氮氩比对多弧离子镀TiAlSiN薄膜形貌和性能的影响

为了改善模具钢表面质量,采用多弧离子镀技术在H13模具钢表面沉积TiAlSiN薄膜,采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等方法研究了不同氮氩比对薄膜表面形貌、硬度、结合力、耐腐蚀性能和抗氧化性的影响。结果表明：当氮氩比为8∶2时,薄膜表面颗粒堆积较少,光滑平整,致密性好,此时薄膜膜基结合力达到最大值20.4 N。随着氮氩比的升高,样品经过高温氧化后,增重百分比呈下降趋势,当氮氩比为8∶2时,增重百分比最低,具有最佳的高温抗氧化性能;并且此时薄膜的自腐蚀电流密度达到最小,为3.147×10^-5A/cm²,薄膜的耐腐蚀性能最优。     

多弧离子镀TiAlN薄膜的制备及其抗氧化性能

目前,关于氮氩比对TiAlN薄膜高温抗氧化性能影响的研究较少。采用多弧离子镀技术在M2高速钢上沉积TiAlN薄膜,利用SEM、XRD等方法研究氮氩流量比对薄膜组织结构、表面形貌和抗氧化性的影响。结果表明:TiAlN薄膜呈δ-TiN面心立方晶体结构;随着氮氩流量比的提高,薄膜表面熔滴数量显著下降,膜层表面更加平整光滑,相结构的择优取向发生改变,硬度先增大后趋于稳定,表面氧化物含量逐渐下降;当氮氩流量比为9∶1时,所得TiAlN薄膜在800℃氧化温度下,其表面会生成一层致密的Al_2O_3保护膜,有效阻止了薄膜被进一步氧化,具有良好的抗氧化性能。     

磁控溅射制备(Ti,Al,Cr)N硬质薄膜及其力学性能的研究

用反应磁控溅射的方法通过改变Cr靶溅射功率在不锈钢基体卜沉积不同Cr含量TiAlCrN薄膜.采用台阶仪测量薄膜厚度;采用纳米压痕仪测量薄膜的硬度、弹性模量和薄膜与基体的结合力.沉积的TiAlCrN薄膜随着Cr含量增加,薄膜硬度先增大,而后减小;TiAlCrN薄膜的第一临界载荷和第二临界载荷均随Cr含量增加而增大.     

氮流量对孪生靶磁控溅射沉积氮化铬薄膜性能的影响

采用中频孪生靶反应磁控溅射在金属镍基底上制备氮化铬薄膜。利用X射线衍射仪、显微硬度计、扫描电子显微镜、原子力显微镜、磨擦磨损试验仪和电化学工作站等系统研究了氮气流量(即氮/氩流量比)对薄膜的相结构、显微硬度、表面形貌、附着力、耐磨性和耐腐蚀性的影响。结果得到随氮/氩流量比的增加,CrN_x薄膜成分经历了一个由Cr→Cr+Cr N→Cr+Cr_2N+Cr N的演化过程,薄膜形貌由致密、球状颗粒向类长方体规则形状的面心结构转化;而薄膜的表面粗糙度则呈现出在低氮时稍微下降,高氮含量时又快速增加的趋势,在N_2/Ar流量比为23/53时,粗糙度达到最小;耐磨性、硬度都呈现随着氮流量的增加先上升后下降;薄膜耐腐蚀性能随氮的加入明显得到改善。综合性能分析认为,制备2.5μm厚的氮化铬薄膜时在N_2/Ar(流量比)为23/53较为合适。     

4Cr13不锈钢表面镀TiN薄膜组织结构及性能的研究

采用多弧离子镀技术在4Cr13不锈钢上沉积TiN薄膜,在其他参数不变的条件下,研究不同弧电流下薄膜的组织、结构及性能。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计、划痕仪和往复式摩擦磨损仪分别对薄膜进行表面形貌观察,物相分析,以及表面硬度、结合力、耐磨性检测。实验结果表明:弧电流对薄膜的表面形貌有明显的影响,随着弧电流的增大,薄膜表面的液滴数目和尺寸逐步增大;薄膜的相结构主要由TiN相组成,在(111)面有较强的择优取向,且随着弧电流的增大,衍射峰强度略有增加;随着弧电流的增大,薄膜的硬度先增大后减小,硬度值最大为2897HV;随着弧电流的增大,薄膜的结合力先增大后减小,当弧电流为105A时,薄膜的结合力最大,为75N;随着弧电流的增大,薄膜的摩擦系数先减小后增大,当弧电流为105A时,薄膜的耐磨性最好。     

