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。     

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.     

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.     

TC4钛合金表面电弧离子镀TiN/CrN纳米多层薄膜研究

用电弧离子镀技术在TC4钛合金基体上通过改变偏压制备了4组TiN/CrN薄膜,对薄膜的表面形貌、厚度、相结构、硬度、膜基结合力和摩擦系数等组织、性能进行了测试表征。结果表明,薄膜是由TiN相和CrN交替叠加构成的纳米多层薄膜,薄膜的调制周期为60 nm,总的厚度约为480 nm。与基体钛合金相比,镀膜后样品的表面性能与偏压幅值密切相关并有显著提高:显微硬度从基体的3 GPa提高到16.5~24.7 GPa;摩擦系数从基体的0.35大幅度降低到0.14~0.17;薄膜与基体结合牢固,膜基临界载荷在60~80N之间。经电弧离子镀TiN/CrN纳米多层薄膜处理后,TC4钛合金可以满足沙粒和尘埃磨损条件下的耐磨性能要求。     

调制比对电弧离子镀Cr/TiN纳米多层膜力学性能的影响

采用电弧离子镀技术,通过改变调制比沉积Cr/TiN纳米多层膜.利用扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线衍射仪、纳米压痕仪研究了调制比对Cr/TiN纳米多层膜表面形貌、微观结构以及力学性能的影响.结果表明,纳米多层膜表面致密、平滑均匀,膜层与基底结合良好,膜层综合力学性能优异,出现明显的纳米效应和界面效应.当调制比为2:...     

电弧离子镀制备（TiCr）N薄膜的微观结构及性能

利用电弧离子镀（Arc Ion Plating）方法，通过对独立的Ti靶和Cr靶的弧电流进行控制，成功地在高速钢（HSS）基体上制备了不同成分配比的（TiCr）N薄膜。采用X射线衍射（XRD）分析显示：薄膜为单一的fcc的结构、没有TiN或CrN相存在；薄膜呈（220）结构，薄膜的晶格常数随着Cr含量的增加而减小。透射电子显微镜（TEM）结果表明：（TiCr）N薄膜的晶粒尺度为20nm左右。显微硬度测试表明：薄膜具有很高的硬度，而且随弧流比的变化，硬度值有一极大值。同时，本探讨了(TiCr)N薄膜的宏观残余力、显微硬度和Cr含量之间的关系及其微观机制。     

TiN涂层微观组织结构与表面性能的研究

不同沉积工艺得到的TiN涂层高速钢的物相主次不同，晶粒取向亦不同；通过实验分析得到以（111）晶粒择优取向的试件表面原子密度最高，表面能亦最高，其耐生亦最好。     

Cr,Ni的掺杂对TiAlN基薄膜高温摩擦性能的影响

为了开发具有优异抗摩擦磨损性能的薄膜材料,采用多弧离子镀在4Cr13马氏体不锈钢表面沉积TiAlN薄膜,采用磁控溅射法和多弧离子镀在4Cr13表面分别沉积掺杂Cr和Cr-Ni的TiAlN薄膜.采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和维氏硬度计分析薄膜的表面形貌、物相和表面硬度,并对不同温度下磨损后的薄膜表面形貌...     

脉冲偏压对多弧离子镀TiAlN薄膜的成分和结构的影响研究

采用多弧离子镀在高速钢基底上沉积Ti Al N薄膜。利用扫描电镜(SEM)观测薄膜的表面形貌;用EDS分析薄膜表面的成分;用表面轮廓仪测试薄膜的厚度并结合沉积时间计算出沉积速率;用维氏硬度仪测量薄膜的硬度;用XRD表征薄膜的微观结构。结果表明,随着偏压峰值的增大,表面大颗粒逐渐减少,致密性逐渐变好,薄膜硬度也随之增加。沉积参数对薄膜成分有影响,偏压峰值对薄膜中Al含量有较明显的影响,而占空比则主要影响Ti含量。本文对实验结果进行了较详细的讨论和分析。     

脉冲偏压对离子束辅助电弧离子镀TiN/Cu纳米复合膜结构及硬度的影响

采用离子束辅助电弧离子镀技术在高速钢基体上制备TiN/Cu纳米复合薄膜,考察了基体脉冲负偏压对薄膜成分、结构及硬度的影响。用X射线光电子谱、X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和纳米压痕等方法分别测试了薄膜的化学成分、结构、表面形貌、硬度以及弹性模量。结果表明,在氮离子束的轰击作用下,随着脉冲偏压幅值从-100 V增加到-900 V时,薄膜中Cu含量先增加而后略有降低,在1.05%~2.50%(原子比)范围内变化。同时,脉冲偏压对薄膜的结构也有明显影响,在-100 V出现TiN(111)择优取向,当基体偏压增加到-300 V以上时,择优取向改变为TiN(220)择优。薄膜的Cu2p峰均对应纯金属Cu,薄膜的晶粒尺寸约在11~17 nm范围内变化。硬度和弹性模量随着偏压幅值增加而增大,当偏压为-900 V时,薄膜硬度和弹性模量达到最大值,分别为29.92 GPa,476 GPa,对应的铜含量为1.91%。     

真空阴极离子镀法制备Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜

过去,在不锈钢上沉积10μm以上多元多层软硬交替Ti/TiN/Zr/ZrN厚膜用以提高材料耐腐蚀性能的报道不多.采用阴极电弧离子镀结合脉冲偏压的方法制备了厚度选15 μm的Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜.运用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、显微硬度计、划痕仪等考察了多层膜的形貌、厚度、相组成、硬度以及膜/基结合力,并利用电化学方法评价了基体、单层TiN薄膜以及多层膜的电化学腐蚀性能.结果表明:制备的Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜界面明晰、结构致密、晶粒细小;膜/基结合力大于70 N,显微硬度达28 GPa;多层膜比单层TiN膜在提高1Cr11Ni2W2MOV基体的抗腐蚀能力方面具有更显著的作用.     

