金属等离子体浸没离子注入与沉积技术合成类金刚石薄膜研究

采用金属等离子体浸没离子注入与沉积技术在9Cr18轴承钢基体表面合成了类金刚石薄膜.研究了注入脉宽和工作气压对合成薄膜性能及化学组成的影响;通过激光Raman光谱、维氏硬度、针盘试验和电化学腐蚀等测试手段分别表征了合成薄膜后试样表面的化学组成和微观结构、显微硬度、摩擦磨损性能和抗腐蚀性能.结果表明:合成薄膜后,试样的显微硬度增大了88.7%,摩擦磨损和抗腐蚀性能也明显改善.     

过渡层对TC4钛合金基类金刚石多层薄膜磨损特性的影响

在钛合金(TC4)表面制备类金刚石(DLC)薄膜是提高其耐磨损性能和使用寿命的一种有效方法。本文采用磁过滤阴极弧源技术在钛合金表面上制备软硬相间的类金刚石多层薄膜、Ti和Ti/TiC过渡层组成的类金刚石多层薄膜。利用光学显微镜和扫描电镜分析多层膜表面外观形态,并使用台阶仪、纳米压痕仪、摩擦实验机等分析多层膜的残余应力、纳米硬度、膜基结合力和摩擦磨损特性。研究结果表明：DLC多层薄膜的残余应力均低于单层DLC薄膜,残余应力从12.63 GPa降低到6.21 GPa,增加Ti/TiC过渡层的DLC多层薄膜的残余应力最小。压痕结合力研究结果表明,加入Ti/TiC过渡层的DLC多层薄膜的结合状况得到了显著提高。Ti/TiC过渡层构成的类金刚石多层薄膜,有较大的硬度和良好减摩耐磨性能。试验结果将为TC4钛合金基体上制备硬质耐磨损DLC多层薄膜提供技术方案和理论依据。     

低温等离子体氮化压力对304不锈钢摩擦性能的影响

采用低温等离子体氮化技术,对304奥氏体不锈钢进行表面氮化处理。运用XRD、SEM、金相技术和显微硬度计等分析手段对氮化层的物相组成及表面硬度进行分析及测量;利用球-盘摩擦实验在干摩擦条件下对氮化层的摩擦磨损性能进行测试并分析磨损机理。结果表明:304奥氏体不锈钢经低温等离子体氮化处理后,形成单一高氮面心立方相γN,显微硬度及耐磨损性能均明显提高,摩擦系数减小;氮化压力为10 Pa时,渗氮层具有最高的表面显微硬度850HV0.025及较好的耐摩擦磨损性能。     

用于微机电系统的类金刚石膜制备及表征

采用等离子体源离子注入和电子回旋共振-微波等离子体辅助化学气相沉积技术相结合的方法在Si衬底上制备出了性能良好的类金刚石膜.通过共聚焦Raman光谱验证了薄膜的类金刚石特性,用原子力显微镜、微摩擦计和扫描电镜等对薄膜的表面形貌、摩擦系数和耐磨损性能进行了表征和测量.结果表明,用离子注入法制备过渡层大大提高了DLC膜与衬底的结合强度,薄膜的表面比较光滑,粗糙度大约为0.198 nm,具有较低的摩擦系数(0.1～0.15),具有较好的耐磨损性能.     

TiC／i—C复合硬质薄膜的制备和摩擦学行为的研究

介绍一种TiC/i-C双层复合硬质薄膜,该复合膜由碳化钛（TiC)膜层和i-C（离子辅助沉积）无定形硬质碳膜组成。采用反应磁控溅射的方法沉积碳化钛（TiC)膜层。随后在维持镀膜系统真空度的情况下,利用等离子体分解结合高能离子轰击的方法不间断地连续制备i-C类金刚石薄膜,TiC膜层对金属基片和表面i-C膜层都有良好的附着与结合强度,因此被用作中间过渡层,而表面i-C膜层则保持了DLC薄膜硬度高和摩擦系数小等优良的性能。对TiC/i-C复合膜的机械性能和摩擦学行为的测试显示该复合膜具有非常高的显微硬度及优良的摩擦学特性,诸如很高的抗附着磨损、磨耗磨损、划痕磨损的性能及很低的摩擦系数。与TiC单层膜与DLC单层膜比较,显示该TiC/i-C复合膜更能适合实际应用的需要,在国民经济中将有广阔的应用前景。     

