氮气辅助氙离子束增强沉积TiN薄膜及其机械性能

本文提出一个合成TiN硬质薄膜的新方法,在氮气氛中,电子束蒸发沉积Ti的同时,用40keV的氙离子束对其进行轰击而合成TiN薄膜,该方法优于PVD和CVD之处在于合成温度低,薄膜与基体结合力强,其临界载荷达4.2kg,Knoop硬度达2200kg/mm~2,具有良好的耐磨损性能,报道了所合成的TiN薄膜在工业上应用的一些结果。     

TiN薄膜制备方法、性能及其应用的研究进展

综述了TiN薄膜的制备方法及进展,介绍了物理气相沉积、化学气相沉积、等离子化学气相沉积及光化学气相沉积等各种TiN薄膜的制备方法,评述了各种制备工艺的优缺点.介绍了TiN薄膜在超硬耐磨、耐腐蚀等方面研究的新进展,最后对TiN薄膜的应用范围和领域作了展望.     

工艺参数对离子束辅助沉积TiN薄膜性能的影响

为进一步提高牙科材料的生物相容性、耐磨性和耐腐蚀性能,将离子束辅助沉积制备TiN纳米薄膜技术引入到铁铬钼牙科材料的研究中,在Fe-Cr-Mo合金基体上制备了TiN薄膜.测定了表面膜层的显微硬度,在模拟口腔环境的溶液中,采用电化学方法,对经不同工艺参数沉积TiN薄膜的牙科用Fe-Cr-Mo合金的耐蚀性进行测试,并以未进行表面镀膜的Fe-Cr-Mo合金为对照.结果表明:经TiN镀膜处理的Fe-Cr-Mo软磁合金硬度明显增加,在口腔环境中的耐腐蚀性较未经表面镀膜处理的有明显提高.工艺参数不同,硬度增加的程度不同,耐蚀性差别也较大,当氮气流量为1.5mL/min,溅射时间为4h时,得到的膜厚为2μm,此时TiN膜硬度最高,在口腔溶液中耐腐蚀性最好.     

离子束辅助沉积TiN膜的摩擦学特性

用ＸＰＳ，ＡＥＳ和ＸＲＤ分析厚约２μｍ离子束辅助沉积ＴｉＮ膜的成分和结构．实验表明：膜的表面成分主要是ＴｉＯ_２，膜内是轻微择优取向晶粒较细的ＴｉＮ．膜与衬底的界面存在混合区，用阶梯加载法测定润滑条件下ＧＣｒ１５钢与ＴｉＮ膜对磨时的临界载荷－速度关系．试验发现ＴｉＮ膜可显著扩大边界润滑区，承受较大载荷而不致发生擦伤．     

离子束辅助磁控溅射沉积TiN薄膜的研究

利用三离子束辅助沉积设备，以离子束辅助沉积、磁控溅射和离子束辅助磁控溅射几种工艺在GCr15基体上沉积TiN薄膜。实验结果表明：离子束辅助磁控溅射有效地提高了薄膜的硬度、耐磨性和耐蚀性，改善了膜基结合力。     

离子束增强沉积TiN薄膜界面结合强度的研究

利用划痕法测定了离子束增强沉积ＴｉＮ薄膜的界面结合力。结果表明，由于在离子束增强沉积过程中ＴｉＮ薄膜和基体之间生成一层厚约３０￣４０ｎｍ的过渡层，从而大大改善了涂层的界面结合强度，其临界载荷可达１４０Ｎ，为一般ＰＶＤ和ＣＶＤ方法所生成的ＴｉＮ膜的３￣４倍，并且发现它并不随膜厚的增加而变化。     

氧化工艺对真空电弧沉积TiN薄膜组织与性能的影响

研究了各种氧化工艺对真空电弧沉积TiN薄膜组织与性能的影响。结果表明，TiN薄膜在400℃于不同时间整体氧化时，表面Ti液滴和TiN相发生不同程度的氧化，转变成具有金红石型的TiO2薄膜，提高了膜层表面的致密性，而TiN薄膜的整体组织结构未发生较大改变。随着氧化时间的延长，在40min后硬度才略有下降，内应力下降，膜层的结合力提高，并具有较好的耐磨性能。     

离子束增强沉积TiN薄膜界面结合强度的研究

采用划痕法测定了离子束增强沉积ＴｉＮ薄膜的界面结合力。结果表明，由于在离子束增强沉积过程中ＴｉＮ薄膜和基体之间生成一层厚约３０～４０ｎｍ的过渡层，从而大大改善了涂层的界面结合强度，其临界载荷可达１４０Ｎ，为一般ＰＶＤ和ＣＶＤ方法所生成的ＴｉＮ膜的３～４倍，并且发现它并不随膜厚的增加而变化。     

激光化学气相沉积(LCVD)制取TiN薄膜

研究了在W18Cr4V高速钢基体上，用CO2连续激光诱导化学气相沉积TiN薄膜的工艺方法。激光功能600W，在H2、N2、TiCl4反应系统中沉积出TiN薄膜，薄膜的颜色呈金黄色，显微硬度为2500HV。     

