Ti靶微观组织对TiN涂层性能的影响

研究了四种不同微观组织的Ti靶,以及同一条件下在硬质合金基底上磁控溅射得到的Ti N涂层,采用SEM、EDX、XRD、纳米硬度计和原子力显微镜对涂层进行了分析。结果表明:等轴晶钛靶材的晶粒尺寸越细小,涂层中氮含量越高,涂层表面的颗粒越多,表面的粗糙度越大,涂层颗粒尺寸越大,纳米硬度越小;纳米硬度的大小与涂层的相结构关系密切;采用魏氏组织钛靶溅射得到的Ti N涂层性能最优。     

对向靶溅射TiN薄膜的结构和物性

利用对向靶溅射（ＦＴＳ）沉积出（１１１）择优取向的单相ＴｉＮ膜，膜硬度（ＨＶ）最高可达３８００，择优取向随基板偏压增高，可由（１１１）转向（２００），晶格常数随氮气分压增高而增大，这是氮原子进入四面体间隙引起的。     

对向靶溅射TiN薄膜的结构和物性

利用对向靶溅射（ＦＴＳ）沉积出（１１１）择优取向的单相ＴｉＮ膜，膜硬度（ＨＶ）最高可达３８００，择优取向随基板偏压增高，可由（１１１）转向（２００），晶格常数随氮气分压增高而增大，这是氮原子进入四面体间隙引起的。     

不同沉积温度对纳米Ti薄膜微观结构和残余应力的影响

本实验采用纳米压痕技术利用Suresh模型和Lee模型研究了直流磁控溅射制备薄膜时,不同基底温度对Ti薄膜内部残余应力的影响,并将其计算结果与曲率法测试结果进行比较分析。同时结合原子力和XRD对薄膜表面形貌和微观结构进行了分析。研究发现：Suresh模型的计算结果与曲率法测量结果更为接近,Lee模型更适合对Ti薄膜中的应力大小进行计算。计算结果表明：金属Ti薄膜表面晶粒随基底温度的增加先增大后减小,薄膜中的残余应力则由压应力转变为拉应力。     

不同放电模式对粒子获得方式及TiN薄膜微观结构的影响

在当前薄膜制备技术中,电弧离子镀因靶材表面发生电弧放电局部熔融,导致沉积粒子中夹杂微米尺度高温颗粒,引发薄膜表面粗糙和基体高温损伤;直流磁控溅射因辉光放电产生的等离子体碰撞溅射靶材表面,导致溅射出的粒子离化率低,引起薄膜厚度不均和组织疏松.为解决以上问题,依据气体放电等离子体物理学知识,采用新型阶梯式双级脉冲电场诱发阴...     

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。     

正反欧姆区间伏安特性对TiN薄膜微观结构及性能的影响

采用脉冲控制模式将气体放电伏安特性由磁控溅射离子镀的正欧姆区间引入到反欧姆区间,并在不同靶电流密度下制备了TiN薄膜。研究了正反欧姆区间伏安特性对薄膜微观结构及性能的影响。结果表明:在靶电流密度(I_(td))大于0.2 A·cm~(-2)的反欧姆区间,薄膜具有良好的表面质量和致密程度;且薄膜的硬度和膜/基结合强度分别由正欧姆区间I_(td)为0.11A·cm~(-2)的9.9 GPa、4.5 N提升到反欧姆区间I_(-td)为0.38 A·cm~(-2)的25.8 GPa、18 N。     

磁控溅射阴极靶的伏安特性对Ti薄膜结构及性能影响

通过在不同的磁控溅射阴极靶电源供给模式下制备纯Ti薄膜,并采用扫描电镜、X射线衍射、纳米压痕仪及微划痕试验等表征方法对比研究了阴极靶在不同电场模式下对Ti薄膜微观结构、相组成、显微硬度及膜基结合强度的影响。结果表明:相对于直流电场和高功率脉冲电场,通过双脉冲电场模式所制备的纯Ti薄膜具有纳米多晶结构,其晶粒尺寸为17 nm,组织致密,硬度和弹性模量分别达到了3.5 GPa和123 GPa,并且显著提高了与膜基的结合强度。     

辉弧放电过渡区间靶电流密度对TiN薄膜 结构及性能的影响

通过可调脉冲电源控制模式将气体放电伏安特性引至辉弧放电过渡区间,并在不同的电流密度条件下制备了TiN薄膜,采用XRD,SEM,TEM,纳米压痕仪与涂层附着力自动划痕仪等表征方法对比研究了辉弧放电过渡区间靶电流密度对薄膜组织结构、硬度及膜基结合强度的影响。结果表明,随着电流密度增大,镀料粒子由溅射环境的碰撞脱靶逐渐转变为碰撞增强热发射脱靶,具有更高密度、高离化、高能量的沉积粒子;薄膜由非晶态逐渐转变为晶态,具有更为良好的表面质量和致密程度,且薄膜的硬度、膜基结合力分别由13.4 GPa、2.4 N提高至24.7 GPa、21.6 N。     

