多弧-磁控溅射法制备Ti-Si-N纳米复合涂层及涂层的结构和力学性能

用内外靶配置的多弧-磁控溅射技术在单晶硅和硬质合金上制备Ti-Si-N纳米复合涂层,研究衬底偏压和Si靶溅射电流对涂层结构和力学性能的影响,经过实验参数优化,在偏压为-150 V、Si靶电流为15 A的沉积条件下,得到Si的原子分数为6.3%的Ti-Si-N纳米复合涂层。X射线衍射、X射线光电子能谱和透射电镜分析表明,涂层中含有晶态TiN和非晶Si3N4,纳米尺寸的TiN颗粒镶嵌在非晶Si3N4基体结构中。纳米硬度计测试表明涂层的显微硬度为40 GPa,摩擦学实验表明其摩擦因数为0.89,可满足Ti-Si-N纳米复合涂层的工业化应用要求。     

N_2气压对CrWN涂层结构及性能影响

采用电弧离子镀技术制备CrWN涂层,研究沉积N_2气压对CrWN涂层的微观结构、形貌、沉积速率、硬度及摩擦学性能的影响。利用SEM,XRD和XPS检测/表征CrWN涂层的晶体结构、形貌及成分;利用硬度计、磨损仪和轮廓仪分别测试CrWN涂层的硬度、摩擦因数及磨损率。结果表明,CrWN涂层为面心立方结构,随着沉积N_2气压的升高,CrWN涂层的(111)和(200)衍射峰强度明显增强,涂层表面大颗粒数量和尺寸逐渐减小,沉积速率最高1.13mm/h;当N_2气压由0.5 Pa升高到1.0 Pa时,CrWN涂层的显微硬度(HV)由1 900增大到2 010,随着N_2气压进一步升高,CrWN涂层硬度有所降低;CrWN涂层平均摩擦因数稳定在0.5左右,在N_2气压2.0 Pa时磨损率达到最大值5.4×10~(-7)mm~3/(N·m),明显低于Cr N涂层的摩擦因数0.7和磨损率6.7×10~(-7)mm~3/(N·m)。     

离子源辅助中频磁控溅射法在活塞环表面沉积CrN涂层

用热丝弧光放电离子源辅助的中频磁控溅射装置在单晶硅和渗氮钢质活塞环上沉积CrN涂层,并用X射线衍射、原子力显微镜和电子显微镜测量涂层的微结构,用显微硬度计和球盘式摩擦磨损仪测量涂层的硬度和摩擦性能。与常规的中频磁控溅射法相比,采用离子源辅助磁控溅射法制备CrN涂层的沉积速率提高30%以上,达到4.0μm/h。在靶基距为90 mm,氮气分压比为0.14的优化条件下,沉积在活塞环上的CrN涂层结构为CrN(200)取向,涂层厚度达到25μm,硬度高达17.85 GPa,平均摩擦因数为0.48。     

溅射偏压对TC17合金涂层生长的影响研究

SiC纤维增强钛基复合材料(SiCf/Ti)具有优良的力学性能,是航空领域重要的高温结构材料;高质量的先驱丝(带金属涂层的SiC纤维)是研制复合材料的关键,而这主要受溅射工艺的影响。本文采用磁控溅射法沉积TC17合金涂层,研究了沉积过程中溅射偏压对涂层生长情况的影响规律,通过X射线衍射(XRD)、俄歇电子(AES)、扫描电镜(SEM)、表面轮廓仪和纳米压痕仪分别对涂层的晶体结构、成分、微观形貌、应力、弹性模量及硬度进行了分析。结果表明溅射偏压对合金涂层应力影响显著,随着负偏压的增大,涂层应力由张应力向压应力转变;由于压应力有利于涂层与纤维的结合,因此在高偏压下涂层与纤维的结合情况较好且生长致密;而偏压对涂层组成物相和弹性模量的影响较小;涂层硬度随负偏压的增大总体呈现增大的趋势。     

B的原子分数对化学气相沉积TiBN涂层摩擦性能的影响

采用化学气相沉积(CVD)方法在硬质合金刀片上制备了三种B的原子分数分别为10.1%,26.8%,52.0%的TiBN涂层,系统地研究了B的原子分数对于涂层形貌、力学性能和摩擦性能的影响。X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱仪(XPS)检测结果表明,在B的原子分数低时,涂层以TiN相为主,伴有六方TiB₂相和非晶BN相。随着B的原子分数的上升,TiN相减少,涂层以TiB₂相为主,涂层断口也由无定形转变为柱状晶。B的原子分数的增加也对涂层硬度和摩擦性能有着明显的影响,三种涂层的硬度分别为37.8±1.6,39.7±0.8和41.7±2.9 GPa,摩擦系数也从0.511增加到0.705。B的原子分数达到52%的涂层因为其高硬度而有着最好的耐磨性,涂层磨损率为最低的49.4×10^?8 mm³/(N·m),是几种成分中力学性能与摩擦性能最好的涂层。     