金属等离子体浸没离子注入改善9Cr18轴承钢表面耐磨性的研究

采用新改进的阴极弧金属等离子体源 ,对 9Cr18轴承钢进行了金属等离子体浸没离子注入 (PIII)处理。首先将Ti,Mo和W离子分别注入到 9Cr18钢的表面 ,然后再对其进行N等离子体浸没离子注入 ,从而在 9Cr18钢表面形成了一层超硬耐磨的改性层。对PIII处理后的试样进行了显微硬度和磨损特性测试 ,结果表明 ,经PIII处理后的试样表面的显微硬度和耐磨性显著提高 ,而其中经Ti和Mo注入再进行N离子注入的试样效果更为明显。与仅进行N离子注入的试样相比 ,金属加N离子注入的试样表面耐磨性提高幅度更大 ,表明金属PIII在改善 9Cr18钢表面性能方面具有广阔的应用前景。XPS分析结果表明 ,PIII处理后试样表面形成了超硬的氮化物相 ,它们在改善材料表面特性中起到了重要的作用。     

7A04铝合金表面DLC薄膜制备及性能研究

为提高7A04铝合金的表面性能,利用射频辅助等离子体浸没离子注入与沉积设备,在其表面制备类金刚石(DLC)薄膜。由于DLC薄膜与铝合金基体力学性能差别较大,导致膜基结合力差。本研究采用非平衡磁控溅射技术预先沉积一层Si膜,作为过渡层改善膜基结合力;利用激光拉曼光谱仪、维式显微硬度计、纳米划痕仪、摩擦磨损试验机等设备,系统分析了薄膜结构、显微硬度、膜基结合力及耐磨损性能。结果表明,Si过渡层的制备提高了基体的承载能力和膜基结合力,进而使耐磨损性能得到大幅度提高。     

TiC/i-C复合硬质薄膜的制备和摩擦学行为的研究(英文)

介绍一种 TiC/i－ C双层复合硬质薄膜,该复合膜由碳化钛（ TiC）膜层和 i－ C（离子辅助沉 积）无定形硬质碳膜组成。采用反应磁控溅射的方法沉积碳化钛（ TiC）膜层。随后在维持镀膜系 统真空度的情况下,利用等离子体分解结合高能离子轰击的方法不间断地连续制备 i－ C类金刚 石薄膜。 TiC膜层对金属基片和表面 i－ C膜层都有良好的附着与结合强度, 因此被用作中间过 渡层,而表面 i－ C膜层则保持了 DLC薄膜硬度高和摩擦系数小等优良的性能。对 TiC/i－ C复 合膜的机械性能和摩擦学行为的测试显示该复合膜具有非常高的显微硬度及优良的摩擦学特性, 诸如很高的抗附着磨损、磨耗磨损、划痕磨损的性能及很低的摩擦系数。与 TiC单层膜与 DLC单 层膜比较,显示该 TiC/i－ C复合膜更能适合实际应用的需要,在国民经济中将有广阔的应用前景。     

PBII制备TiNx/DLC多层膜的结构及摩擦学性能

采用等离子体基离子注入技术在30CrMnSi钢上制备了TiNx/DLC多层膜，通过X射线光电子谱和激光喇曼光谱测试分析了膜的结构特征，TiNx/DLC膜大气下的摩擦性能和在球盘式摩擦磨损试验机上进行。结果表明：DLC膜的结构强烈依赖于基权脉冲偏压，－5kV制得的DLC膜具有较多的C－H键结构，因而硬度最低，仅有8.3GPa；而-15kV的DLC膜由于含有较多的sp^3键，获得了最高的显微努氏硬度（23.6GPa)。DLC膜与GCr15钢球大气下的摩擦因数为0.17左右，其磨损性能由于TiNx，过渡层引入而显著提高。     

