硬质合金表面硬质薄膜的制备和性能分析

利用热阴极离子镀技术改变主弧电流,控制镀膜时间等参数,在硬质合金基体上制备了TiN薄膜;利用XRD、自动划痕仪、SEM和显微硬度计对所制备的样品进行了结构分析和性能检测.结果表明,生成的膜层是单一的TiN薄膜,所得膜层晶体是细小的柱状晶,膜基结合力最小77N,最大可达98N,显微硬度最高可达HV2757.     

TiN薄膜的制备及其纳米力学性能研究

采用磁控溅射工艺制备了TiN薄膜,借助X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)和纳米压痕仪(nano-indentation)等,研究了薄膜的相结构、表面微观形貌、纳米硬度、弹性模量等,讨论了薄膜制备工艺参数,如基体温度、溅射功率、基体负偏压等的影响.结果表明,Ti N薄膜为多晶态,溅射功率、基体负偏压和基体温度等条件对薄膜的形貌、结构及纳米硬度、弹性模量等的影响比较复杂.     

MoS2/Zr复合薄膜的制备工艺研究

采用中频磁控溅射及多弧离子镀相结合的复合镀膜工艺,在硬质合金YT14基体上制备了MoS2/Zr复合薄膜.采用扫描电子显微镜(SEM)考察了复合薄膜表面及截面的形貌,利用能谱分析(EDX)薄膜的成分组成.研究了沉积温度、基体负偏压及Zr电流等沉积工艺参数对复合薄膜的结合力、显微硬度、厚度等性能的影响.结果表明:沉积工艺参数对MoS2/Zr复合薄膜的性能影响很大,合理选择沉积工艺参数能够明显提高和改善复合薄膜的性能,并分析了沉积参数对性能的影响机理.在本实验条件下,最佳沉积工艺参数为:沉积温度200 ℃,基体偏压180 V,Zr电流30 A,制备的MoS2/Zr复合薄膜结构致密,其结合力约为60 N,厚度约为2.4 μm,显微硬度约为HV900.     

偏压对磁控溅射Cr-N薄膜组织及性能影响

采用磁控溅射离子镀制备Cr-N薄膜,研究基体偏压对Cr-N薄膜组织结构和性能的影响。分别用辉光放电光电子谱(GDOES)、场发射扫描电镜(FESEM)和X射线衍射(XRD)分析薄膜成分和组织结构,显微硬度计测量薄膜硬度。结果表明,薄膜为非化学计量比的Cr-N薄膜,N/Cr原子比均小于0.25,薄膜主要以Cr的衍射峰为主。在偏压达到60 V后薄膜显示了较高的硬度(25 GPa),其归因于离子轰击导致的薄膜的致密度的提高。偏压超过60 V后,致密度达到饱和,硬度增加不明显。     

超薄纳米薄膜的划痕硬度评价方法及应用

纳米压痕是一种常用的薄膜硬度评价方法.然而,当薄膜厚度10 nm时,该方法难以去除基体对薄膜硬度的影响,因而无法获得薄膜自身的硬度,限制了纳米结构与硬度之间关系的认知,阻碍了超薄纳米结构薄膜的应用.本研究提出一种基于纳米压痕硬度标定下的纳米划痕硬度评价方法,并将其应用于纳米结构碳膜的硬度研究.首先,利用自行设计搭建的纳米刻划装置,通过对比碳膜在纳米划痕和纳米压痕方法下的残余变形深度,分析不受基体影响的临界薄膜厚度,得到纳米划痕深度不受基体影响的临界薄膜厚度.其次,采用压头形状等效接触模型,利用划痕的残余顶角、宽度和深度,通过计算压头前端的接触压力分布得到硅基体的纳米划痕硬度,与纳米压痕硬度标定结果一致.最后,将纳米划痕硬度方法应用在电子回旋共振等离子体溅射方法制备的3种不同纳米结构碳膜上,得到交联结构碳膜和非晶碳膜的硬度分别约为19. 1 GPa和14. 6 GPa,高于硅基体11. 2 GPa的硬度,而石墨烯嵌入式碳膜的硬度约为2. 7GPa.分析不同纳米结构碳膜的刻划机理表明,在sp2含量较高的纳米结构碳膜中,sp3含量并不是决定碳膜力学特性的唯一因素,小尺度、多石墨烯层间交联结构能够有效增加层间的剪切强度,薄膜展现出较好的耐刻划特性.研究结果有助于进一步拓展纳米划痕方法的应用,也为不同纳米结构碳膜的应用提供了理论基础.     