氧化参数对锆合金表面原位薄膜性能的影响规律

通过高温氧化工艺原位形成氧化锆膜技术是提高生物医学植入用锆合金材料使用性能的有效手段。采用扫描电子显电镜(SEM)、表面硬度测试、X射线衍射(XRD)及球盘式摩擦试验等方法研究了氧化温度及保温时间对氧化锆膜性能的影响规律。结果表明:氧化温度与保温时间增加,均会使氧化薄膜厚度增加,其中氧化温度对氧化薄膜厚度影响更大;氧化薄膜中t-ZrO_2体积分数是影响氧化薄膜表面硬度的重要因素,当氧化温度为500℃时,随着保温时间增加,氧化薄膜t-ZrO_2体积分数相应增加,其表面硬度增大;而当氧化温度为550℃时,氧化薄膜的t-ZrO_2体积分数和表面硬度均先增加后降低;获得氧化薄膜厚度、硬度与摩擦性能综合性能最优的参数为氧化温度550℃,保温时间6 h。     

Ni-P过渡层厚度对不锈钢表面制备Ni/Ni-P/Ni-P-PTFE梯度涂层性能的影响

为了探究Ni-P过渡层厚度对不锈钢表面制备Ni-P-PTFE涂层的影响。采用电镀结合化学镀的方法,在不锈钢表面制备了Ni/Ni-P/Ni-P-PTFE三层结构梯度涂层。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪、纳米压痕仪、摩擦磨损试验机、划痕仪、接触角测试仪分别对梯度涂层的微观结构、机械性能、结合力、抗粘连性能进行表征和测试。结果发现,随着Ni-P过渡层沉积时间的增加,过渡层逐渐增厚,Ni-P-PTFE涂层中PTFE含量先下降后上升,硬度与结合力先上升后下降;在20 min时硬度、结合力分别达到最大值4.18 GPa和13.49 N;在25 min时,摩擦系数达到最小值0.17,Ni-P-PTFE层表面与水性、油性介质的接触角分别达到最大值101.1°和60.06°,此时Ni-P-PTFE涂层表现出优异的抗粘连性能。     

TC4合金表面磁控溅射W-Al-N复合膜的摩擦磨损和高温抗氧化性能

目前,在WN中加入Al制备多元复合膜的研究国内外报道较少。通过射频磁控溅射法,以不同Al靶功率在Si(100)和TC4合金上制备了不同Al含量的W-Al-N复合膜。采用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、纳米压痕仪(CSM)、摩擦磨损试验机、高温氧化试验研究了W-Al-N复合膜的微结构、力学性能、摩擦磨损性能及高温抗氧化性能。结果表明:随着Al含量的增加,W-Al-N复合膜的择优取向发生变化,(111)和(220)衍射峰逐渐消失,复合膜主要呈(200)择优取向生长;复合膜的硬度先增加后减小,当Al含量为32.40%(原子分数,下同)时硬度达到最大值37 GPa,此时表征复合膜抵抗塑性变形能力的变量H~3/E~(*2)也达到最大值0.308;室温下,随Al含量的增加,W-Al-N复合膜的摩擦系数与单层WN薄膜的相比变化不大,磨损率先降低后增大,在硬度最大处得到磨损率最低值9×10~(-9)mm~2/N;W_(0.676)Al_(0.324)N复合膜的摩擦系数在200℃时降低,随后随温度的升高先增大后减小;Al的加入提高了复合膜的高温抗氧化性能,起始氧化温度由WN单层膜的400℃提高到复合膜的800℃。     

过渡层对TiAlSiN涂层性能的影响

研究不同的过渡层对TiAlSiN涂层结合力和高温抗氧化性的影响。利用划痕仪测定临界载荷,用体视显微镜观察划痕形貌;利用高温热处理炉对试样进行800℃高温抗氧化实验和1200℃淬火实验,并观察宏观形貌;利用X射线衍射仪对涂层进行物相分析。结果表明:基材进行氮化处理对涂层膜基结合力的提升和高温抗氧化性能的提高有一定的加强作用,Cr过渡涂层对涂层膜基结合力和高温抗氧化性能的提高较大,其氧化速率远低于经过氮化处理的锆合金表面涂层的氧化速率,膜基结合力大约33N;通过物相分析,涂层均生成了对应的物相,当氮化剂量达到一定值后,会生成硬度较高的Zr N物相。     

奥氏体不锈钢表面硬质薄膜的制备与性能研究

用磁控溅射法在奥氏体不锈钢基片上分别制备了TiN薄膜和Al2O3薄膜,并用XRD、SEM和显微硬度等测试手段对沉积态和退火态薄膜进行表征,分析了不同工艺参数对薄膜的沉积速率、结构和性能的影响,从而得到最佳工艺参数。TiN薄膜在沉积气压为1．5Pa,氩氮比为16：16时薄膜的硬度值最大为16．0GPa。Al2O3薄膜在沉积气压为0．5Pa,氩氧比为10：1时薄膜的硬度值可达25．2GPa。     

