高能量密度脉冲等离子体制备高硬耐磨TiN涂层

用高能量密度脉冲等离子体于室温下在硬质合金刀具上成功淀积了高硬耐磨TiN涂层．实验结果表明，涂层与基体有强的结合力，纳米划痕实验临界载荷达90mN以上；TiN涂层具有很高的硬度和Young’s模量，分别达27和450GPa以上．涂层刀具切削实验表明，刀具可用于硬度高达HRC58-62的CrVVMn钢切削，且磨损量较低，寿命长．     

IN718合金表面脉冲直流PCVD法制备TiN涂层的高温耐冲蚀性能

以N2、TiCl4、H2气体为原料,利用脉冲直流等离子体化学气相沉积技术(Pulsed-DCPCVD)在IN718合金表面制备TiN涂层,研究涂层的微观结构及相组成,并进一步表征了涂层样品在400℃下的耐冲蚀性能。结果表明,脉冲直流PCVD法制备的涂层主要由TiN相和少量的TiO2相和Ti2N相组成,随着脉冲时间的延长,TiN涂层的致密度提高,但厚度均匀性变差。以脉冲/直流交替工艺方法制备的TiN涂层在400℃下具有较好的耐冲蚀性能。     

α-Al_2O_3层厚度对TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN涂层抗氧化性能的影响

为获得抗氧化性能更为优越的TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN复合涂层,本文采用中温化学气相沉积(MT-CVD)在WC-Co硬质合金基体表面沉积不同厚度α-Al_2O_3层的TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN多层涂层,并在1 000℃下对涂层试样进行氧化实验。通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等手段研究α-Al_2O_3层厚度对TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN涂层抗氧化性能的影响,确定可显著提高涂层抗氧化性能的α-Al_2O_3层厚度,同时探索涂层的抗氧化机理。结果表明:随着α-Al_2O_3层厚度的增加,TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN多层涂层试样氧化后质量增量减少,涂层氧化增厚降低。当α-Al_2O_3层厚度为6.5μm时,TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN涂层的抗氧化性能显著提高。随着涂层厚度的增加,涂层阻止O向涂层内部扩散及Al、Ti向外部涂层扩散能力增强,抗氧化性能更优越。     

不锈钢表面TiN、TiO_2涂层化学气相沉积制备及抑焦性能研究

为抑制不锈钢材料表面催化结焦,采用常压化学气相沉积法,实现了在10 mm×10 mm×0.9 mm的310S型不锈钢试样表面TiN和TiO_2涂层沉积,沉积温度为850℃,时间为2.5 h。通过SEM、EDS和XRD分析了涂层的形貌特征和组织结构,结果显示,TiN和TiO_2涂层表面均匀完整,粒子结合紧密;氮化钛为立方晶相结构,Ti和N原子比约为1:1,氧化钛的组成为TiO_(1.7)。分别以正己烷、环己烷、苯和RP-3为原料,采用自制的常压裂解装置对2种涂层的抑焦效果进行了评价,结果表明,TiN涂层对4种原料的结焦抑制率分别为99.91%,86.19%,72.36%和94.68%,而TiO_2涂层则为83.39%,85.77%,57.78%和68.57%,TiN涂层具有更优的抑焦性能;310S空白片表面以丝状焦为主,TiN和TiO_2涂层表面以吸附气相结焦为主。     

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。     

化学气相沉积硬质合金TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN多层涂层的抗氧化性能

对化学气相沉积(CVD)法制备的硬质合金TiN/TiCN/Al2O3/TiN多层涂层试样在600~950℃温度范围内进行了氧化质量增加试验,采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析试样氧化前后相组成及微观组织。结果表明:复合涂层最外层为α-Al2O3时,涂层具有最佳的抗氧化能力;增加TiN/TiCN/κ-Al2O3/TiN复合涂层中TiCN和κ-Al2O3的厚度能大大提高涂层高温抗氧化性。TiN和TiCN涂层经600℃以上氧化后,产物均为金红石结构的TiO2,氧化后TiN/TiCN间的界面消失;经900℃以上氧化时,κ-Al2O3转变为α-Al2O3。     

淀积TiN薄膜的热力学研究

应用胺基钛源可以降低CVD反应温度,并导出反应机理,指出淀积TiN的热力学可行性条件为P_(H2)=101325Pa,T=360±50℃.     

