含铜PVD硬质涂层的结构及其性能研究现状

表面摩擦和磨损是机械零部件失效和损伤的主要形式,影响和决定着材料的使用寿命。传统降低材料磨损的主要措施是采用液体润滑油,但在高温、真空和海水等环境下,润滑油脂无法充分发挥作用,PVD硬质耐磨减磨涂层成为减磨润滑材料发展的新成果,目前已得到广泛的研究和开发。在海洋工业领域,淤泥、海藻和细菌等海洋生物附着于舰船和海工装备表面,降低了船舶的抗摩擦性能和设备稳定性,影响船舶航行速度,增加船舶的燃料消耗,严重威胁着海洋航行安全。硬质防污涂层可以很好地应用于海洋装备零部件的保护。综述了将软质金属Cu引入物理气相沉积的硬质涂层,来拓展硬质涂层的功能,实现硬质涂层自润滑耐磨及抗菌防污性能的研究现状。重点介绍了Cu的引入对PVD硬质涂层结构、硬度、摩擦学行为和抗菌性能的影响,探讨了硬质涂层中Cu的减摩机理,阐明了Cu的抗菌机制,展望了含Cu物理气相沉积硬质涂层未来的发展方向和应用前景。     

化学气相沉积TiC-Ti（CN）-TiN涂层在硬质合金拉丝模上应用研究

用化学气相沉积法(CVD)在硬质台金拉丝模上沉积TiC—Ti(CN)-TiN耐磨涂层，经工业试验表明涂层具有硬度高、摩擦系数小，与基体粘附性强、化学稳定性好和耐磨等优良性能。涂层拉丝模比非涂层模提高使用寿命1～4倍。     

TiSi(CN)系列涂层的结构和性能研究进展

近年来,随着工业的发展,机器零部件的应用面临了新的挑战,关键零部件的磨损腐蚀导致的涂层失效变得尤为显著。Ti基涂层因其低摩擦系数、硬度高、耐磨性好且具有优异的耐蚀性,逐渐受到了业界的关注。综述了物理气相沉积Ti Si C、Ti CN、Ti Si N和Ti Si CN硬质涂层结构和性能的研究现状。简要总结了Ti基涂层发展的历程,重点分析和对比了四种硬质涂层的成分、结构特点、硬度、结合强度、耐磨减摩性能和耐腐蚀性能,对于不同方法制备的涂层的影响因素分别做了分析,并对涂层的不同失效方式做了解释。从微观结构和性能两方面对涂层进行描述,阐明了硬质涂层中碳的键结构和相结构变化与涂层减摩自润滑性能之间的本构关系,指出了碳元素的石墨化转变在涂层减摩方面的重要作用。论述了钛基硬质涂层结构诱导超硬现象的机制,归纳和评估了超硬耐磨减摩涂层的特点。最后,对目前国内外Ti基涂层研究所存在的问题进行了总结,展望了物理气相沉积钛基多元多界面硬质涂层的发展方向和前景。     

物理气相沉积硬质涂层技术进展

概要介绍了离子镀、磁控溅射、离子束辅助沉积和复合沉积技术的原理和优缺点,并指出了这些技术近年在制备硬质涂层的发展.     

高功率脉冲磁控溅射制备金属氮化物涂层EI北大核心CSCD

高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)作为目前研究热门的物理气相沉积方法之一,已经在刀具材料、不锈钢、聚合物、复合材料等基体上实现硬质涂层、生物涂层、耐腐蚀涂层、耐高温氧化涂层、绝缘涂层等多种类型涂层制备。通过高功率脉冲磁控溅射与复合方法及后续热处理等工艺方法复合,调节高功率脉冲磁控溅射的脉冲频率、峰值功率、占空比、多脉冲和双极性实现对靶材离化率、等离子体空间分布、涂层沉积速率、相结构、微观结构、元素成分、内应力等等离子体参数和涂层物相结构的调整,以提高基体材料的硬度、耐磨损、耐腐蚀、耐高温氧化及生物相容性等综合使役性能。特别是在应用于金属氮化物涂层的制备及性能研究方面,具有巨大的工程应用价值。结合目前硬质涂层材料的应用现状,探讨高功率脉冲溅射技术沉积涂层的特性和技术优势,介绍20多年来高功率脉冲磁控溅射技术在制备单元单层、多元多层、纳米多层与多元复合、高熵合金及含Si、O、C等金属氮化物硬质涂层工艺及性能等方面应用的研究进展。     