铝基复合材料表面多层复合厚膜的研究

对含50%AlN颗粒的铝基复合材料进行预处理后,在其表面依次采用浸锌化学镀镍工艺制备Ni-P过渡层,采用脉冲偏压磁过滤多弧离子镀工艺沉积硬质Ti/TiN调制周期膜,采用脉冲等离子体化学气相沉积工艺制备含氢类金刚石(DLC)膜等工艺最后形成了多层复合薄膜体系。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、光谱仪、原子力显微镜、微载荷显微硬度仪、摩擦磨损试验机等设备分析了复合薄膜的组织结构、膜层形貌、截面形貌、显微硬度和摩擦系数等性能特点。测试表明:铝基复合材料/Ni-P层/Ti/TiN调制周期膜/含氢DLC膜这一梯度膜系具有结构交替变化,相邻界面形成混合层,性能梯度分布,硬度逐渐增加,摩擦系数小的特点。该复合工艺能够有效地解决铝基复合材料上制备硬质厚膜的热适配和晶格错配度大的难题,制备薄膜具有良好的膜基结合性能。     

阳极磁屏蔽霍尔离子源磁场的数值模拟

为了提高离子束电流和离子束能量,进一步增加霍尔离子源的效率,对霍尔离子源阳极进行磁屏蔽,达到优化磁场位形,增强磁场对放电等离子体的约束。由磁场的数值模拟结果可知:阳极磁屏蔽后,有明显凸向阳极表面的弯曲磁场线,并且提高了磁镜磁场的磁镜比;大的正梯度磁场的存在,增强了磁场的径向分量,相对减弱了放电等离子体的震荡;不仅保留原有鞍形场的作用,而且还充分发挥了另外两个鞍形场的优势。最后通过实验结果和数值模拟结果的比较,验证了此数值模拟结果的正确性。     

霍尔离子源制备类金刚石薄膜研究

采用霍尔离子源沉积类金刚石薄膜是近年来新出现的一种方法 ,本文研究了自行研制的霍尔离子源的性能以及采用此离子源制备类金刚石薄膜及工艺参数的影响。结果表明 ,霍尔离子源在较低的电压即可起辉 ,可提供稳定的能量较低的离子束流。采用霍尔离子源沉积类金刚石薄膜的沉积速率约为 0 5nm/s。随着霍尔离子源灯丝电流的升高 ,离子源放电电压下降 ,制备的类金刚石薄膜的硬度下降。放电电流的变化对类金刚石薄膜的硬度影响不大。     

Preparation of CrN thick films by high-rate middle-frequency unbalanced magnetron sputtering

A middle-frequency (MF) unbalanced magnetron sputtering system equipped with an electron source was designed and used for deposition of CrN thick films under various MF power (1.4–14 kW) at fixed temperature, pressure, and gas flow rate. The deposition rate was increased with increasing MF power and the structure and N/Cr ratio of the deposited CrN films exhibited a complicated behavior, where the CrN films were a polycrystalline structure and the films deposited under optimized conditions exhibited a dense columnar structure and a micro-hardness of 16 GPa. The dependence of the structure and micro-hardness on MF power was interpreted by the power deposition efficiency.     

Preparation of CrN thick films by high-rate middle-frequency unbalanced magnetron sputtering

A middle-frequency (MF) unbalanced magnetron sputtering system equipped with an electron source was designed and used for deposition of CrN thick films under various MF power (1.4–14 kW) at fixed temperature, pressure, and gas flow rate. The deposition rate was increased with increasing MF power and the structure and N/Cr ratio of the deposited CrN films exhibited a complicated behavior, where the CrN films were a polycrystalline structure and the films deposited under optimized conditions exhibited a dense columnar structure and a micro-hardness of 16 GPa. The dependence of the structure and micro-hardness on MF power was interpreted by the power deposition efficiency.     