磁控溅射CrAlSiN硬质膜层的高温抗氧化性能

采用磁控溅射方法在硬质合金表面制备CrAlSiN硬质薄膜,基于薄膜硬度、模量和相结构等关键本征特性优化制备工艺参数并对薄膜进行大气热处理;通过扫描电镜及能谱仪、X射线衍射仪、纳米压痕仪、激光共聚焦显微镜和蔡司金相显微镜等研究薄膜的抗氧化性能及热稳定性能。结果表明,当Si含量为8.06at.%时,薄膜的平均硬度和弹性模量值分别达到26.62GPa和446.78GPa.大气热处理700℃时薄膜表面出现Cr的氧化物相并伴生裂纹;800℃时Cr_2O_3衍射峰减弱,裂纹密集且发现基体氧化物;900℃时出现了Cr_3O_4和Al_2O_3相,薄膜显著开裂并加速氧化;1000℃时氧化物相结构趋于单一化,薄膜彻底失效。     

直流和射频反应溅射CoTiO_2薄膜研究

通过直流对靶反应溅射和射频反应溅射工艺制备了系列磁性金属Co掺杂TiO2薄膜样品.通过原子力显微镜和磁力显微镜研究掺杂样品的结构,利用振动样品磁强计研究系列样品的磁性能,对比不同反应溅射方法制备薄膜的性质和结构.经研究发现,射频溅射法制备的样品表面致密程度优于直流溅射法,薄膜表面十分光滑,结构致密,饱和磁化强度略强,薄膜磁性的方向各向异性明显.     

基体粗糙度和硬度对TiAlCN附着力的影响

在不同粗糙度和硬度的GCr15轴承钢基体上,利用多弧离子镀技术低温(175℃)沉积TiAlCN涂层.利用扫描电子显微镜(SEM)、AFM、EPMA、XRD和附着力测试仪等研究了薄膜形貌和性质.结果表明:基体越平整,制备的涂层表面也就越平整;薄膜附着力随着表面粗糙度的增大而减小,在基体粗糙度为0.01μm时,薄膜附着力达到最大值42.8N;基体硬度越高,膜/基附着力越大,在基体硬度为835HV0.01时,附着力达到最大值31.2N;在涂层中,发现了晶体结构为fcc-TiN结构,衍射图中没有AlN相出现,这是TiN相优于AlN相而形成的缘故.     

脉冲激光沉积AlN薄膜的工艺优化与机械性能

采用脉冲激光沉积(PLD)方法在单晶Si衬底上制备AlN薄膜.利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对薄膜的形貌和微观结构进行了分析;采用显微硬度仪、球-盘式磨损试验机和涂层自动划痕仪测试了薄膜的机械性能.通过正交实验,分析了工艺参数与AlN薄膜硬度之间的关系,得出沉积气压是对薄膜硬度影响大的因素,并研究了沉积气压对AlN薄膜表面形貌、微观结构、沉积速率、硬度、结合力和摩擦性能的影响.实验结果表明:所制备的薄膜均为非晶结构,随着沉积气压的上升,薄膜沉积速率降低,薄膜表面粗糙度降低,摩擦系数变小,当气压由0.1Pa增加到1Pa时,薄膜的硬度和耐磨性提高,但是随着气压进一步增大,其硬度和耐磨性下降.     