梯度Ti1-xAlxN膜层的的制备与工艺性能

采用多弧离子镀技术交互沉积工艺,使用合金靶与纯Ti靶在齿轮材料40Cr基体表面实现梯度Ti1-xAlxN膜层的制备,通过研究不同x值时梯度Ti1-xAlxN膜层的表面形貌、组织结构及膜层显微硬度、结合力等性能,探求较优的工艺参数配比。结果表明,在工艺参数相同的条件下,不同x值,梯度Ti1-xAlxN膜层厚度相差不大;显微硬度先随x值的增大而先增大后降低;结合力随x值的增大而降低,x值为0.67时梯度Ti1-xAlxN膜层综合性能最优。     

射频磁控溅射法制备Al2(WO4)3薄膜和负热膨胀性能研究

采用WO3和Al2O3陶瓷靶材,以双靶交替射频磁控溅射法,在石英基片上沉积制备了Al2（WO4）3薄膜。利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）,研究了退火温度对Al2（WO4）3薄膜的相组成和表面形貌的影响,采用表面粗糙轮廓仪和划痕仪测量薄膜厚度,探索了薄膜的制备工艺以及薄膜与基片的结合力,采用高温X射线衍射和晶胞参数指标化软件,初步研究了薄膜热膨胀特性。实验结果表明：磁控溅射沉积制备的这种薄膜为非晶态,表面平滑、致密,随着热处理温度的升高,薄膜开始结晶且膜层颗粒增大,在950℃热处理10min后得到Al2（WO4）3薄膜,薄膜与基片的结合力为13．6N,薄膜物质热膨胀特性呈各向异性。     

非平衡磁控溅射W掺杂类金刚石薄膜的制备与性能研究

为了研究W掺杂对类金刚石薄膜性能的影响,采用非平衡磁控溅射方法,通过改变WC靶功率,在YG6硬质合金基体上制备了5组不同W原子百分数(0%～14%)的含氢类金刚石薄膜(a-C:H:W)。用扫描电镜分析了薄膜的形貌,用拉曼光谱分析了薄膜的微观结构,分别用纳米压痕仪、划痕仪、摩擦磨损试验仪测试了薄膜的纳米硬度、膜基结合力和摩擦学性能。结果表明,a-C:H:W薄膜表面为丘状颗粒,随着WC靶功率的增加,颗粒尺寸先减小后增加;W掺杂可促进薄膜的石墨化;W原子百分数为4%的薄膜的临界划痕力Lc2值达到78.28 N,磨损率为5.8×10^-8 mm³/(N·m),摩擦因数为0.09。     

碳/碳复合材料SiC/MoSi_2/ZrO_2涂层体系氧化烧蚀性能

抗氧化涂层技术是解决碳/碳复合材料高温抗氧化性的最有效技术途径之一。为了提高材料在1 800℃以上的高温抗氧化性能,首次采用包埋法、涂刷法和等离子喷涂法在碳/碳复合材料表面制备出SiC/MoSi_2/ZrO_2梯度抗氧化涂层体系。采用SEM/EDS、结合力和粗糙度测试对涂层表面及断面形貌进行微观分析,利用等离子风洞对整个涂层体系进行氧化试验。结果表明:基体、过渡层和高温抗氧化层之间结合力良好,高温抗氧化层厚度均匀、结构致密。经等离子风洞氧化600s后,涂层表面温度达到1 850℃,氧化质量失重速率仅为3.15×10~(-6) g/(cm~2·s)。表明SiC/MOSi_2/ZrO_2梯度抗氧化涂层体系在1 800℃以上的高温环境下具有很好的抗氧化性能。     

脉冲偏压电弧离子镀CrAlN薄膜研究

在高速钢和不锈钢基体上用脉冲偏压电弧离子镀技术制备了CrAlN薄膜,研究了脉冲偏压对薄膜成分、结构和性能的影响,并进行了900℃下的高温抗氧化性能检测。结果表明,薄膜中Al的相对含量随着脉冲偏压的增加而降低;薄膜的相结构由立方CrN和Al相组成;薄膜的硬度随脉冲偏压的增加而增大,在偏压幅值为-500 V时,硬度可达21.5 GPa;薄膜具有高达70 N的膜基结合力;此外,薄膜在900℃的大气中保温10 h,没有出现明显的氧化现象;在合成的三种薄膜中,在脉冲偏压为-500 V×40 kHz×40%时的薄膜具有最好的综合性能。     