超音速激光沉积制备7075/Al2O3复合涂层的显微组织及性能研究

超音速激光沉积是将超音速冷喷涂和激光辐照加热有机结合的一种新型复合材料表面处理技术,具有可制备硬质金属复合涂层、沉积效率高等优点。本工作利用超音速激光沉积技术在7B04铝合金基体上制备硬质铝合金7075与陶瓷颗粒Al₂O₃的复合涂层,系统研究激光功率对涂层的沉积特性和力学性能的影响规律。采用场发射电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和显微硬度计等仪器,对涂层的显微组织、相成分和显微硬度进行表征分析,结果表明：随着激光功率的增加,涂层的厚度、致密度、沉积效率、硬度以及涂层中Al₂O₃颗粒的分散性和相对沉积效率逐渐增加。当激光功率为600 W时,涂层的沉积厚度达1543μm,孔隙率为0.05%,涂层中Al₂O₃粉末颗粒的相对沉积效率达到峰值65%,HV硬度达到1911 MPa。当激光功率提升至900 W时,涂层的厚度、沉积效率增速放缓,孔隙率显著增加,涂层发生氧化相变,Al₂O₃粉末的相...     

低于500℃的离子沉积硬质涂层

近来 P.A.P.V.D.(等.离子增强物理气相沉积)法沉积硬质耐磨涂层受到人们的普遍关注。为了优化硬质涂层的性能。本文研究了 TiN、TiC(N.C)、TiC 及.C 涂层。首先是分别研究了 TiN 和 TiC 涂层。实验中,基体温度均在450℃以下。TiN 涂层的维氏硬度是25G.Pa,TiC 则在负偏压为1000伏时高达45G.pa。沉积速率约30μm/h 时,TiN、TiC 涂层具有强烈的(200)织构。精细的 i.C涂层的硬度很高,45～65G.Pa;相对于铜的摩擦系数为0.20,对 TiN 的摩擦系数为0.07。而且,有 i.c 的复合涂层的磨损体积是 TiN 或TiC 涂层的1/6～1/3。     

真空电弧沉积的Ti—Zr—N和Ti—Nb—N多元涂层

硬质涂层对于减少工具,特别是刀具的磨损起着越来越重要的作用．ＴｉＮ是目前使用的主要涂层．ＴｉＮ涂层的改进工作主要集中在新的ＴｉＮ基合金和多元复合层,希望得到多元素组合的耐磨、耐高温涂层．Ｔｉ－Ｚｒ－Ｎ徐层一直是通过反应溅射法、磁控靶和弧源同时混合的离子沉积法和真空电弧沉积法制备的．关于Ｔｉ－Ｎｂ－Ｎ合金系涂层,文献报道的很少．研究表明,三元系氮化物涂层比二元系的性能更好．多元涂层大都是由合金靶材沉积得到的．关于利用二阴极的真空电弧沉积法共沉积的Ｔｉ－Ｚｒ－Ｎ涂层和Ｔｉ－Ｎｂ－Ｎ涂层,文献报道的很…     

激光熔覆和电火花沉积复合涂层的组织和性能研究

研究了激光熔覆和电火花沉积处理后Q 235钢表面复合涂层的组成、硬度和耐磨性。结果表明:电火花沉积层中弥散分布着细小的硬质相颗粒,提高了涂层的显微硬度和耐磨性。复合涂层的耐磨性是Q 235钢基体的2.3倍。     

H13钢表面电火花沉积WC-Ni基金属陶瓷涂层微观组织及摩擦磨损性能

为了提高H13钢表面性能,延长其使用寿命,采用电火花沉积工艺在H13钢基体上制备了WC-Ni基金属陶瓷涂层,并分别以Ni和Mo作为过渡层制备了复合涂层.利用XRD、SEM、EDS、显微硬度计和摩擦磨损试验机分析了涂层的物相、微观组织、显微硬度和摩擦磨损性能.结果表明,WC-Ni涂层表面由溅射状沉积斑点堆积而成,横截面分为涂层区、过渡层和基体3个区域,WC硬质相弥散分布于涂层内.Ni/WC-Ni复合涂层的表面较为光滑平整,Ni过渡层的引入并未改变涂层的物相,界面处WC硬质相异常长大.Mo/WC-Ni复合涂层表面存在微细裂纹,且生成了新相Fe9.7Mo0.3.复合涂层的硬度均高于WC-Ni涂层,复合涂层的摩擦系数和磨损失重均低于基体与WC-Ni涂层,Mo/WC-Ni复合涂层具有更好的耐磨性.     