a-C基底对WS_x薄膜组织结构及摩擦学性能的影响

采用磁控溅射法在不同气压下溅射石墨靶制备多种a-C基体并在其上沉积WS_x薄膜.采用扫描电镜、能谱仪、原子力显微镜、X射线衍射仪、Raman光谱仪和X射线光电子能谱对薄膜的形貌、成分、组织结构和元素价态等进行了表征.采用纳米压痕仪、划痕仪和球盘式摩擦磨损试验机对薄膜的硬度、结合力和摩擦学性能进行了测试.结果表明:a-C基底上WS_x薄膜呈微晶或非晶结构,a-C沉积气压1.0Pa时WS_2薄膜出现(101)晶面衍射峰.随着a-C基底沉积气压的升高,WS_x薄膜表面先逐渐致密,后略有下降,n_s/n_w比呈下降趋势,显著低于硅基底WS_x薄膜,WS_x薄膜的硬度在6~8.5GPa之间.在大气环境下,基底沉积气压为0.6Pa的WS_x的摩擦系数最低,耐磨性最差.     

Ni-P-纳米TiO2化学复合镀层的制备

采用化学复合镀在40CrNi钢基体上制备Ni-P-纳米TiO2复合镀层,研究了乳酸,柠檬酸、乙酸钠以及表面活性剂对镀层的沉积速度和显微硬度的影响,并通过正交试验,优化了工艺参数。结果表明:当乳酸的体积分数为3%、柠檬酸的质量浓度为25 g/L、乙酸钠的质量浓度为20 g/L、表面活性剂为阴离子型时,镀层具有优良的性能,镀速达到了11.55μm/h,镀层镀态显微硬度为550 HV。     

The effect of unbalanced coefficient of magnetron on the structure and properties of CN<Subscript><Emphasis Type="Italic">x</Emphasis></Subscript> coatings

The effect of unbalanced coefficient of magnetron (UCM) on the structure and tribological properties of CrNx hard coatings was studied.The CrNx coatings were deposited on both Si wafer and hardened tool steel substrates using a closed-field unbalanced magnetron sputtering ion plating technique in a gas mixture of Ar+N2 under different unbalanced magnetron conditions.The coatings were characterized by means of XRD,XPS,SEM,microhardness tester and pin-on-disc tribometer to study respectively their structure,chemical bonding state,microstructure,hardness and tribological properties.The experimental results show that the UCM has a profound effect on the structure,hardness and tribological properties of the CrNx coatings.With increasing the values of UCM,the dominant phases in the deposited coatings evolved from Cr+Cr2N to Cr2N+CrN,the microstructure became denser and the hardness increased;in addition,reduced coefficient of friction and improved wear resistance of CrNx coatings were also observed under a larger UCM.     

高速钢表面PN＋PVD复合处理工艺和性能研究

采用多弧离子镀设备,在高速钢W18Cr4V上先进行等离子氮化,再沉积TiN薄膜,研究了不同渗氮温度和时间对PN＋TiN薄膜组织和性能的影响。结果表明,温度为500℃左右和时间为2h以上条件下对W18Cr4V进行渗氮处理后再沉积TiN薄膜,可以得到最佳的薄膜表面显微硬度（1800～2000HV0.05）和膜／基结合力（50N）,涂层耐磨性也得到明显提高。     

超微金刚石对Ni-P化学复合镀层性能的影响

为改善Ni-P化学镀层的性能,采用化学复合镀的方法在镀层中添加了爆轰合成超微金刚石(Ul-trafine Diamond,UFD).研究了复合镀层的形成机理及镀液中UFD含量对复合镀层显微硬度及耐磨性的影响规律.实验用UFD众数粒径为114.6 nm.镀层显微硬度采用国产71型显微硬度仪进行检测,耐磨性采用国产MM200型磨损试验机进行检测.结果表明:随着镀液中UFD的加入,Ni-P合金粒子会以UFD颗粒为核心形成硬度较高的"包覆球"."包覆球"沉积到镀件表面形成复合镀层.复合镀层的显微硬度及耐磨性均随镀液中UFD含量的不同呈规律性变化.与Ni-P化学镀层相比,当镀液中UFD含量为0.8 g/L时,复合镀层显微硬度可提高0.6倍;当镀液中UFD含量为1.0 g/L时,复合镀层耐磨性可提高4.8倍.     