TiN/TiCN/Al2O3/TiN与TiN/TiCN/Al2O3/TiCNO多层涂层的组织性能比较

目的对比TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN和TiN/TiCN/Al_2O_3/TiCNO两种多层涂层的组织性能。方法采用化学气相沉积(CVD)技术在硬质合金基体上沉积TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN和TiN/TiCN/Al_2O_3/TiCNO两种多层涂层。通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析涂层的物相和组织形貌,采用纳米力学测试系统测试涂层顶层的硬度和弹性模量,利用显微维氏硬度计和划痕仪分别测量涂层的显微硬度和结合强度,利用往复式多功能摩擦磨损试验机研究涂层的摩擦磨损性能。结果顶层TiN晶粒为柱状晶,顶层TiCNO晶粒呈细针状。与顶层TiN相比,顶层TiCNO硬度更大,抗塑性变形能力更强。与以TiN为顶层的多层涂层相比,以TiCNO为顶层的多层涂层表面粗糙度、摩擦系数较大,结合强度较低。当磨损只发生在顶层时,耐磨性取决于顶层涂层的性能,TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN的磨损体积和磨损率为TiN/TiCN/Al_2O_3/TiCNO的1.2倍。当磨损进行到顶层与Al_2O_3层界面时,结合强度对耐磨性也有重要影响,TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN的磨损体积和磨损率是TiN/TiCN/Al_2O_3/TiCNO的82%。结论与TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN相比,TiN/TiCN/Al_2O_3/TiCNO的顶层TiCNO硬度较大,抗塑性变形能力强,其顶层耐磨性较好。改善TiN/TiCN/Al_2O_3/TiCNO多层涂层表面粗糙度和结合强度将进一步提高该涂层的摩擦磨损性能。     

PVD涂层刀具高速铣削CoCrMo合金的性能研究

目的为了提高涂层硬质合金刀具的切削性能,研究了物理气相沉积PVD法制备的涂层硬质合金铣刀在高速干式环境下的铣削性能。方法采用阴极电弧技术制备了TiN、TiAlN以及TiAlSiN涂层硬质合金铣刀刀头,通过一同沉积涂层的硬质合金圆片,间接测量得出涂层的显微硬度、厚度和平均摩擦系数,并以CoCrMo合金为切削对象,进行了PVD涂层与无涂层刀具高速铣削下的对比试验。结果TiAlSiN显微硬度最高达3800HV,摩擦系数达0.3,TiAlN涂层平均膜厚为2μm,间接测得TiN、TiAlN以及TiAlSiN涂层的结合力依次为60、58、42N。在三者的切削性能中,TiAlSiN涂层的切削性能比TiAlN和TiN涂层的好,同等切削参数时,TiN刀具的高速铣削时间最短,TiAlSiN涂层的平均磨损值为0.1895,TiN的平均磨损值为0.3047。结论涂层中添加Al、Si,极大地提高了刀具的使用性能,改善了刀具切削过程中的耐磨性、红硬性,极大地延长了刀具的使用寿命。TiAlSiN涂层的硬度高,耐磨损性好,切削性能好,适合高速铣削加工。     

