涂层在真空退火后表面已经生成一层很薄的以α-Al2O3为主的氧化膜，在高温氧化过程中，涂层表面的亚稳态氧化物θ-Al2O3先增多，然后逐渐转变为稳态的α-Al2O3，并对其相关机理进行了探讨．     

Microstructure and mechanical properties of CrN coating deposited by arc ion plating on Ti6Al4V substrate

CrN coatings have been grown by arc ion plating (AIP) onto Ti6Al4V alloy substrate at various nitrogen pressures (PN₂). The goals of this investigation are to study the influence of nitrogen pressure content on the composition, structure and mechanical properties of AIP CrN coatings, as well as their tribological properties. With an increase of PN₂, the main phases in the coatings changed from CrN + Cr₂N + Cr to CrN, and the texture of CrN was transformed from CrN (111)-oriented to (220)-oriented. Furthermore, the multi-layers including a metal Cr layer, a Cr₂N layer and a CrN layer were observed by cross-sectional TEM (XTEM), besides an “unbalanced” state transition layer at the interface of CrN/substrate which was analyzed by nucleation thermodynamics subsequently. An increase in nitrogen pressure also resulted in a change of micro-hardness due to the variation in composition and structure. Finally, the tribological properties of the Ti6Al4V substrate and the CrN/Ti6Al4V coating system have also been explored, which shows that CrN coatings can act as good wear resistance layer for Ti6Al4V substrate.     

过滤电弧沉积的TiN/TiCrN/CrN/CrTiN多层膜

用过滤电弧技术在高速钢表面沉积了TiN／TiCrN／CrN／CrTiN多层膜，用扫描电镜(SEM)观察了截面和断口形貌及划痕后的形貌。使用俄歇电子谱仪进行剥层成分分析，用纳米压痕仪测试了多层膜和单层膜的显微硬度和弹性模量。结果表明，在调制周期大于l00nm时，多层膜的显微硬度符合Ha11—Petch关系，在80nm时，则脱离线性关系。划痕法测试多层膜的结合力达到80N。     

电弧离子镀沉积NiCrAlY涂层的阻尼性能

本文采用电弧离子镀沉积NiCrAlY涂层,探讨NiCrAlY涂层作为阻尼涂层的可行性并研究涂层的阻尼测试方法和阻尼特性。本文采用X射线衍射和扫描电镜等手段分别对涂层的物相结构、表面形貌以及化学成分进行了测试表征。而涂层阻尼的测试则采用动态机械分析仪和正弦扫频的方法进行,实验结果表明NiCrAlY涂层能明显提高样品的阻尼性能。     

阴极离子镀TiN涂层组织结构与结合强度

采用阴极离子镀方法在YT14硬质合金刀具表面制备了Ti N涂层,通过SEM、EDS和XPS等手段对涂层表面-界面形貌、界面化学元素线扫描和元素价态进行了分析,并用划痕法定量表征其界面层结合强度。结果表明,涂层呈细小致密结构,与基体紧密结合,未观察到裂纹现象;基体表面C原子以间隙扩散和空位扩散方式进入Ti N涂层中,O原子占领或替代Ti N涂层中N原子,形成结合较强的Ti-O键以及Ti-O-N化合物,验证了Ti原子和O原子具有很强的亲和力;涂层-基体界面为化合和扩散结合形式,其结合强度为40.95 N,有利于提高硬质合金刀具的使用寿命。