反应溅射TiC薄膜的微结构及力学性能

采用反应磁控残射法在不同的甲烷分压下制备了一系列的TiC薄膜，利用XRD和TEM表征了薄膜的相组成和微结构，用力学探针测量了薄膜的硬度和弹性模量，并利用AFM观察了薄膜的生长形貌和压痕形貌，研究了甲烷分压对薄膜相组成、微结构和力学性能的影响。结果表明，甲烷分压对薄膜的相组成、微结构和力学性能均有明显的影响：低的甲烷分压下，制备的薄膜样品中有仗相的存在，薄膜的硬度和弹性模量较低；甲烷分压提高0.02～0.04Pa左右，薄膜内形成晶粒细小的单相TiC，并获得最高的硬度(30．9GPa)和弹性模量(343GPa)；进一步提高甲烷分压，薄膜互现非晶态，其硬度和弹性模量亦随之降低。     

Mo电极上磁控反应溅射AlN薄膜

采用射频反应磁控溅射法在Mo电极上沉积了AlN薄膜.研究了溅射气压、靶基距、溅射功率、衬底温度及N_2含量等不同工艺条件对AlN薄膜择优取向生长的影响.用XRD分析了薄膜的择优取向,用原子力显微镜、高分辨场发射扫描电镜表征了薄膜的形貌.实验结果表明,靶基距和溅射气压的减小,衬底温度及溅射功率的升高有利于AlN(002)晶面的择优取向生长.氮氩比对AlN薄膜择优取向生长影响较小,N_2≥50%(体积分数)时均可制得高c轴择优取向的AlN薄膜.经优化工艺参数制备的AlN柱状晶薄膜适用于体声波谐振滤波器的制备.     

反应溅射制备AlN薄膜中沉积速率的研究

通过对浅射过程中辉光放电现象及薄膜沉积速率的研究，发现随着氮浓度的增大，靶面上形成一层不稳定的AlN层，由于AlN的溅射速率远小于Al，从而使薄膜的沉积速率显著下降。同时还研究了其它溅射参数对薄膜沉积速率的影响。结果表明：随靶基距的增大靶功率的减小，不同程度引起沉积速率的下降；随着溅射气压的增大，最初沉积速率不断增大，当溅射气压增大到一定程度时，沉积速率达到最大值，之后随溅射气 压的增大，又不断减小。     

TiN、AlN薄膜的摩擦磨损和抗高温氧化性能及机制

采用电弧离子镀工艺在1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢表面沉积TiN、AlN薄膜,通过扫描电镜、摩擦磨损试验和高温氧化试验等方法研究了薄膜的微观结构、化学成分与其摩擦性能和抗高温氧化性能之间的关系,同时探讨了薄膜的摩擦磨损机制和高温氧化机制.     

Cu-Ti合金薄膜的微结构和力学性能

通过磁控共溅射方法制备了一系列不同Ti含量的Cu-Ti合金薄膜,采用EDS、XRD、TEM、AFM和纳米力学探针表征了薄膜的微结构和力学性能,研究了化合物对超过饱和固溶薄膜的强化作用。结果表明,由于溅射粒子的高分散性和薄膜生长的高非平衡性,Cu-Ti薄膜形成了超过饱和固溶体,晶格的剧烈畸变使Cu固溶体晶粒迅速细化。随Ti含量的增加,薄膜中产生高分散的细小Cu Tix化合物,并逐步形成Cu超过饱和固溶体纳米晶和细小化合物分布于非晶基体中的结构。与微结构的变化相应,薄膜的硬度随Ti含量的增加持续提高,并在含21.4%Ti(原子分数)时达到8.7GPa的最高值。高分散金属间化合物的存在是Cu-Ti合金薄膜在形成非晶结构后硬度得以继续提高的原因。     

具有TiN过渡层的BCN薄膜制备与力学性能

用电弧增强磁控溅射(AEMS)装置在高速钢(W18Cr4V)和Si(100)基体上制备了具有TiN过渡层的BCN薄膜,用X射线衍射(XRD)仪和傅里叶红外光谱(FTIR)分析了薄膜的微观结构,用划痕仪测试了薄膜的结合力,用显微硬度计和销盘式摩擦磨损实验仪测试了薄膜的硬度和摩擦学性能。结果表明:本实验条件下制备的具有Ti N过渡层的BCN薄膜的硬度为23 GPa,薄膜与GCr15钢球对磨的摩擦系数为0.3,具有TiN过渡层的BCN薄膜的结合力和摩擦学性能较BCN单层薄膜有明显提高。     

