TiN、AIN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。     

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.     

离子渗氮对TiN薄膜组织与性能的影响

为进一步提高TiN膜层的性能,对其进行了离子渗氮处理。利用XRD分析、SEM观察、硬度试验和摩擦磨损试验对TiN薄膜离子渗氮前后的组织与性能进行了分析。结果表明,离子渗氮后,膜层物相主要为TiN,出现晶格畸变、择优取向生长现象,表面得到净化更平整,硬度、耐磨性得到较大提高。     

空心阴极与多弧离子镀TiN涂层高速钢摩擦磨损特性的比较研究

本文用空心阴极和多弧离子镀方法在高速钢基体材料上制备了TiN靠层，研究评价了其摩擦磨损性能，并与刀具切削性能进行对比．结果表明：TiN涂层的摩擦磨损性能优于基体材料．从摩擦磨损机制上探讨了经TiN涂层的高速钢刀具比非涂层的刀具使用寿命明显延长，加工质量明显提高的原因。     

高温下TiN涂层的摩擦与磨损行为

采用阴极离子镀方法在YT14硬质合金刀具表面制备了Ti N涂层,用高温摩擦磨损试验机考察Ti N涂层在500℃高温下摩擦-磨损行为。通过扫描电镜观察涂层表面-界面形貌和高温磨损后表面形貌,用XRD分析了Ti N涂层物相变化,并用EDS能谱仪对结合界面进行线扫描分析和磨痕进行面扫描分析,同时用工具显微镜观察了表面犁沟形貌,对Ti N涂层500℃下磨损机理进行探讨。结果表明,Ti N涂层在500℃磨损后发生高温氧化,Ti N涂层表面磨痕处主要以Ti O2为主,这些氧化层起到了润滑减摩的作用,适合于高速切削与干式切削;在5 N载荷作用下,Ti N涂层的摩擦系数平均值为0.7116;在高温下Ti N涂层表现为氧化磨损,同时伴随着一定的磨粒磨损和黏着磨损。     

超硬薄膜性能试验研究

应用ＨＣＤ法在Ｃｒ１２ＭｏＶ试件上镀制了超硬ＴｉＮ膜层，并进行了与特定冲压拉深凹模工作条件相同或相近的磨损、摩擦和硬度测定试验，分析了膜层的显微结构和界面上原子的扩散状态，取得了一些重要的工艺数据和结论，为超硬薄膜在锻造、冲压模具中的应用做了一些基础性工作。     

调制周期对TiN/TiAlN多层薄膜微观结构和摩擦性能的影响

采用电弧离子镀方法制备了TiN/TiAlN多层薄膜,研究了调制周期对薄膜多层结构和摩擦磨损性能的影响。结果表明:在相同的沉积时间内,随调制周期的增加,多层薄膜的层数减少,每一层的厚度增加,层与层之间的区分更加清晰。摩擦磨损测试结果表明:由于多层薄膜的调制结构,引起薄膜对磨层的变化,当多层薄膜的调制周期为54 nm时,多层薄膜的摩擦系数最小;当调制周期为112 nm时,多层薄膜的摩擦系数最高;当调制周期为164 nm时,多层薄膜的磨痕宽度最小。在摩擦磨损过程中,GCr15钢球的磨损面一直处于快速磨损阶段,对磨痕能谱线扫描结果发现磨屑的主要成分是Fe和FeOx。     

激光表面织构氮化钛薄膜的摩擦磨损性能

采用磁控溅射法制备了TiN薄膜,研究了其与激光表面织构的摩擦学协同效应,并基于磨损表面分析,探讨了其减摩抗磨机理。结果表明：TiN薄膜与表面织构具有优异的协同抗磨作用,但减摩作用不明显。织构化TiN薄膜的磨损率相对于原始TiN薄膜降低约20%。表面织构因“机械捕捉效应”和“微存储效应”降低TiN薄膜磨损表面的物质损失,磨损机理为氧化磨损和磨粒磨损。     

