多弧离子镀制备的CrTiAlN涂层的结构和摩擦学性能

用自行设计的多靶阴极电弧离子镀系统在单晶硅和硬质合金衬底上沉积CrTiAlN硬质涂层,用X射线衍射、X射线光电子能谱和扫描电镜系统研究衬底偏压和N2气分压对CrTiAlN涂层结构、形貌和摩擦学性能的影响。结果表明CrTiAlN涂层为面心立方CrN和TiAlN的复合涂层。衬底偏压、N2气分压对涂层的表面形貌、显微硬度和抗磨损性能有较大影响,在氮气分压为5.0 Pa、衬底偏压为-200 V的优化条件下,得到表面光滑的CrTiAlN涂层,涂层硬度为29 GPa,涂层对氮化硅摩擦副的摩擦因数为0.37,沉积速率3.8μm/h。     

TiCN基陶瓷刀具表面TiAlN涂层的制备及其性能研究

利用离子辅助增强磁控溅射与蒸发镀二元组合源设备在TiCN基陶瓷刀具表面制备TiAlN涂层;为提高膜基结合力,采用蒸发镀技术预先沉积一层CrN/Cr过渡层。利用X射线衍射仪、维氏显微硬度计、洛式硬度计、摩擦磨损试验仪等设备,系统分析了CrN/Cr过渡层对涂层微观结构、显微硬度、膜基结合力及耐磨损性能的影响。结果表明,CrN/Cr过渡层的存在,使膜基结合力和涂层耐磨损性能得到大幅度提高。     

CrN与Cr-C-N涂层在海水环境下的微观结构及摩擦学性能

采用离子镀技术在硅片基体上对CrN涂层进行碳元素掺杂得到Cr-C-N三元复合涂层,利用扫描电镜(SEM)、电子能谱(EDS)、X射线光电子能谱仪(XRD)等对其涂层组织形貌及成分进行表征,用摩擦磨损试验仪及电化学工作站测试涂层的磨损及电化学性能。结果表明:对CrN涂层进行碳元素掺杂可得到Cr-C-N三元复合涂层,Cr-C-N中的C元素以硬质碳化物Cr7C3的形式在晶界区域偏聚形成"富碳"骨架网络,力学性能与耐海水腐蚀性能均有明显提升,同时涂层表面也因碳化物偏聚出现微区硬度差异较大的现象,承受载荷时应力不连续状态导致其摩擦因数较CrN涂层有小幅升高,但在大载荷高速滑动时表现出较低的磨损率。     

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)。     

纳米晶Ti-Si-N超硬复合涂层的研究进展

本文对纳米晶Ti—Si—N超硬涂层材料国内外研究进展进行了系统的回顾，着重分析了制备方法（等离子增强化学气相沉积，等离子辅助化学气相沉积，直流磁控溅射和射频磁控溅射等）、工艺参数（沉积温度，进气比）和硅含量对Ti-Si-N微观结构、硬度、抗氧化性、耐腐蚀性和耐磨性的影响。在合适的工艺条件下，能获得硬度最高的纳米TiN晶体镶嵌在非晶态的Si3N4基体上的复合涂层（nc—TiN／a—Si3N4）。该涂层有良好的性能并将得到广泛的应用。     

Al靶溅射功率对CrAlN涂层组织结构及摩擦性能的影响

为探寻Al靶功率对CrAlN涂层性能的直接影响, 利用直流反应磁控溅射的方法在304不锈钢基体上沉积CrAlN涂层, 并研究不同Al靶功率对CrAlN涂层组织结构与摩擦性能的影响.采用SEM、XRD、AFM、往复摩擦磨损试验机、显微硬度计、三维轮廓仪对试样的物相组成、表面形貌、摩擦磨损性能、硬度和磨痕形貌进行表征.结果表明:随着Al靶功率的增加, CrAlN涂层的晶粒尺寸呈现轻微的先增大后减小的规律, Al靶功率为180 W时的晶粒尺寸最小; 随着Al靶功率的增加, 显微硬度、平均沉积速率呈现先增大后减小的规律而磨痕深度、平均体积磨损率呈现出相反的变化趋势.经综合比较, Al靶功率为150 W时CrAlN涂层的综合性能较优.      

不同过渡层对CrCN涂层性能的影响

利用多弧离子镀技术,以乙炔和氮气为反应气体,在316 L不锈钢和单晶硅基体上设计3种不同的过渡层（无过渡层,Cr,CrN）制备CrCN涂层,通过X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、纳米压痕仪、CSM划痕测试仪和UMT-3多功能摩擦磨损试验机等对3种涂层的微观结构、力学性能和摩擦学性能进行表征.结果表明： CrCN,Cr/CrCN及CrN/CrCN涂层的平均表面粗糙度分别为77.3 nm,74.5 nm及68.1 nm,整体表现出递减的趋势.CrCN,Cr/CrCN及CrN/CrCN涂层的结合力和硬度分别为20.5 N,43 N,61 N及17.4 GPa,21.4 GPa,24.1 GPa.较之于单层CrCN涂层, CrN/CrCN复合涂层的硬度及结合力提高最为显著,并对CrCN涂层起到强有力的支撑作用,从而在大气、去离子水、海水环境下表现出较低的摩擦系数及磨损率.     

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。     

CrCN涂层在不同沉积温度下的摩擦学性能研究

利用多弧离子镀技术,在乙炔和氮气环境下,设定不同沉积温度(150℃、250℃、350℃、450℃),在316L不锈钢及单晶硅片上沉积CrCN涂层,通过XRD、XPS、SEM、纳米压痕仪和UMT-3多功能摩擦磨损试验机等涂层的微观结构、力学性能和摩擦学性能进行表征.结果表明:随着沉积温度的升高,CrCN涂层的硬度和模量呈现出递增的趋势,在沉积温度为450℃时达到最高,分别为24 GPa和354 GPa;摩擦系数和磨损率则呈现出先递减后递增的趋势,在沉积温度为350℃时达到最低,摩擦系数在大气和水环境下分别为0.38和0.23,磨损率在大气和水环境下则分别为1.717 1×10-6mm3/N·m和9.529 7×10-7mm3/N·m.同时,涂层在水环境中的摩擦系数和磨损率均低于大气环境中,说明水分子在摩擦过程中起到了较好的润滑作用.     

镍基合金微粒PVD法表面涂铬研究

本文研究了用直流磁控溅射技术在75－150μm的镍基合金微粒表面包覆10μm左右的金属铬涂层的方法，讨论了工艺的影响和涂层的性能，指出利用直流磁控溅射技术可在镍基合金微粒表面获得均匀，完整的厚铬涂层，微粒的预处理和后处理对涂层的附着性有重要影响。