TiN/AlN复合材料的等离子烧结

采用等离子技术,在1600℃的温度和50 MPa的压力、不同保温时间的条件下实现TiN/AlN纳米复合粉的快速烧结。随着保温时间的延长,材料致密性有所改善,在保温15 min后获得最大密度,HRA=93,ρ=4.346 g/cm~3;随后由于颗粒的长大密度有所下降。XRD分析主相为TiN,局部温度过高导致氮缺位,晶格常数增大,衍射峰较烧结前略有左偏;次相为AlN,但由于在烧结过程中存在应力,其衍射峰较烧结前略有右偏,同时在烧结过程中有轻微氧化现象生成AlON相。用SEM分析了试样断口形貌,主要呈现沿晶断裂。     

氮气流量对反应磁控溅射TiN薄膜微结构与力学性能的影响

利用磁控溅射镀膜技术分别在硬质合金YG6X和单晶Si片表面制备TiN薄膜,分析N2流量对薄膜相组成、表面形貌、显微硬度和膜基结合力的影响。结果表明,N2流量对薄膜的微结构以及力学性能具有重要影响。随着N2流量的降低,TiN薄膜表面孔洞和台阶明显减少,表面平整度得到明显改善;薄膜的物相组成在N2流量为0.2sccm时为TiN和TiN0.61两相;N2流量的变化改变了薄膜表面的能量状态,因此,降低N2流量导致TiN薄膜的生长取向由(200)面向(111)面转变。同时,N2流量为2.4 sccm时TiN薄膜的膜基结合力最高,此时TiN薄膜也具有最高的显微硬度。     

反应磁控溅射碳化铪薄膜的微结构与力学性能

为满足不同加工方式和加工条件下刀具对涂层的特殊要求,获得硬度高和耐摩擦性能优异的刀具涂层,采用反应磁控溅射方法制备了一系列不同碳含量的碳化铪薄膜。利用EDX,XRD,SEM,AFM和微力学探针表征了薄膜的微结构和力学性能,研究了C2H2分压(Ar和C2H2混合气体)对薄膜成分、相组成、微结构以及硬度和弹性模量的影响。结果表明,反应磁控溅射可以方便地制备碳化铪薄膜,但是,只有在C2H2分压为混合气体总压约3.0%附近很窄的范围内才可获得高硬度和高弹性模量的单相碳化铪薄膜,其最高硬度和弹性模量分别为27.9 GPa和255 GPa;低C2H2分压下所得薄膜由金属Hf和HfC两相组成,硬度较低;而过高的C2H2分压将导致薄膜形成非晶态,其硬度和弹性模量亦随之降低。     

TiN/CrN多层薄膜微观结构与力学性能的研究

近些年来,TiN/CrN多层薄膜由于其优良的力学性能被广泛应用于表面防护,提高零部件性能和使用寿命等方面。为了研究TiN/CrN多层薄膜微观结构与力学性能的关系,本文采用磁控溅射技术制备了TiN、CrN单层薄膜和三种不同调制周期的TiN/CrN多层薄膜。通过原子力显微镜和X射线衍射分析了膜的表面形貌和相结构。使用纳米压痕仪测试薄膜的硬度和压入塑性,曲率法测定薄膜的残余应力。结果表明,TiN/CrN的多层薄膜是由TiN和Cr2N两相组成,随着调制周期的增大TiN层与CrN层之间的界面区域变小,界面平滑且明显。力学性能方面,多层薄膜的硬度和压入塑性比单层膜好,并且多层薄膜随调制周期的减小硬度和压入塑性越大,残余应力随周期性的增加而逐渐增大。综上可见,TiN/CrN多层薄膜的力学性能的改善取决于界面区域的大小和形貌,即调制周期,该结论与Hall–Petch理论相吻合。     

Microstructure,Mechanical, and Tribological Properties of CNx Thin Films Prepared by Reactive Magnetron Sputtering

The microstructure,mechanical,and tribological properties of the carbon nitride(CN_x) thin films with different nitrogen contents deposited on high-speed steel substrates by reactive magnetron sputtering were studied.CN_x films with nitrogen contents from 10.7 to 28.2 at.%had an amorphous structure composing of the carbon bonds of sp~2C-C,sp~2C-N,and sp~3C-N.The TiN inter-layer cause the adhesion of CN_x films enhancement.The more nitrogen concentration led to larger film hardness and friction coefficient against GCr15 steel balls,but the wear rates decreased.     