IBED Si_3N_4和TiN薄膜的成份、结构与摩擦学性能

本文考察了工艺参数对离子束增强沉积（IBED）氮化硅、氮化钛薄膜的成分和微观组织的影响。测定了薄膜的硬度以及薄膜与基体之间结合力，分析了成分和结构与薄膜的硬度和结合力的关系。考察了在不同载荷和速度条件下St_3N_4、TiN薄膜和52100钢试样的摩擦系数和耐磨性。结果显示，与无膜的52100相比，IBEDSt_3N_4和IBEDTiN的耐磨性成倍提高。探讨了薄膜的磨损机理。     

SYNTHESIS OF TiN FILM WITH ION BEAM ENHANCED DEPOSITION AND ITS PROPERTIES

The TiN films were synthesized with an alternate process of depositing titanium from a E-gunevaporation source and 40 keV N~+ bombarding onto the target.It is shown from the composi-tion analysis and structure investigations using RBS,AES,TEM,XPS and X-ray diffractionspectrum that the formed fihns are mainly composed of TiN phase with grain size of 30—40nm and without preferred orientation,the nitrogen content in the film is much less than that incase without N~+ bombarding,and an intermixed region about 40 nm thick exists between thefilm and the substrate.The films exhibt high microhardness and low friction. ZHOU Jiankun,Ion Beam Laboratory,Shanghai Institute of Metallurgy,Academia Sinica,Shanghai 200050,China     

PREPARATION OF TiN FILMS BY N_2 ASSISTED Xe~+ ION BEAM ENHANCED DEPOSITION AND THEIR MECHANICAL PROPERTIES

A new method for preparation of hard TiN films has been developed by using electronbeam evaporation-deposition of Ti and bombardment with 40 keV Xe~+ ion beam ina N_2 gas environment.The synthesized TiN films were superior to PVD and CVDones in respects of improved adhesion to substrate and low preparing temperature.Theyexhibited good wear resistance and high hardness up to 2200 kg/mm~2.Some industrialapplications have been reported.     

离子束增强沉积合成氮化钛薄膜的计算机模拟SCIEI

本文建立了一个适用于描述离子束增强沉积(Ion Beam Enhanced Deposition,即IBED)过程的Monte-Carlo计算机模拟程序。程序由离子注入计算和蒸发沉积计算两大部分组成。离子注入计算以二体碰撞近似为基础,以随机固体为靶模型,对入射离子和所有反冲原子的力学运动进行跟踪。程序中考虑了沉积原子对靶室中某些残余气体分子的吸附;还表达了靶的组份及密度在IBED过程中的不断变化,从而实现了靶的动态化。该程序可以提供IBED薄膜组份的深度分布、界面混合以及能量沉积等信息。计算结果表明,在IBED氮化钛薄膜中,Ti沉积速率对薄膜组份有很大影响。当沉积速率较低时,薄膜组份基本与注入离子和沉积原子的到达率比(N/Ti)无关。膜与基体间的混合层厚度随离子原子到达率比(N/Ti)增加而增加。计算结果与实验测试结果符合很好。     

CH_4离子束增强沉积对TiC薄膜显微硬度的影响机制

研究了双离子束沉积ＴｉＣ薄膜的形成．离子束反应溅射膜的显微硬度比ＣＨ_４高子束增强沉积膜的显微硬度高．ＸＰＳ，ＴＥＭ和ＡＥＳ分析表明后者硬度低的一个重要原因是ＣＨ_４离子束轰击引入过量的自由碳原子．     

离子束增强沉积Si─N膜

用离子束增强沉积方法制备了ＳｉＮ薄膜，其中Ｓｉ由一束Ａｒ离子从Ｓｉ靶上溅射下来，在溅射沉积的同时，以一束Ｎ离子轰击正在沉积的膜层，于是获得了ＳｉＮ膜。采用卢瑟福背散射、红外光谱和透射电镜对膜层的成分和结构进行了分析，结果表明：膜面平整，膜层为非晶或微晶结构，由Ｓｉ和βＳｉ３Ｎ４组成     

离子束辅助沉积合成B—N薄膜的分析

用离子束辅助沉积(IBAD)技术合成氮化硼薄膜,红外吸收谱和透射电镜的观测结果显示,薄膜含有c—BN和h—BN相薄膜Knoop硬度值高达35GPa。逐层剥离的AES谱结果表明,薄膜表面存在氮离子的注入效应,薄膜由注入层、成分均匀层和离子束混合过渡层组成     

PREPARATION OF B-N FILMS BY ION BEAM ASSISTED DEPOSITION

BN films,synthesized by ion beam assisted deposition,were analysed by RBS,AES,IR spectra and TEM.Formatiom of c-BN phase was shown not only by IR spectra atabsorption peak of 1100 cm~(-1),but also by electron diffraction pattern.The results ofAES demonstrate an effect of N~+ implantation near the film surface.The deposited filmsconsist of three layers,i.e.,ion implantation layer,film layer and mixed intermediatelayer,according to the difference of concentration.The micro-Knoop hardness of the film is25—35 GPa.     

离子束辅助沉积Fe－N薄膜的相形成

用离子束辅助沉积方法合成Ｆｅ－Ｎ薄膜，用离子束背散射和Ｘ射线衍射方法分析薄膜成分和结构．结果表明，薄膜的组分（α－Ｆｅ，ζ－Ｆｅ２Ｎ，ε－Ｆｅ（２－３）Ｎ，γ＇－Ｆｅ４Ｎ相等）取决于沉积参数。给出了沉积温度和Ｎ／Ｆｅ原子到达比组成的相区域图．