深振荡磁控溅射复合沉积CrN/TiN超晶格薄膜的结构和性能研究

本文分别采用深振荡磁控溅射(Deep Oscillation Magnetron Sputtering, DOMS)复合脉冲直流磁控溅射(Pulsed dc Magnetron Sputtering, PDCMS)技术和单一的PDCMS技术,沉积厚度为2 mm、调制周期为6.3 nm的CrN/TiN超晶格薄膜。利用XRD、SEM和TEM表征薄膜的结构。利用纳米压痕仪、划痕仪和空气电阻炉分别测试薄膜的力学性能、结合力和热稳定性。利用球-盘式摩擦磨损试验机测试薄膜的摩擦学性能。利用阳极极化实验测试薄膜在3.5 wt.% NaCl溶液中腐蚀性能。研究表明,与单一的PDCMS技术相比,DOMS+PDCMS复合技术显著改善了CrN/TiN超晶格薄膜结构,薄膜具有更优异的力学、持久的耐磨减摩和抗腐蚀综合性能。     

Ni-P-SiC(纳米)复合镀层的滑动磨损特性

利用化学镀方法制备了Ni-P-SiC(纳米)复合镀层,研究了镀液中纳米SiC微粒含量对复合镀层硬度的影响,在MPX-2000型摩擦磨损试验机上进行了复合镀层与45钢配对的滑动磨损试验,用扫描电镜观察了磨损面的形貌.结果表明,镀层中纳米SiC微粒的存在使复合镀层的硬度显著提高,为1000～1100 HV0.025,退火处理后硬度可达到1650 HV0.025.200～400 N负荷下的摩擦系数基本保持稳定,而磨损质量损失随载荷的增加而小幅增加.与微米SiC复合镀层相比,纳米复合镀层的耐磨性也有明显改善,其磨损机理主要为轻微擦伤.     

CrSiN纳米复合薄膜的摩擦学性能

采用中频非平衡反应磁控溅射技术在单晶硅P(111)基材上制备了CrSiN纳米复合薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、Kevex能谱仪(EDX)、高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)和纳米压痕仪对薄膜的相结构、化学成分组成和力学性能进行了测试分析。利用球-盘式摩擦磨损试验机(UMT-2)考察了薄膜和GCr15钢球对磨的摩擦学性能并采用扫描电镜(SEM)观察磨痕形貌。结果表明:CrN薄膜中Si元素的掺杂改变了薄膜晶体结构,所制备的CrSiN复合薄膜为多相复合结构,即nc-CrN/aSi3N4所组成的纳米晶/非晶复合结构。CrSiN纳米复合薄膜的力学性能均优于CrN薄膜,其硬度均高于CrN薄膜的硬度,其中Si原子数分数为12.6%时薄膜的硬度达到最大,对应纳米晶/非晶复合强化。CrSiN纳米复合薄膜的摩擦因数低于CrN薄膜,具有很好的抗磨损性能,并具有一定的润滑作用。     

不同黏度合成油下CrN/TiN多层薄膜的摩擦学特性研究

目的 探究在不同黏度合成酯润滑油的作用下,CrN/TiN多层薄膜的摩擦学性能及协同润滑机制。方法 选用聚α烯烃(PAO)与三羟甲基丙烷辛癸酸酯(TME)复配,得到不同黏度梯度的合成油。利用全自动黏度测定仪、倾点测试仪、开口闪点测定器和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)分别对合成油的运动黏度(40、100 ℃)、倾点、闪点和表面官能团进行表征。利用反应磁控溅射技术在316不锈钢和单晶硅片基底表面制备CrN/TiN多层薄膜。采用X射线衍射仪和FIB-TEM表征手段对薄膜的微观结构进行分析,并用纳米压痕仪和划痕仪测试了薄膜的力学性能。利用球–盘式摩擦试验机表征薄膜在干摩擦和油润滑条件下的摩擦学性能,利用XPS对摩擦实验后的磨痕元素价态进行表征。结果 CrN/TiN薄膜具有典型的面心立方结构(FCC)、异质多层结构,且其硬度可达32.2 GPa。在干摩擦条件下,与裸316基体相比,经表面镀制CrN/TiN薄膜后平均摩擦因数由0.95降至0.71,磨损深度由25.0 μm降至16.8 μm。在合成油作用下,316不锈钢-GCr15钢球(钢–钢摩擦副)、CrN/TiN多层薄膜-GCr15钢球(CrN/TiN多层薄膜–钢摩擦副)2种摩擦配副的摩擦因数和磨损率随着合成油黏度的增加均呈现降低趋势,且在同一黏度条件下薄膜试样的磨损率更低。结论 CrN/TiN多层薄膜在PAO与TME复配获得的一系列不同黏度合成油的作用下,随着合成油黏度的增加,薄膜的磨损率和磨损深度逐渐下降,其减摩抗磨性能得到显著提升。通过磨痕表面的XPS分析可知,合成油中极性的酯基吸附在滑动界面,增强了油膜的承载性能,从而减缓了对偶间的摩擦阻力。     

