等离子浸没离子注入沉积纳米TiN薄膜的机械性能研究

采用等离子体浸没离子注入沉积(PⅢ-D)在不锈钢基底上合成TiN薄膜。对沉积TiN薄膜后的不锈钢试样进行拉伸变形实验,扫描电子显微镜(SEM)原位观察表明在较大塑性变形量下氮化钛薄膜没有剥落和裂纹出现。采用划痕法测得薄膜与基体间有较强的结合力。薄膜的纳米压痕测试显示出很高的纳米硬度和弹性模量值。通过对合成TiN薄膜的TEM结构测试、AFM表面观察、AES成分结果分析,认为该合成薄膜的纳米级晶粒尺寸、致密的表面质量以及成分沿深度的分布是其具有优异的抗塑性变形性能以及高的结合强度的原因。     

等离子体浸没离子注入和沉积技术制备TiN薄膜研究

利用多功能等离子体浸没离子注入设备，采用等离子体浸没离子注入和沉积技术在Ti合金表面制备具有优异力学性能的TiN薄膜。研究了真空室中氮气存在状态及氮气压力对薄膜性能的影响：当氮以中性气体存在于真空室中，薄膜的生长主要受热力学因素控制，沿着低自由能的密排面(低指数面)TiN(111)择优生长；当氮以等离子体状态存在于真空室中，薄膜沿着高指数面TiN(220)择优生长，具有高硬度、耐磨性好的优点，并且随着N分压的提高，薄膜耐磨性提高。     

Ｔi６A14V等离子体浸没式离子注入

采用新型等离入体浸没式离子注入技术,对Ｔi6A14V合金进行氮离子注入,对注入层的成分,组织和性能的分析表明,注入层中氮浓度的分布具有类高斯分布特征,在注入层中有ＴiN和非态相形态,注入层的显微硬度和摩擦性能得到明显改善。     

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.     

离子束增强沉积TiN薄膜的研究

利用多功能离子束增强沉积设备，采用三种不同工艺方法制备TiN薄膜，并对制备的TiN薄膜进行了AES，XPS，XRD，RBS和TEM等分析。结果表明：所制备的薄膜都有很好均匀性，TiN薄膜处在压应力状态；在溅射沉积的同时，在0～20keV范围内，N 和Ar 离子的轰击使得TiN薄膜的生长呈现不同择优取向；随着N 离子轰击能量的增加，制备的TiN薄膜的晶粒增大。     

等离子体浸没离子注入和沉积技术制备TiN薄膜研究

利用多功能等离子体浸没离子注入设备 ,采用等离子体浸没离子注入和沉积技术在Ti合金表面制备具有优异力学性能的TiN薄膜。研究了真空室中氮气存在状态及氮气压力对薄膜性能的影响 :当氮以中性气体存在于真空室中 ,薄膜的生长主要受热力学因素控制 ,沿着低自由能的密排面 (低指数面 )TiN(1 1 1 )择优生长 ;当氮以等离子体状态存在于真空室中 ,薄膜沿着高指数面TiN(2 2 0 )择优生长 ,具有高硬度、耐磨性好的优点 ,并且随着N分压的提高 ,薄膜耐磨性提高     

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.     

9Cr18轴承钢表面不同等离子体浸没离子注入强化处理技术研究

采用不同的等离子体浸没离子注入(PⅢ)工艺在9Cr18轴承钢表面进行了气体、金属、金属加气体的离子注入和碳化钛(TiC)、类金刚石(DLC)薄膜的等离子体浸没离子注入与沉积(PⅢD).对处理后的试样进行了X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、俄歇电子能谱(AES)和拉曼光谱(Raman)分析;测试了处理前后试样的显微硬度、磨痕宽度和摩擦系数.结果表明:处理后试样表面均形成了不同的改性层,且改性层中化学组成和各元素的浓度-深度分布随处理工艺的不同而变化;处理后试样的显微硬度都有较大提高,最大增幅达77.7%;表面摩擦系数由0.8下降到0.16;磨痕宽度减少了23倍;与PⅢ工艺相比,相同参数下,PⅢD处理后的试样表面综合性能更加优异.     

Ti6Al4V等离子体浸没式离子注入

采用新型等离子体浸没式离子注入技术,对Ti6Al4V合金进行氮离子注入.对注入层的成分、组织和性能的分析表明,注入层中氮浓度的分布具有类高斯分布特征,在注入层中有TiN和非晶态相形成.注入层的显微硬度和摩擦性能得到了明显的改善.     

离子束增强沉积TiN薄膜的研究

利用多功能离子束增强沉积设备，采用三种不同工艺方法制备ＴｉＮ薄膜，并对制备的ＴｉＮ薄膜进行了ＡＥＳ，ＸＰＳ，ＸＲＤ，ＲＢＳ和ＴＥＭ等分析。结果表明：所制备的薄膜都有很好均匀性，ＴｉＮ薄膜处在压应力状态；在溅射沉积的同时，在０－２０ｋｅＶ范围内，Ｎ＾＋和Ａｒ＾＋离子的轰击使得ＴｉＮ薄膜的生长呈现不同择优取向；随着Ｎ＾＋离子轰击能量的增加，制备的ＴｉＮ薄膜的晶粒增大。     

低能氮离子束辅助真空电弧沉积Zr-Cu-N薄膜的研究

利用等离子体辅助真空电弧沉积技术,在高速钢和单晶硅基体上制备Zr-Cu-N复合薄膜.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和超微显微硬度计研究了低能氮离子束流对Zr-Cu-N涂层结构、表面形貌和硬度的影响.结果表明:用低能氮离子束辅助真空电弧沉积Zr-Cu-N膜,ZrN结构在(111)晶面出现择优取向,并对Zr-Cu-N膜层有一定的强化作用,膜层表现出较高的显微硬度和转好的耐磨性能.     