含Ag硬质涂层的结构及其摩擦腐蚀与抗菌特性的研究进展

从含Ag元素的硬质涂层入手,综述了二元含Ag的Ag-DLC涂层到三元含Ag的CrN/Ag、TiN/Ag、ZrN/Ag涂层,再到多元含Ag的CrSiN/Ag、TiCN/Ag、ZrCN/Ag等涂层的研究进展,分析了不同制备技术和参数、不同元素添加等手段对涂层结构、摩擦腐蚀及抗菌特性的影响.在含Ag硬质涂层从二元到多元的研究过程中,发现元素的含量和制备参数会对涂层的微观组织结构产生重要的影响,并且Ag元素的含量极大地影响着硬质涂层的摩擦学特性、耐腐蚀性能和抗菌性.已有研究表明:低剪切强度的软质Ag相的添加往往能提高涂层的耐磨特性,故将具有高热化学稳定性的Ag固体润滑剂与高耐磨性的硬质涂层相结合,可以改善硬质涂层的摩擦学特性;少量的Ag元素添加可以保持或略微改善涂层的耐腐蚀性能,但是掺杂较高含量的Ag会使硬质涂层的耐腐蚀性能降低;同时,Ag元素对能够引起金属腐蚀的细菌有很好的抗菌效果,且是对环境和人体安全性好的金属元素.若能在金属部件表面沉积含Ag的纳米复合涂层,可以满足水润滑部件耐磨和防污的使用要求.研究在水环境中具有耐磨、抗生物腐蚀的含Ag纳米复合涂层,有利于对机械工程设备中关键零部件的保护,对于海洋开发和社会发展具有重大意义.     

化学气相沉积制备硬质合金刀具涂层研究进展

化学气相沉积技术(CVD)广泛应用于硬质耐磨涂层的生产中,该类涂层可大大提高硬质合金工具的耐磨性和寿命。综述了CVD涂层技术在硬质合金切削刀具中的应用研究进展,首先介绍了CVD涂层技术的原理及其发展历程;其次阐述了模拟计算方法(相图计算、流体力学计算、第一性原理计算、相场模拟、机器学习等)在CVD涂层中的应用;再次介绍了CVD涂层的沉积实验及结构和性能表征方法;最后列举了几种典型的硬质合金刀具用CVD涂层,以期为高性能涂层的智能设计、智能集成和智能研发提供新的思路:即把多尺度计算模拟、科学数据库和关键实验集成到硬质涂层开发的全过程中,通过对成分-工艺-结构-性能进行关联分析,将耐磨涂层的研发由传统经验或者半经验方式提升到科学的微结构智能设计上,以实现基体与涂层微结构调控和性能的协同优化,获得最佳的综合性能。     

激光处理钛合金表面和三元硬质涂层表面固体润滑涂层的滑动磨损特性（英文）

钛合金的耐磨度较差,因其严重的粘着磨损倾向,不适合润滑滑动。通过织构化和表面涂层进行表面修饰,以提高钛合金基体的表面性能。硬质和耐磨涂层如Ti AlN和AlC rN被应用于钛合金表面,以铬作为中间层。为了进一步提高硬质涂层的耐摩擦磨损性能,使用固体润滑剂二硫化钼沉积在硬质涂层的的微坑。采用销-盘实验对涂覆基材进行单向滑动磨损测试,以评估其摩擦性能。在3个不同的载荷、时间40 min、2 m/s滑移速度下进行测试,分析研究多层涂层的摩擦行为,如涂层结构、摩擦因数和比磨损率。在滑移初期阶段,摩擦因数较低,约为0.1,这降低了材料转移,延长了耐磨寿命。除去部分二硫化钼涂层后,摩擦因数增大到较高值,硬质复合层仍然保护基体以免磨损。     

电火花沉积 Fe 基涂层的组织及耐磨性能

通过电火花沉积技术在P20模具钢表面制备了Fe基涂层,利用SEM,XRD及摩擦磨损试验机等分析了涂层的组织结构、显微硬度及耐磨性能。结果表明:电火花沉积Fe基涂层组织均匀、致密;涂层中靠近界面处的组织为柱状枝晶,而涂层中上部组织为超细晶粒。涂层的平均硬度为637.1HV0.1,相比基体提高了1倍;涂层耐磨性优于基体,涂层中弥散分布的Cr7C3,CrB及Fe3C等硬质是Fe基涂层硬度及耐磨性提高的主要原因。涂层的磨损机理主要为磨粒磨损的微切削和疲劳磨损。     