类金刚石碳膜的摩擦学性能及摩擦机制

类金刚石碳膜作为低摩擦系数的固体润滑耐磨层越来越受到重视,但其摩擦学行为强烈地依赖于试验条件和膜的本质,而膜的本质又依赖于制备工艺。本文概述了不同工艺方法制备的类金刚石碳膜的摩擦学性能,介绍了气氛、湿度、载荷及滑动速度等试验条件对其摩擦学行为的影响,对提出的不同摩擦机理进行了总结和讨论。     

金属和陶瓷配副件条件下TiN薄膜的摩擦学特性

多弧离子镀TiN薄膜具有广泛的应用.采用多弧离子镀技术在不锈钢衬底表面沉积了TiN薄膜.用显微硬度计测试了TiN薄膜的硬度,用往复球-盘式摩擦磨损试验机评价了在GCr15和Si3N4两种不同配副件及空气中干摩擦条件下TiN薄膜的摩擦学性能,用表面轮廓仪测试了磨痕处的磨痕轮廓,用配有能谱仪(EDS)的扫描电镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)观察和测试了磨痕形貌和磨痕处主要化学元素组成,用金相显微镜观察了配副件磨损表面形貌.结果表明:在不同配副件条件下,TiN薄膜的摩擦因数随速度和载荷的增加均出现了降低的趋势.而在相同速度和载荷下,以GCr15为配副件时TiN薄膜的摩擦因数小于以Si3N4为配副件时的摩擦因数.以Si3N4为配副件时TiN薄膜主要表现为磨粒磨损.以GCr15为配副件时TiN薄膜几乎没有磨损,而配副件GCr15主要表现为磨粒与粘着磨损.     

低温磁控溅射与普通多弧离子镀TiN薄膜的摩擦学性能比较

采用低温磁控溅射和普通多弧离子镀分别在冷作模具钢基体上制备了TiN薄膜，用纳米压痕法测量了薄膜的表面硬度，并比较了低温磁控溅射与普通多弧离子镀TiN薄膜的摩擦学性能。试验表明，低温磁控溅射TiN薄膜具有与普通多弧离子镀TiN薄膜相近的表面硬度，在多种试验条件下，低温磁控溅射TiN薄膜都有较好的摩擦学性能，摩擦副的磨损率低，摩擦因数小且变化平稳，磨损表面光滑。     

Corrosion Behaviour of TiN/a-C Superhard Nanocomposite Coatings Prepared by a Reactive DC Magnetron Sputtering Process

Nanocomposite coatings of TiN/a-C were prepared on tool steel substrates using a multitarget reactive DC magnetron sputtering process at various TiN layer thicknesses (0.6-2.8 nm). The a-C layer thickness was approximately 0.45 nm. Structural characterisation of the coatings was done by X-ray diffraction (XRD). Incorporation of an a-C phase in TiN matrix reduced crystallite size of the coatings, as revealed by XRD and atomic force microscopy. XRD data showed that the nanocomposite coatings exhibited {111} texture and the average crystallite size was ca. 7.5-9.0 nm. Nanoindentation data showed that 1.5 μm thick nanocomposite coatings exhibited a maximum hardness of 5100 kg mm^?2. The potentiody-namic polarisation of 1.5 μm thick coatings in 0.5 M HCl solution indicated that the nanocomposite coalings exhibited superior corrosion protection of the tool steel substrate as compared to the single layer TiN coatings of similar thicknesses. Enhancement in the corrosion behaviour of the nanocomposite coatings has been attributed to small crystallite size and dense microstructure. Potentiodynamic polarisation studies conducted on ca. 100 nm thick nanocomposite coatings revealed that for a given a-C layer thickness the corrosion current decreased with a decrease in TiN layer thickness. This was supported by scanning electron microscopy (SEM) studies on the corroded samples. The SEM micrographs showed that density and diameter of the corrosion pits were smaller for nanocomposite coatings as compared to single layer TiN coatings of similar thicknesses.     