等离子浸没离子注入法合成氧化钛/氮化钛梯度薄膜与控制研究

使用等离子浸没离子注入和反应沉积（Plasma immersion ion implantation and reaction deposition,PIIID）的方法合成了氧化钛／氮化钛梯度薄膜。研究开发了一套由可编程逻辑控制器（Programmable Logical Control,PLC）、D／A和质量流量控制器（Mass Flow Control,MFC）组成的智能控制系统，控制金属源阴极的推进和气体成分的改变。现场使用表明，整个控制系统稳定、可靠，具有较强的抗干扰能力，能够灵活方便地设置相应的技术参数。通过显微硬度计测试，针盘式摩擦磨损试验和结合力测试，分析了控制合成的薄膜的机械性能。采用X射线衍射、扫描电镜和SMIS，分析与评价了薄膜的特性。结果表明，控制合成的Ti-O/Ti-N梯度薄膜具有良好的机械性能。     

弯曲磁过滤电流对TiN膜质量的影响

为研究弯曲磁过滤弧离子镀工艺的磁过滤电流变化对薄膜质量的影响,用弯曲磁过滤弧离子镀工艺在3.0～4.5A内变化磁过滤电流制备了TiN薄膜样品,用扫描电子显微镜观察了薄膜表面与截面形貌,用X射线衍射研究了薄膜的组织结构,从等离子体角度分析了磁过滤电流对薄膜表面质量、结晶质量等薄膜质量及生长速率的影响.结果表明,引入磁过滤后,因去除大颗粒的结果使薄膜表面均很光滑,且表面大颗粒的尺寸与磁过滤电流的大小关系不大.当磁过滤电流为4.0A时,TiN薄膜结晶良好、膜基结合紧密,生长速率达到最大的1.1μm/h,且具有很强的[200]择优取向.在4.0A磁过滤电流下制备的TiN薄膜所呈现的质量特性是由于此电流下等离子体密度与能量高、基体的位置又正好处于聚集的等离子体区域中心.     

离子辅助制备凹印耐磨层工艺研究

针对凹印版电镀存在的污染和高能耗,采用射频感应偶合(ICP)离子源辅助电子束沉积技术在凹印镍版表面沉积了硬铬薄膜,通过控制离子源参数和加入过渡层来提高薄膜的与基体的结合力和显微硬度.研究了不同工艺条件制备薄膜的组织结构和性能,并与工厂实用的电镀样品做了对比.结果表明,优化工艺条件下的膜层,其硬度较高,表面均匀,与基体结合良好,可以达到甚至超过电镀样品;离子辅助和过渡层起着重要的作用.     

微波电子回旋共振等离子体技术及其应用

微波电子回旋共振等离子体是淀积薄膜、微细加工和材料表面改性的一种重要手段。由于这种等离子体电离水平高,化学活性好,可以用来实现基片上薄膜的室温化学气相淀积和反应离子刻蚀,因此对于微电子学、光电子学和薄膜传感器件的发展,这种等离子体会具有重要的意义。此外,采用微波电子回旋共振等离子体原理,没有灯丝的离子源可以提高离子源的使用寿命,可以增加离子束的束流密度。可以确信,微波电子回旋共振等离子体的发展,将把离子源技术提高到一个新的水平。显然,这必将对材料表面改性工艺,包括离子注入掺杂等工艺的发展发挥作用。自从1985年以来,为了得到大容积等离子体而发展了微波电子回旋共振多磁极等离子体,这些技术在薄膜技术、微细加工以及材料表面改性中的应用前景是乐观的。我们将在本文中,介绍微波电子回旋共振等离子体的原理及其应用。