靶电流密度对热丝增强等离子磁控溅射制备Cr_2N薄膜结构与性能的影响

采用等离子体增强平衡磁控溅射技术在316L奥氏体不锈钢基体表面制备了不同靶电流密度条件下的Cr_2N薄膜,并检测分析了靶电流密度对薄膜表面形貌、相结构、力学性能、膜基结合力和摩擦磨损性能的影响。结果表明,薄膜呈致密柱状结构,以Cr_2N(111)择优取向为主。当靶电流密度为0.132 mA/mm~2时,WN相与Cr_2N并存;随着靶电流密度的增加,薄膜厚度逐渐增加,硬度、弹性模量略有下降,膜基结合增强。薄膜与基体结合处呈脆性失效。靶电流密度0.132 mA/mm~2时,最高薄膜硬度及模量分别为33及480GPa,且磨损量最小。靶电流密度0.264mA/mm~2时,最大膜机结合力为36.6N。经过镀Cr_2N薄膜后,试样表面硬度、耐磨性明显提高。     

氮等离子体浸没离子注入TC4钛合金的研究

等离子体浸没离子注入（PIII）方法由于其优异的性能,近年来受到研究人员的高度关注。本文利用等离子体浸没离子注入（PIII）技术在TC4钛合金基体上注入氮。x射线衍射（xRD）表明注入的氮以TiN的形式存在于基体表面附近,且出现了（200）择优取向。x射线光电子能谱（XPS）表明氮元素含量随剥蚀先增加后减少,与SRIM软件的模拟结果吻合。纳米硬度测试表明注氮后材料的硬度显著提高,表面纳米硬度增加108％。     

非平衡磁控溅射氮化钛薄膜及其性能研究

采用非平衡磁控溅射技术,在钛合金(Ti6Al4V)表面沉积氮化钛薄膜。通过改变氮气和氩气分压比(PN/PAr)和基体偏压,制备出不同结构、性能的氮化钛薄膜。采用X射线衍射技术、原子力显微镜、PS-168型电化学测量系统、CSEM球盘摩擦磨损实验机、HXD-1000 knoop显微硬度仪等研究了薄膜的结构、表面形貌、耐腐蚀性能与机械性能。结果表明,采用非平衡磁控溅射技术制备出了致密的氮化钛薄膜。当PN/PAr较小时,氮化钛薄膜中存在Ti2N时,Ti2N相可以有效提高薄膜的硬度和耐磨损性能;当PN/PAr增加到0.1时,薄膜硬度达到最大,耐磨损性能最优;随着PN/PAr的继续增大,氮化钛薄膜中主要存在TiN相,氮化钛薄膜的复合硬度和耐磨损性能降低。在钛合金(Ti6Al4V)表面沉积氮化钛薄膜可以显著提高其在Hanks类体液中的耐腐蚀性能。     

磁控溅射TiAlNO薄膜的结构与力学性能

采用独立的Ti靶和Al靶,用射频反应磁控溅射方法,逐步控制氧流量在高速钢（W18Cr4V）基体上沉积了一系列具有不同氧含量的TiAlNO薄膜。研究了氧流量对薄膜组织结构、硬度和摩擦性能的影响。结果表明,在（Ti,Al）N中加入氧形成由（Ti,Al）（N,O）纳米晶和（TiO2,Al2O3）非晶组成的复合结构。随着氧流量的增加,薄膜中晶体相晶格常数逐步减小,其取向则逐步从（111）为主转变为（111）和（200）混合。同时薄膜硬度缓慢地下降,摩擦系数和磨损量先减少后增大,在氧流量为0．9sccm时达到最小值。研究同时表明,当氧流量为0．9sccm时薄膜具有最小摩擦系数和高耐磨性,同时保持了高硬度,综合性能最好。     

氩等离子体预处理对纳米结构银非织造布抗菌性能的影响

采用磁控溅射技术，在丙纶非织造布（PP）基材表面沉积厚度为0．5-3nm的纳米结构银薄膜，重点研究了PP基材经氩等离子体预处理前后对纳米结构银薄膜抗菌性能的影响。采用振荡烧瓶法测试样品的抗菌性能，利用原子力显微镜（AFM）观察氩等离子处理前后PP基材表面的形态变化，同时应用EDX对纳米结构银薄膜进行元素分布及定量分析。实验结果表明：在纳米结构银薄膜厚度相同的条件下，经氩等离子预处理的丙纶非织造布具有更好的抗菌性能；AFM分析表明，经氩等离子处理后的纤维表面有明显的刻蚀痕迹，纤维表面凹凸不平，形成很多微小的空隙，溅射出的银粒子不易团聚，活性增加，抗菌性能因此提高；而EDX结果分析表明，抗菌性能提高是由于经氩等离子处理后，银离子溶出总量增加的缘故。