Ti-B-N涂层的制备、结构及性能研究

通过改变N2气流量、沉积偏压等参数,采用高功率脉冲磁控溅射沉积技术制备Ti-B-N涂层,研究N掺杂含量对涂层相结构、力学性能及导电性能的影响及作用.结果表明:研究所制备出的Ti-B-N涂层相结构均由fcc-TiN、a-BN组成.N极易与B结合得到软质、脆性a-BN,导致涂层的力学性能较差,硬度下降至～17 GPa.随着...     

TC4钛合金表面WSi_2/W_5Si_3复合涂层制备及性能研究

利用磁控溅射(PVD)、化学气相沉积(CVD)以及热扩散渗硅方法在TC4钛合金表面制备WSi_2/W5Si_3复合涂层。采用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪对复合涂层的结构、组织形貌以及微区化学成分进行分析;对复合涂层显微硬度、附着力以及耐磨性进行测试。结果表明:WSi_2/W5Si_3复合涂层的WSi_2层和W_5Si_3层厚度分别为20、56μm,显微硬度平均值分别为10.70和8.32 GPa; WSi_2/W_5Si_3复合涂层与基体结合力为171.6 N; WSi_2/W5Si_3复合涂层表面摩擦因数为0.75,磨损率为1.184×10~(-6)mm~3·mm~(-1)。在TC4钛合金表面制备的WSi_2/W_5Si_3复合涂层结构均匀致密,与基体结合良好。     

氮气含量对射频磁控溅射法制备的AlN薄膜微观结构与力学性能的影响

用Ar气和N2气分别作为溅射气体和反应气体,采用射频反应磁控溅射法,通过调节工作气体(Ar气与N2气的混合气体)中N2的含量(体积分数)φ(N2),在硅(100)衬底上制备一系列六方结构AlN多晶薄膜,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和纳米压痕仪等对薄膜特性进行测试与分析。结果表明,φ(N2)对AlN薄膜的择优取向、结晶性、沉积速率与力学性能的影响都十分显著,对薄膜的微观结构和表面粗糙度也有一定影响:随φ(N2)增大,薄膜的厚度和沉积速率逐渐减小,结晶性也发生显著变化;较高的φ(N2)有利于AlN薄膜沿(002)晶面择优生长;φ(N2)对AlN薄膜的硬度影响较大,而对弹性模量影响较小。实验制备的AlN薄膜具有良好的纳米力学性能,硬度平均值在12.0~29.3 GPa之间,弹性模量平均值在184.0~209.8 GPa之间。     

大气等离子喷涂WC-12Co涂层的组织结构与性能研究

采用大气等离子喷涂(APS)方法在45钢基体上制备了WC-12Co涂层。用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对涂层的微观形貌和成分进行了分析;采用显微硬度计和万能试验机分别测定了涂层的显微硬度和结合强度;并用SRV-Ⅳ摩擦磨损试验机测试了涂层的摩擦磨损性能。结果表明:WC-12Co涂层组织均匀致密,在喷涂过程中仅少量的WC发生了氧化分解,生成W_2C和Co_3W_3C相。涂层力学性能优异,结合强度平均值为50.63 MPa,涂层表面平均硬度为85.7 HR15N,截面平均显微硬度为1 053.8 HV0.3。相对于304不锈钢,等离子喷涂WC-12Co涂层具有十分优良的耐磨损性能,在室温(25℃)至300℃范围内,WC-12Co涂层的磨损机制为磨粒磨损。     

沉积温度对SiC涂层微观结构及组成的影响

利用MTS-H2-Ar体系，用化学气相沉积法（CVD）在SiC基体材料表面沉积SiC涂层。用X射线衍射仪和扫描电镜分析涂层的晶体结构和表面形貌。研究温度对涂层的物相组成、微观结构和沉积速率的影响。结果表明：在1100～1400℃范围内，沉积产物均为单一的β-SiC结晶相；随温度升高，SiC晶粒尺寸增大，1400℃时择优生长由（110）晶面转变为（220）晶面；涂层形貌对温度十分敏感，在1200℃温度下沉积的涂层最为致密，且具有最大沉积速率，是制备SiC涂层的最佳温度。