表面改性技术的开发现状

泡沫经济崩溃，企业纷纷从新领域中撤退，但表面改性技术领域却仍保持坚挺．表面改性技术范围，从改性层的厚度看，有从数微米薄膜的化学气相促积（CVD）、物理气相淀积（PVD）到数毫米～10mm厚膜的溅射、堆焊．从技术覆盖的领域看，除半导体、电和磁特性、光学特性外，还有以机械、化学性能为目的的领域，以耐磨、耐蚀、耐热、抗高温氧化等为主的保护功能等．现就薄膜涂层及扩散渗透法最近的开发现状作一概述．1薄膜涂层耐磨硬质固耐磨涂层有TIN涂层，主要用于切削工具、冲头、金属模、刃具等，膜厚imp～3mp采用热CVD、PVD制膜，硬度…     

PECVD沉积TiN及其应用

本文介绍了辉光放电等离子体增强气相沉积(PECVD)TiN的设备研制、工艺特点及影响因素。试验结果表明,PECVD克服了CVD、PVD的某些缺点,沉积温度降到650℃以下,TiN涂层的硬度高达HV1800以上,耐磨、耐腐蚀、耐高温氧化,沉积速率快,涂层均匀致密。实际应用效果良好。     

PVD氮化钛涂层刀具切削性能的试验研究

采用电弧离子镀涂层工艺,制备了TiN涂层高速钢钻头和TiN涂层硬质合金铣刀,检测了TiN涂层的膜层性能,并进行了有TiN涂层和无涂层刀具的切削对比试验。结果表明,有TiN涂层的高速钢钻头使用寿命是无涂层钻头的5～7倍,有TiN涂层硬质合金铣刀的使用寿命是无涂层铣刀的3～11倍。     

TiCN,TiAlN,TiAlCN涂层研究现状

TiAlCN等硬质涂层能提高金属工件的表面硬度、耐磨性及抗腐蚀性,从而有效提高高速旋转条件下服役的刀具、磨具及汽车零部件的精密度和使用寿命。综述了TiN添加Al、C元素形成的TiCN、TiAlN及TiAlCN涂层的结构及应用,总结了添加元素Al、C对涂层结构及性能的影响及其作用机理。归纳了近几年TiCN、TiAlN及TiAlCN涂层的制备方法,包括直流磁控溅射法(DCMS)、高功率脉冲磁控溅射法(HiPIMS)、中温化学气相沉积法(MTCVD)和激光化学气相沉积法(LCVD)等,并对多元TiN涂层的未来发展方向进行了展望。     

TiN、Al2O3涂层对燃料裂解结焦的抑制效果研究

为抑制镍基不锈钢油道本身对吸热型碳氢燃料裂解的金属催化结焦积碳作用,采用化学气相沉积法在Ф3 mmφ0.5 mm,800 mm长的3128型不锈钢基体管道内表面分别沉积了TiN和Al2O3涂层,沉积温度分别为950和1050℃,沉积时间为3 h。通过SEM、EDS和XRD分析了涂层的形貌特征和组织结构。SEM结果表明,CVD法制备的TiN、Al2O3涂层结构均匀致密;EDS结果显示,实验制得的氮化钛涂层的组成为非化学计量比的TiN0.67,氧化铝涂层的Al和O原子比为1:3;XRD结果表明,实验所得到的TiN为立方晶相结构,Al2O3为惰性的α-Al2O3。以二甲苯为原料采用自制的超临界裂解装置对TiN、Al2O3涂层的钝化效果进行了评价。二甲苯超临界裂解实验结果表明,TiN涂层钝化效果不明显,而Al2O3涂层的钝化效果十分显著,达到2倍的钝化效果。     

等离子体沉积TiN涂层的组织特性

本文研究了将TiCl_4,N_2,H_2混合气体在钢和玻璃等基体表面进行等离子体辅助化学气相沉积的TiN涂层。结果表明:TiN涂层的密度和晶性受射频放电功率密度的影响;且X射线衍射显示,随着射频放电功率密度的增加而增强薄膜的(200)取向;用扫描电镜观察薄膜显示此时的TiN薄膜的粒状组织更加致密。随着射频放电功率密度的增加,涂层显微硬度增加到最大值后下降,这种影响可归结于薄膜中氯化物含量;当氯化物含量最低时,显微硬度最大。     