离子渗氮对TiN薄膜组织与性能的影响

为进一步提高TiN膜层的性能,对其进行了离子渗氮处理。利用XRD分析、SEM观察、硬度试验和摩擦磨损试验对TiN薄膜离子渗氮前后的组织与性能进行了分析。结果表明,离子渗氮后,膜层物相主要为TiN,出现晶格畸变、择优取向生长现象,表面得到净化更平整,硬度、耐磨性得到较大提高。     

Ti对耐热导电铝合金微观组织和性能的影响

研究了Ti对含有Zr和B的耐热导电铝合金微观组织和性能的影响.结果表明,在耐热导电铝合金中加入Ti,Ti和Zr、B形成复合粒子(Ti,Zr) B2.因(Ti,Zr) B2晶格常数较ZrB2小,使铝基体的畸变能减小,基体的有序性增加,使铝合金的电导率提高.调整B的含量,使B与Ti+ Zr的摩尔比达到2∶1以上,同时避免Ti过量,铝合金的电导率会进一步提高.     

气体放电伏安特性对TiN薄膜结构和性能的影响

针对溅射离子镀离化率低及多弧离子镀易产生微米级熔滴喷溅这一长期制约离子镀技术发展的难题,依据金属靶材内部电子在通过电阻值较大的组织缺陷处会导致该区域温度上升的焦耳热效应和金属表面高温下电子热发射等物理学现象,建立以离子碰撞和靶材热发射为脱靶机制的新型微弧离子镀技术。通过氩离子的轰击动能和金属靶材内电流的焦耳热效应共同促使靶面缺陷处温度迅速上升,增加了该区域内电子和原子的动能使其能够克服表面势垒从靶材表面大量逸出。等离子区内靶材原子和电子数量的增加提高了镀料粒子的碰撞离化率,且靶面未出现明显电弧避免了靶材表面的熔融喷溅,从而获得高离化率和高密度的镀料粒子。实验结果表明:微弧离子镀技术制备的TiN薄膜具有致密的结构、良好的表面质量、较高的显微硬度、较强的膜基结合力和良好的抗腐蚀性能。     

温度对TiN/Ti多层膜微观结构和氧化行为的影响

研究了TiN/Ti多层膜不同温度下的微观结构和氧化行为.采用阴极弧离子镀沉积的方法制备了19层调制周期为200 nm的TiN/Ti多层膜及相应的TiN单层膜.采用高分辨场发射电子显微镜(HR-FESEM)、光学显微镜和X射线衍射仪(XRD)分别对膜层断面结构、表面形貌和物相进行分析.结果表明,随着加热温度的升高,TiN单层膜在350℃时开始出现局部剥落,550℃出现大范围的剥落,而多层膜未发生剥落;相对TiN单层膜,TiN/Ti多层膜具有层状结构,其抗氧化能力有一定的提高.结合试验结果,讨论了TiN/Ti多层膜和TiN单层膜的工作温度.     

多层结构对Ti/TiN涂层性能的影响

以TiN、TiAlN为主的过渡族金属氮化物硬质涂层以其较高的表面硬度、良好的耐磨以及抗高温氧化性能,被广泛应用于材料表面防护涂层。然而,涂层内部积聚的高内应力却容易易引发起涂层与基体的结合力问题。利用PVD技术很难在材料表面制备出厚度超过10微米的TiN或TiAlN涂层。多层复合结构能够有效控制涂层中的应力分布,从而使得其成为获得较厚硬质涂层的一种有效方法。本文在TC4合金以及Si（100）基体上利用等离子增强离子镀技术制备了具有不同复合层数的多层Ti/TiN涂层,并研究了复合层数对涂层力学性能的影响。结果表明,随着复合层数的增加,涂层的各项力学性能得到了显著强化。涂层的显微硬度高达2750HV,厚度大于50微米,且具有较好的韧性。涂层的韧性与显微硬度成正比例关系。同时,48层复合结构的Ti/TiN涂层具有低于0.35的摩擦系数以及最佳的抗磨损性能。然而,随着复合层数的进一步增加,涂层与基体的界面显著弱化了涂层的结合强度。     