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.     

离子束流密度和基底温度对TiN纳米薄膜性能的影响

采用低能离子束辅助沉积技术在Si片上制备了TiN纳米薄膜.考察了离子束流密度和基底温度对薄膜性能的影响.研究表明:随着离子束流密度的增大,TiN薄膜的纳米硬度上升,膜基结合力变化不大,薄膜的耐磨性获得了很大改善;制膜时的基底温度升高,薄膜的硬度也会上升,但膜基结合力下降,摩擦系数增大,薄膜的耐磨性下降.     

TiN/Ti多层膜调制比对摩擦磨损行为影响的研究

考察了TiN/Ti多层膜调制比对其摩擦磨损行为的影响. 采用磁过滤阴极弧沉积的方法制备了具有不同调制比的TiN/Ti多层膜, 用扫描电镜和透射电镜对其层状结构及子层结构进行了观察和分析. 用纳米压痕和SRV摩擦磨损试验的方法, 对多层膜进行了纳米硬度和弹性模量测试以及摩擦磨损实验. 结果表明, 所制备的TiN/Ti多层膜层状结构清晰, 与基底结合良好, 调制比对多层膜的硬度和磨损特性影响较大, 而对摩擦系数的影响却不明显. 结合实验结果, 讨论了硬度与弹性模量的比值(H/E值)对TiN/Ti多层膜耐磨性的影响.     

铀表面等离子体浸没离子注入沉积制备氮化层+Ti/TiN多层膜的结构与性能

为了改善金属铀的摩擦磨损和抗腐蚀性能,采用等离子体浸没离子注入沉积(PIII&D)技术在铀表面氮化,再沉积Ti/TiN多层膜.利用扫描电镜和X射线衍射分析了薄膜的形貌和组织结构;对薄膜的摩擦磨损和抗湿热腐蚀性能进行了测试.结果表明:薄膜表面致密,界面晶粒柱状生长方式被阻断,晶粒细化;薄膜为Ti和TiN的双相结构,衍射谱中出现了UO_2和U_2N_3的衍射峰;薄膜大大提高了铀基体的摩擦磨损和抗湿热腐蚀性能,调制周期对薄膜性能的影响较大.     

Effects of Ni and TiN Coatings on the Alumina/Heat-Resistant Steel Interface Properties

Ni and TiN coatings on alumina particles were achieved using a chemical vapor deposition (CVD) method. The coated alumina was then used as raw materials to prepare alumina/heat-resistant steel (HRS) composites. The effects of Ni/TiN coatings on the alumina/HRS interface strength and oxidation resistance at elevated temperature were investigated. It is found that the both coatings can improve the alumina/HRS interface bonding strength and Ni coating has a more significant effect. For the composite made from Ni-coated alumina and HRS, the interface exhibited a better oxidation resistance due to the dissolution of Ni coating into the HRS matrix. However, the composite of TiN-coated alumina/HRS has a poor oxidation resistance behavior because TiN still existed on the alumina/HRS interface.     

镍基合金基体上离子镀TiN薄膜的制备及性能

在镍基合金Inconel 740H基底上通过多弧离子镀制备Ti N薄膜.控制温度、气体流量、过渡层成分等重要参数,研究其对Ti N薄膜的表面形貌、力学性能以及耐腐蚀性的影响.多弧离子镀沉积过程中,沉积温度分别为200、250、300℃;过渡层成分分别为Al、Cr、Ti;气体流量分别为Ar 5 Sccm∶N240 Sccm,Ar 6 Sccm∶N248 Sccm,Ar 8 Sccm∶N264 Sccm.实验结果表明:在本实验的温度范围内,Ti N薄膜的致密度、结合力以及表面硬度均随着沉积温度的提高而提高;Cr作为过渡层的效果优于Al和Ti,薄膜成分均匀、表面致密,硬度更高,且耐腐蚀性能优异;在Ar、N2流量比一定的情况下,气体流量对Ti N薄膜的表面形貌和力学性能影响不大.本实验的最佳参数是:沉积温度300℃,过渡层成分为Cr,气体流量为Ar 6 Sccm、N248 Sccm.     

结构调制超硬Ti/TiN纳米多层膜的制备及其尺寸效应

使用多弧离子镀技术在高速钢基体上制备了调制周期为5~40 nm的Ti/TiN纳米多层膜,用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、纳米压痕仪和划痕仪等手段表征薄膜的微观结构和性能,研究了调制周期对Ti/TiN纳米多层膜性能的影响,并讨论了在小调制周期条件下Ti/TiN纳米多层膜的超硬效应和多弧离子镀技术对纳米多层膜硬度的强化作用。结果表明,与单层TiN相比,本文制备的Ti/TiN纳米多层膜分层情况良好,薄膜均匀致密,没有明显的柱状晶结构,TiN以面心立方结构沿(111)方向择优生长。随着调制周期的减小薄膜的硬度呈现先增大后减小的趋势,并在调制周期为7.5 nm时具有最大的硬度42.9 GPa和H/E值。这表明,Ti/TiN在具有最大硬度的同时仍然具有良好的耐磨性和韧性。Ti/TiN纳米多层膜的附着力均比单层TiN薄膜的附着力高,调制周期为7.5 nm时多层膜的附着力为(58±0.9) N。