非平衡磁控溅射掺Cr类石墨镀层的结构分析

采用非平衡磁控溅射离子镀技术,通过调节Cr靶的溅射功率。在单晶硅基片上沉积制备了一系列不同Cr含量的类石墨（Cr—GLC）镀层样品。利用Raman光谱仪、X射线光电子能谱（XPS）、透射电子电镜（TEM）、显微硬度计分析了Cr—GLC的微观结构和显微硬度。结果表明,利用非平衡磁控溅射得到的Cr—GLC镀层,随Cr含量的增高,硬度逐渐降低并趋于稳定。当Cr含量小于4％时,Cr只以单质非晶态分布于非晶GLC中,Cr的掺杂降低了内应力;当Cr含量超过49／6后,还有CrC。纳米晶存在于非晶态的GLC中;镀层由C、Cr和CrC。纳米晶粒组成非晶纯构,     

纳米SiO2颗粒镍基复合刷镀层组织与磨损特性

应用电刷镀技术制备含有纳米SiO2的镍基复合镀层,测试了该镀层的显微硬度和摩擦磨损性能,分析了纳米陶瓷颗粒沉积量对镀层摩擦磨损性能的影响,研究了复合镀层表面形貌、陶瓷颗粒分布的特点．试验结果表明,纳米陶瓷颗粒复合镀层比快镍镀层具有更高的显微硬度和良好的耐磨性．     

新型真空蒸镀设备的研制

阐述了一种自行研制的大型真空蒸镀设备的结构、特点及镀膜过程,此设备镀室容量大,适用性强,并具有独特的旋转式蒸发电极,可使镀层更均匀的沉积到镀件上,提高了产品的蒸镀质量.     

Ni—P-纳米TiO2化学复合镀层的制备

采用化学复合镀在40CrNi钢基体上制备Ni—P-纳米TiO2复合镀层,研究了乳酸,柠檬酸、乙酸钠以及表面活性剂对镀层的沉积速度和显微硬度的影响,并通过正交试验,优化了工艺参数。结果表明：当乳酸的体积分数为3％、柠檬酸的质量浓度为25g/L、乙酸钠的质量浓度为20g／L、表面活性剂为阴离子型时,镀层具有优良的性能,镀速达到了11．55μm／h,镀层镀态显微硬度为550HV。     

直流磁过滤电弧源沉积氧化钛薄膜的光学特性

为了探索电弧源离子镀技术制备的氧化钛薄膜的透射率、消光系数和折射率,利用直流磁过滤电弧源在K9玻璃基底上制备了氧化钛薄膜,通过分光光度计和椭偏仪对薄膜的透射率、折射率和消光系数等光学特性和沉积速率进行分析研究.研究结果表明：波长在400～700nm之间,氧化钛薄膜的折射率为2.3389～2.1189;消光系数在10-3数量级上,消光系数小,薄膜吸收小,薄膜峰值透射率接近K9基底的透射率;沉积时间30min,薄膜的厚度是678.2nm,电弧源离子镀技术沉积氧化钛薄膜的平均速率为22.6nm/min.     

复合刷镀Ni-ZrO2工艺与性能研究

复合刷镀Ni-ZrO2镀层具有优良的高温性能。对Ni-ZrO2复合刷镀工艺中刷镀电压和电流密度，刷镀电压与镀层显微硬度的关系进行了研究。镀层的显微硬度、耐热性等性能进行了测试。对镀液中粒子合量对镀层中粒子合量的影响，以及时效热处理对硬度的影响进行了分析。对复合刷镀的沉积机理和镀后强化机理进行了探讨。