电弧离子镀TiN薄膜中的缺陷及其形成原因*

分析了电弧离子镀（ALP）TiN薄膜中的主要缺陷-熔滴、孔洞和疏松等。结果表明：这些缺陷存在于晶内、晶界或者贯穿于整个薄膜；缺陷的存在极大地影响了薄膜的性能；缺陷密度与镀膜方法及具体的工艺参数有密切关系；使用磁过滤器镀制薄膜可显著减少上述缺陷，从而提高薄膜的各种性能。认为使用磁过滤器镀制TiN及其各种复合或多层薄膜是一种切实有效的方法，是今后制备高性能TiN及其复合膜的发展方向，另外，缩短脉冲电弧在高值时的时间，用人工来减少薄膜缺陷也是一种行之有效的方法。     

基体温度对反应共溅射TiN/Ni纳米复合膜结构和耐蚀性的影响

为研究基体温度对纳米复合膜结构和耐蚀性的影响,以Ti和Ni为靶材,利用反应磁控共溅射技术在100~400℃温度下沉积了Ti N/Ni纳米复合膜,采用XRD、XPS、AFM、FESEM/EDS、电化学技术和划痕试验表征研究复合膜的微结构、耐蚀性和膜基结合力。结果表明:该膜含有面心立方的Ti N和Ni相,其择优取向由低温时的Ti N(111)面转变为高温时的Ti N(200)面。随温度增加,复合膜晶粒尺寸和均方根表面粗糙度先减小后增大,并在温度200℃时达最小。复合膜的界面结合力随温度增加先增大后下降,在300℃时达最大。复合膜具有优异的耐蚀性,其中300℃沉积的膜层腐蚀电流密度最小,较304不锈钢基体约小1个数量级。增加Ni含量有利于提高复合膜的耐蚀性。Ti N/Ni纳米复合膜的腐蚀形式为薄膜的局部脱落,穿膜针孔等结构缺陷是引起Ti N/Ni纳米复合膜腐蚀失效的根本原因。     

钛合金表面磁控溅射与多弧离子镀TiN膜的摩擦学性能比较

分别采用磁控溅射（MS）和多弧离子镀（MAIP）技术在TC4钛合金表面制备了TiN膜层，采用划痕仪、显微硬度计和多冲试验机评价了两种方法制备膜层的膜基结合强度及承受静态和动态载荷的能力。采用球一盘磨损试验机评价了膜层的摩擦学性能，利用扫描电镜（SEM）分析了磨痕形态特征，利用轮廓仪测量了磨损体积。结果表明：磁控溅射和多弧离子镀TiN膜层均能显著提高钛合金表面的硬度和承载能力；磁控溅射TiN膜层致密、光滑，有良好的减摩作用，但由于膜层承载能力低和膜基结合强度较差，摩擦因数随磨损行程呈增大变化趋势；多弧离子镀TiN膜层结合强度高，膜层厚，承载能力强，韧性好，同时硬质TiN膜层表面分布的Ti颗粒起到了润滑作用，因而耐磨性能优于磁控溅射TiN膜层。     

TiN/Ag涂层在真空环境下的摩擦学行为

目的 银具有低的剪切强度,可以降低涂层的摩擦磨损,在TiN硬质涂层中引入软金属Ag,以期拓展其在摩擦学领域的应用范围.方法 采用多弧离子镀沉积技术,在SUS304不锈钢基底上成功制备了TiN/Ag复合涂层.利用扫描电子显微镜、纳米压痕仪、RST3划痕仪,分析了TiN/Ag涂层的微观结构和机械性能.利用CSM(大气)和H...