PVD法制备的TiAlN/Al_2O_3复合涂层氧化铝陶瓷刀具切削性能研究

在刀具表面沉积一层硬质、耐磨涂层,可有效提高刀具切削性能。目前刀具涂层的研究主要侧重于氮化物、碳化物等硬质涂层(基体为硬质合金),氧化物涂层(基体为陶瓷)仍未有突破性进展。文章涉及陶瓷基体表面的氮化物和氧化物涂层制备及切削性能研究。采用阴极电弧蒸发镀技术(PVD-CAE)和PEM辅助PVD工艺在氧化铝陶瓷刀具表面制备TiAlN硬质耐磨涂层(中间层)和Al_2O_3抗高温氧化涂层(外层)。采用扫描电子显微镜(SEM)和EDS线扫法分析涂层微观结构和元素成分变化,通过显微硬度计表征涂层表面硬度。通过连续干切削灰铸铁试验研究TiAlN/Al_2O_3涂层的切削寿命、磨损机理和加工表面质量。结果表明:该复合涂层具有细晶致密的微观结构;TiAlN硬质层可将刀具表面硬度提升至2781±19HV_(50g),从而提高了刀具耐磨性;连续干切削灰铸铁试验中,无涂层氧化铝刀具发生崩刃破损,而TiAlN/Al_2O_3涂层刀具主要发生磨粒磨损和少量的粘结磨损,无崩刃现象;PVD法制备的TiAlN/Al_2O_3涂层刀具寿命是常规无涂层氧化铝刀具的2倍以上,且加工表面质量优良而稳定。     

VAlSiN 硬质涂层的结构与机械性能

目的研究Si的掺入对VAlN硬质涂层机械性能的影响行为。方法利用双靶(V50Al50靶与Si靶)磁控溅射沉积技术,保持V50Al50靶的功率为一定值,通过控制Si靶的功率,获得Si含量不同的VAlSiN硬质涂层,分析涂层的成分、相组成、硬度及耐磨损性能。结果 Si在涂层中以Si3N4非晶相存在,Si3N4起到细化晶粒的作用,少量Si的掺入可使涂层的硬度与耐磨性能得到提升。但当Si大量掺入后,Si3N4非晶相成为涂层中的主相,导致涂层的硬度与耐磨性能出现下降。结论少量Si的掺入有益于VAlN涂层机械性能的提升。     

三元氮化物的沉积和性能——H.RANDHAWA,P.C.JOHNSON,AND R.CUNNINGHAN

氮化钛、碳化钛和氧化铝硬质涂层是广泛用于改善高速钢和硬质合金刀具使用性能和产量的涂层材料。然而在三元氮化物沉积方面研究得还很少。本文论述了用阴极弧光放电工艺沉积三元氮化物(Ti,Zr)N和(Ti,Al)N的特性,对涂层进行了表面形貌、成份和机械性能测试,对这些涂层还进行了抗磨损性能和装饰性能的评估,并将结果与同样方法制备的TiN和(Ti-6Al-4V)N薄膜作了比较。     

电火花沉积Ni基合金涂层的摩擦磨损特性

利用电火花沉积技术,在调质45钢表面制备了Ni基合金涂层,研究了涂层的组织结构及摩擦磨损特性.结果表明:涂层组织致密,与基体实现了良好的冶金结合;涂层的物相为γ-( Ni,Fe),M7C3,CrB,Ni3 Si.涂层的硬度为基体的2倍,而基体的磨损体积为涂层的3.6倍.涂层中硬质相的弥散强化及晶粒细化是涂层硬度及耐磨性...     

液相脉冲放电制备TiC金属陶瓷涂层

将高熔点金属Ti电极置入含碳的液相介质中,利用脉冲放电所产生的低温高能等离子体在45钢基体表面沉积了TiC硬质金属陶瓷涂层,涂层的厚度约25μm,硬度可达1800HV0.05.讨论了TiC金属陶瓷涂层在液相脉冲放电条件下的形成机制.结果表明,涂层的形成机理为等离子体作用下的微电喷镀及电化学反应.     

柔性硬质纳米复合涂层

研究了利用磁控溅射方法制备的柔性硬质纳米复合涂层。结果表明柔性硬质纳米复合涂层具有以下优异性能:是一类具有高硬度、高韧性以及抗裂纹性能的新型涂层;具有较高的硬度模量比(H/E*≥0.1,E*=E/(1-ν~2))、弹性恢复系数(We≥60%)、压应力(σ0)L,且少缺陷的微观结构;生长处于Thornton结构区域相图的T区。磁控溅射非常适合制备纳米复合涂层,文中将对其制备柔性纳米复合薄膜的机理做深入阐述。涂层生长主要受以下3个参数影响:涂层生长过程中吸收的能量Ep,其包含沉积原子携带的能量E_(ca)和轰击离子携带等能量E_(bi)(E_p=E_(ca)+E_(bi)),基体温度Ts和涂层材料的熔点T_m。柔性硬质涂层具有广泛的应用前景,如柔性保护涂层、柔性功能涂层、防脆性涂层开裂的柔性保护涂层以及柔性多层涂层。文中还将详细阐述低温磁控溅射制备柔性纳米复合涂层的原理,并阐述纳米复合涂层及其性能的发展趋势。