不同能量离子束辅助沉积对形成氮化钛薄膜性能的影响

用不同能量离子束辅助沉积方法在医用不锈钢317L和Si(100)基底上沉积TiN薄膜。通过X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)和俄歇电子能谱(AES)分析研究了薄膜的结构特征;测试了薄膜与基底的附着力和耐磨性;用电化学腐蚀的方法检测了薄膜在Hank’s模拟体液中的耐腐蚀性能;最后采用成纤堆细胞、骨髓细胞体外培养试验考察了生长于不同薄膜表面的细胞粘附、增殖、展布情况及细胞的形态。研究结果表明：用高、低能氮离子兼用的IBAD方法制备的TiN多晶薄膜比只用高能或低能沉积的薄膜具有更强的附着力和耐磨性,在Hank’s模拟体液中显示出更强的抗腐蚀能力,并在细胞体外培养中显示出良好的细胞相容性。     

Intrinsic stress and preferred orientation in TiN coatings deposited on Al using plasma immersion ion implantation assisted deposition

TiN coatings were deposited on Al substrates using the plasma immersion ion implantation and deposition (PIIIAD) technique, employing a filtered Ti cathodic arc in a nitrogen atmosphere. Negative pulsed bias voltages between 0 to −4.0 kV were applied with varying duty cycles, at a constant time-averaged bias. Stress measurements using X-ray diffraction reveal an increase and then a decrease in the intrinsic compressive stress at increasing on-time bias. A bias-dependent preferred orientation of TiN is observed, i.e. {111}, {200} and {220} at low bias and predominantly {200} at higher bias. The hardness reduces from 29 GPa at lower bias to 20 GPa at higher bias. Thus, the time averaged energy of ion bombardment does not uniquely determine the properties of the growing coating, which can be adjusted by the on-time substrate bias applied for very short durations. A simplified subplantation model of stress development is formulated for the case of pulsed bias, the predictions of which are in reasonable agreement with the experimental data.     

离子束辅助沉积TiN薄膜的结构和成分

用离子束辅助沉积合成了TiN薄膜,背散射、X射线衍射和透射电镜实验的结果表明,在本实验条件下,薄膜Ti/N比接近于TiN的化学计量比,和氮离子束流密度无关。薄膜存在<100>择优取向,在一定条件下,可以形成只有(100)取向的TiN薄膜。     

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.     

离子辅助轰击能量对类金刚石薄膜性能的影响

研究了利用ＩＢＡＤ方法沉积类金刚石薄膜时,离子的辅助轰击能量对薄的微观结构、表面粗糙度,弹性、硬度以及摩擦系数的影响,获得了机械和摩擦性能优异的类金刚石薄膜。讨论了薄膜微观结构和性能之间的关系。分析了不同硬度测试方法的差异。     

Microstructure and Tribological Behavior of Stripe Patterned TiN Film Prepared with Filtered Cathodic Vacuum Arc Deposition (FCVAD)

This paper describes an experimental investigation into the influence of the stripe interspace and applied load on the tribological behavior of stripe patterned TiN films. The stripe patterned TiN films are deposited on an H13 steel surface by masked deposition with the filtered cathodic vacuum arc discharge (FCVAD) technique. The surface micro morphology, chemical composition, crystal structure, and mechanical properties of the films is characterized using 3D white light interferometry, scanning electron microscopy (SEM), X‐ray diffractometry (XRD), and a nano‐indentation tester, respectively. The tribological performance of patterned TiN is measured using a UMT‐5 tribometer, and the friction and wear mechanisms are analyzed, compared with that of the full TiN film and H13 steel substrate. The results show that the stripe patterned TiN films has better tribological properties than the full TiN film. These results are attributed to the synergistic effect between the surface pattern and the TiN film. The stripe interspace and the applied load has a more significant effect on the wear rate of the stripe patterned TiN films than the coefficient of friction of their friction pairs. A further study, however, is needed to analyze the relationship between the applied load and the wear rates of the stripe patterned TiN films.

     

离子束辅助薄膜沉积

离子束辅助沉积(IBAD)是在气相沉积的同时辅以离子束轰击的薄膜制备方法，可在低温下合成致密、均匀的薄膜。介绍了IBAD技术的概况，列举了具体应用领域，描述了射频ICP离子源辅助电子束蒸发，最后对IBAD的前景加以评论。     

离子束强化镀氮化钛薄膜正艺的研究

本文系统地研究了离子束强化高频离子镀TiN的工艺参数。为了比较其效果,相应地进行了高频离子镀、离子束强化蒸镀工艺实验。测量了上述三种方法镀膜的物理性能、分析了组织结构。离子束强化不仅提高了沉积速率,而且有明显的细化晶粒、择优取向的作用。本研究所得结果对提高 TiN 沉积速率、膜质量都有实用意义。