TiN/MT-TiCN/Al2O3/ZrCN多层涂层的摩擦磨损性能

采用化学气相沉积(CVD)技术在硬质合金表面沉积TiN/MT-TiCN/Al2O3/ZrCN多层涂层,并对其进行微喷砂处理.采用扫描电镜(SEM)表征涂层的组织结构,利用显微硬度计、纳米压痕仪、划痕测试仪和往复式摩擦磨损实验机(UMT-3)测试涂层的硬度、结合强度和摩擦磨损性能,并与TiN/MT-TiCN/Al2O3/TiOCN涂层进行比较.结果 表明:TiN/MT-TiCN/Al2O3/ZrCN涂层的磨损机理主要包括磨粒磨损、粘着磨损、氧化磨损和疲劳磨损.相比于摩擦1h,TiN/MT-TiCN/Al2O3/ZrCN涂层摩擦2h,剥落增多,且磨粒磨损、粘着磨损和疲劳磨损加剧,磨损率增加了33.3％;摩擦3h,涂层磨粒磨损、粘着磨损和疲劳磨损进一步加剧,但剥落减轻,磨损率较摩擦2h略有降低.摩擦1h,TiN/MT-TiCN/Al2O3/ZrCN涂层的摩擦系数(0.33)比TiN/MT-TiCN/Al2O3/TiOCN涂层(0.39)低;尽管TiN/MT-TiCN/Al2O3/ZrCN涂层韧性好,疲劳磨损较轻,但磨粒磨损严重,且存在明显剥落,磨损率高,耐磨性较差.     

等离子化学气相沉积 TiN 涂层的组织与性能研究

本文用透射电镜和 X 光衍射仪揭示了等离子化学气相沉积(以下简称等离子沉积法)TiN 涂层的物相及超细晶粒、位错、孪晶、择优取向等微观结构,并对该涂层的性能进行了比较试验。     

内表面等离子体增强化学气相沉积TiN涂层研究

介绍了一种新型等离子体增强化学气相沉积内表面复合处理系统.利用此系统沉积TiN涂层的结果表明,φ100 mm×1000 mm 316不锈钢管内表面沉积涂层相对均匀,且具有较好的表面特性和机械特性.     

PVD技术在冷挤压模具中的应用

本文阐述了应用气相沉积技术,在高速钠和LD钢制的冷挤压模具上沉积TiN涂层并对涂层的晶体结构、显微组织、厚度、硬度和涂层与基体的结合力进行了测试和分析。应用该技术大大提高冷挤压模具的使用寿命,取得了明显的技术经济效益。     

反应等离子喷涂 TiN 涂层的研究进展

TiN具有硬度高、韧性好、摩擦系数小、化学性能稳定等优点,广泛应用于刀具、装饰、表面防护等领域。目前制备TiN涂层的方法有很多,如气相沉积、热喷涂、电镀等,反应等离子喷涂则是最常用的金属-陶瓷复合涂层制备方法。概述了反应等离子喷涂技术的基本原理和分类,包括反应等离子喷涂涂层的形成过程及工艺的优缺点。综述了反应等离子喷涂TiN涂层的喷涂工艺及性能的研究进展,包括涂层的制备方法(原位合成法、烧结破碎法)和性能特点,重点分析了涂层的力学性能、耐磨损性能、耐腐蚀性能,并提出了可以依靠热处理工艺或封孔技术来提高涂层的耐腐蚀性能。依据实验和查阅的文献,反应等离子喷涂结合了自蔓延高温合成技术和等离子喷涂技术,可以制备质量优良的厚TiN涂层(500μm),是一种新型的低成本涂层制备技术,但是反应等离子喷涂制备TiN涂层存在孔隙率较高(5%~10%)、结合强度较低(50 MPa)的问题。分别从技术、设备、工艺、后处理四个方面总结了改善涂层质量的相应措施,展望了今后的研究发展方向。