直流磁控溅射法在玻璃基片上制备TiN薄膜

采用直流反应磁控溅射法在玻璃片上制备了TiN薄膜,研究不同制备工艺条件与薄膜性能之间的关系。用紫外-可见光分光光度计测试了不同沉积时间和N2流量条件下TiN薄膜透光率;用X射线衍射仪分析了不同N2流量和溅射功率条件下TiN薄膜结构;用扫描电镜(SEM)观察了TiN薄膜的表面腐蚀形貌,用恒电位仪对TiN薄膜的耐腐蚀性进行了分析。结果表明:当沉积时间为2min,N2流量为15mL/min时,在可见光区有较高的透光率,在近红外区的透光率很低;当N2流量为15mL/min,溅射功率为4kW时,TiN薄膜的结晶最致密;当溅射功率为4kW时,TiN薄膜具有较好的耐腐蚀性。     

Effects of Al Content on Microstructure and Mechanical Property of CrAlN Coating Synthesized by Reactive Magnetron Sputtering

A series of CrAlN coatings with different Al content were synthesized on high-speed steel(M2)substrate by reactive direct current(DC)magnetron sputtering.The influences of Al content on the microstructure and mechanical property of CrAlN coatings were studied by scanning electron microscopy(SEM),X-ray diffraction(XRD),energy dispersive spectrum(EDS)and nano-indentation techniques,respectively.The results indicate that the coatings exhibit only fcc c-CrN phase when Al content is less than 65 at%,and fcc c-CrN and c-AlN phases when Al content is 78 at%.The coating with Al content of 60 at%exhibits high hardness and elastic modulus.The maximum hardness and elastic modulus values could reach 36.8 GPa and 459.5 GPa,respectively.     

反应磁控溅射TiN/AlON纳米多层膜的微结构与显微硬度

采用Ti靶和Al2O3靶在Ar、 N2混合气氛中进行反应磁控溅射的方法,制备了一系列不同AlON层厚度的TiN/AlON纳米多层膜,利用EDS、XRD、HRTEM和微力学探针研究了AlON的形成条件以及AlON调制层厚的改变对多层膜生长方式和显微硬度的影响.结果表明,在Ar、N2混合气氛中对Al2O3进行溅射,N原子会部分取代Al2O3中的O原子,形成非晶态的AlON化合物.在TiN/AION纳米多层膜中,由于TiN晶体层的模板效应,AlON层在厚度小于0.6 nm时被强制晶化并与TiN形成共格外延生长结构,多层膜显示出最高硬度达40.5 Gpa的超硬效应;进一步增加AlON的层厚,其生长模式由晶态向非晶态转变,破坏了多层膜的共格外延生长结构,多层膜的硬度随之降低.     

溅射技术对TiN涂层结构和力学性能的影响

目的 沉积条件对Ti N涂层的组织结构和力学性能有着至关重要的影响,而溅射技术又决定了涂层的沉积条件,探究不同溅射技术对Ti N涂层的微观组织结构和性能的影响,提高Ti N涂层的力学性能和高温摩擦磨损性能。方法 采用不同的溅射技术(dcMS、Hi PMS、Hybrid)在M2高速钢表面沉积Ti N涂层,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、sin²ψ法、纳米压痕仪、洛氏压痕法、划痕法和CSM球盘式摩擦试验机分别测试了Ti N涂层的组织结构特征、沉积速率、残余应力、纳米硬度、膜基结合力和高温摩擦磨损性能。结果 不同溅射技术制备的Ti N涂层均为柱状晶结构和Ti N (111)择优取向。HiPIMS-TiN涂层具有最高的纳米硬度(29.7GPa)和最低的膜基结合力(HF2),而Hybrid-TiN涂层呈现出最小的残余应力、高沉积速率和高膜基结合力,其膜基结合力达到HF1级,临界载荷(Lc2)达到82.5 N。不同溅射技术制备的Ti N涂层的摩擦因数均随着温度的升高而降低,在500℃时,Ti N涂层的摩擦因数约为0.53。Ti N涂层的磨损率随着温度的升...     

磁控溅射ZrAlCuN薄膜的微观组织与力学性能

采用磁控溅射技术制备不同原子比的ZrAlCuN薄膜。采用场发射扫描电镜(FESEM)观察截面形貌,高分辨透射电镜分析微观组织结构,纳米压入法测定薄膜的硬度,压入法(维氏压头)测定薄膜的韧性。结果表明:Zr0.36Al0.15Cu0.01N0.48薄膜截面呈纳米尺度柱状晶,沿沉积方向生长,仅存在[111]、[200]、[220]、[311]取向的5~10nm ZrN晶粒,未发现AlN及Cu独立相,硬度约41.7GPa(载荷10mN),弹性模量约257.8GPa。Zr0.29Al0.24Cu0.08N0.39薄膜呈纳米尺度柱状晶,存在10~20nm ZrN纳米晶以及Cu[111]纳米晶,硬度约27GPa(载荷10mN),弹性模量约225.8GPa。由于前者具备较高的硬度/弹性模量比,从而表现出较好的韧性。