双级HPPMS靶电流对TiN镀层微观结构及耐蚀性的影响

高功率脉冲磁控溅射（HPPMS）利用较高的脉冲峰值靶功率密度（如：1-3kW/cm2）获得高密度的等离子体,可提高TiN镀层的微观结构和力学性能。然而,HPPMS技术的主要缺点是平均沉积速率较低,增加了镀层的制备成本。为了解决传统HPPMS平均沉积速率低的问题,研究提出一种新型的双级HPPMS技术,即在一个脉冲周期内具有两个连续的、独立可调的脉冲阶段。通过对双级HPPMS电场的合理调配,可制备得到结构致密的TiN镀层,研究了双级HPPMS靶电流对TiN镀层微观结构及耐蚀性的影响。结果表明,当靶电流增大至20A时,靶面形貌由小凹坑转变为大面积凹坑,说明镀料粒子的脱靶方式由碰撞溅射转变为升华或蒸发。同时,当靶电流为10A时,镀层颗粒呈现三棱锥状结构,平均晶粒尺寸为11nm;当靶电流增大至25A时,镀层颗粒呈现光滑致密的圆胞状结构,平均晶粒尺寸为18nm,光滑致密的组织结构使镀层具有较好的耐蚀性。     

硅元素对TiN薄膜性能的影响

在TiN中加人不固溶于TiN晶格的Si元素，提高薄膜的硬度、韧性和弹性回复，从而增加了刀模具的使用寿命。     

气体放电伏安特性正反欧姆区间对TiN薄膜微观结构及性能的影响

采用脉冲控制模式将气体放电伏安特性由磁控溅射离子镀的“正欧姆” 区间引入到“反欧姆”区间,并在不同靶电流密度下制备了TiN薄膜。研究了正反欧姆区间对薄膜微观结构及性能的影响。结果表明：在靶电流密度（Itd）大于0.2A?cm-2的反欧姆区间,薄膜具有良好的表面质量和致密程度;且薄膜的硬度和膜基结合强度分别由正欧姆区间Itd为0.11A?cm-2的18.9GPa、4.5N提升到反欧姆区间Itd为0.38 A?cm-2的25.8GPa、18N。     

纳米TiN/Ti细化剂对7050合金组织和性能的影响

采用高能球磨法制备了纳米TiN/Ti复合晶粒细化剂,研究了该细化剂对7050铝合金铸态组织和性能的影响。结果表明,0.2%的复合细化剂对7050铝合金细化效果明显优于纯Ti细化剂,可使合金平均晶粒尺寸由未添加细化剂的105.5μm细化至83.5μm,组织中的第二相细小、分布较均匀。添加了复合细化剂的7050铝合金铸态抗拉强度由未添加细化剂的187.8MPa提高至220.8MPa,硬度(HB)由未添加细化剂时的97.63提高至102.7。     

离子源循环轰击对磁控溅射TiN薄膜结构和电学性能的影响

为研究离子源循环轰击对薄膜结构和电学性能的影响,通过离子源轰击辅助直流磁控溅射在200℃下沉积不同循环周期Ti N薄膜,采用场发射扫描电镜、原子力显微镜、X射线衍射仪表征薄膜表面形貌及组织结构。采用纳米压痕仪检测涂层的硬度和弹性模量。采用双电测四探针电阻仪测试室温下薄膜的电学性能。结果表明:离子源轰击在薄膜中形成了分层结构,膜层更加致密光滑,平均粗糙度由5.2 nm下降为2.7 nm。随着离子源循环轰击周期增加薄膜结晶性增强,并且当离子源循环轰击周期为3次时出现了Ti N(200)峰,薄膜硬度和弹性模量提高。当经过2次离子源循环轰击时薄膜电阻值最低为8.1μΩ·cm。     

Mo离子注入和离子渗硫对TiN涂层微观结构和表面性能的影响

为进一步改善氮化钛涂层的摩擦学性能,分别采用高剂量Mo离子注入和低温离子渗硫技术对Ti N涂层表面进行处理。采用扫描电子显微镜(SEM)、光学形貌仪、扫描俄歇系统(SAM)、X射线衍射仪(XRD)和纳米压痕仪等分析Ti N涂层处理前后的表面形貌、元素分布、微观结构和纳米硬度。利用球盘摩擦磨损试验机在干摩擦条件下考察涂层的摩擦学性能,并利用光学形貌仪和SEM进行磨损表面分析。结果表明,大剂量Mo离子注入后,Ti N涂层表面Mo离子深度接近200 nm,涂层硬度明显降低,涂层磨损剧烈程度得到显著改善,磨损率和摩擦因数分别降低约35%和40%;低温离子渗硫复合处理后,Ti N涂层表面溅射明显,Mo的深度降低约50%,摩擦学性能难以进一步明显改善。