N2气流量比对磁控溅射Mo-N涂层结构和性能的影响

目的研究N_2气流量比对直流反应磁控溅射Mo-N涂层结构、力学性能和摩擦性能的影响。方法采用直流反应磁控溅射技术在304不锈钢基体表面制备Mo-N涂层,对涂层结构进行X射线衍射(XRD)分析,对涂层形貌和磨痕形貌进行扫描电镜(SEM)分析,采用维氏显微硬度计测试涂层的显微硬度,采用划痕法表征涂层的结合强度,采用球盘式摩擦磨损试验仪评价涂层的摩擦磨损性能。结果随着N_2气流量比R从0.3增加至0.7,涂层主要由面心立方γ-Mo2N相构成,当R为0.7时,制备的涂层中出现少量的六方δ-MoN相。涂层的显微硬度先降低后增加,最高硬度可达3060HV。结合强度先增加后降低,当R为0.4和0.5时,涂层的结合力较高,约为40N,且具有较好的摩擦学性能,平均摩擦系数约为0.22,磨损形式主要为磨粒磨损。结论在基体温度为300℃时制备涂层,N_2气流量比在0.3～0.7的范围变化对涂层相结构的影响较小。硬度相对较高时,结合力越好,摩擦学性能越好。     

(Cr_(0.72),Al_(0.28))N涂层的微观组织结构及力学性能研究

借助XRD、纳米压痕、SEM和划痕仪研究了采用阴极弧制备技术在硬质合金基体上沉积的(Cr,Al)N涂层的显微组织和力学性能。研究表明:面心立方结构的(Cr,Al)N涂层由晶粒尺寸分散的柱状晶晶粒组成;(Cr,Al)N涂层的硬度为31.7 GPa;与硬质合金基体的结合强度约为55 N。     

基材硬度和涂层厚度对AlCrN多元复合纳米硬质涂层硬度的影响

采用真空阴极多弧离子镀技术制备了Al Cr N多元复合纳米硬质涂层,利用洛氏硬度计、划痕仪、HV显微硬度计、球磨仪、扫描电子显微镜、能谱仪及X射线衍射仪检测并分析了涂层膜基结合力、显微形貌、相结构以及基体硬度、涂层厚度对涂层硬度的影响。结果表明,涂层以Al Cr N/Cr N结构沉积,随着涂层厚度的增加,膜基结合强度提高。涂层表面成波纹状,有少量大颗粒,涂层内部呈Na Cl结构,含有大量呈柱状形式生长的面心立方的c-Cr N相和c-Al N相,择优取向均为(200)。同等基体硬度时,涂层厚度的增加有利于涂层硬度的提高,最佳涂层厚度为3.5~5.0μm。同等涂层厚度时,涂层硬度随着基体硬度的增加而增加,当涂层厚度低于4.0μm,基材硬度是影响涂层塑性变形抗力的主要因素。     

等离子体增强磁控溅射CrSiN涂层摩擦磨损行为

目的基于细晶强化理论,借助新型涂层制备技术获得综合性能优良的CrSiN涂层,研究Si含量对涂层微观结构、力学性能及耐磨性能的影响规律。方法采用等离子体增强磁控溅射技术,制备四种含有不同Si含量的Cr Si N涂层。使用X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和原子力显微镜(AFM),分析涂层的化学成分、晶体结构、微观形貌和表面粗糙度。使用纳米压痕/划痕仪测试涂层的显微硬度、杨氏模量和结合力。使用摩擦磨损试验仪考察涂层的摩擦磨损行为。结果 Cr Si N涂层中Si含量随着Si靶功率的增加而增加。所有涂层中均未检测到含Si物相,主要由Cr N相组成。随着Si含量的增加,CrN(111)衍射峰逐渐减弱直至消失,涂层由疏松的三角锥结构逐渐变为致密平整的CrN纳米晶和Si3N4非晶共存的复合结构,涂层表面粗糙度显著降低,涂层的显微硬度、杨氏模量、结合力及耐磨性能均呈现先增后降的趋势。结论 Si含量为18.5%的Cr Si N涂层具有最佳的耐磨性能,此时涂层的硬度、杨氏模量、结合力和平均摩擦系数分别约为27 GPa、327 GPa、30 N和0.289。     

热处理对铁基非晶合金涂层相组成及磨损性能的影响

采用超音速火焰喷涂技术在0Cr13Ni5Mo不锈钢基体上制备了铁基非晶涂层,研究了500%～800℃不同温度热处理对涂层的相组成和摩擦磨损性能的影响.从涂层的显微硬度分析、相组成分析、晶粒大小分析、以及摩擦磨损试验分析表明:随着热处理温度升高涂层的相结构及性能发生变化,在600℃时,涂层中析出大量的纳米硬质相,涂层的显微硬度和耐磨损性能也随之大幅提高;涂层的显微硬度在600℃时达到最大,耐磨性能在750℃时最好.     

气保焊堆焊方法制备的铁基非晶合金涂层

以一种多元素铁基合金粉芯丝材(含Fe,Cr,B,Ti,C,Mo等)作为堆焊材料,用CO2气体保护焊堆焊的方法在基体A3钢上制备涂层。用X-射线衍射仪检测涂层的晶体结构,DSC分析非晶的起始晶化温度;透射电镜观察涂层的微观组织结构,扫描电镜观察涂层的形貌,并利用显微硬度仪和高温摩擦磨损试验机分别测量涂层的显微硬度和耐磨损性能。结果表明:所制备的涂层均匀致密,与基体结合良好;涂层含有非晶并且非晶的起始晶化温度约为524℃;这种非晶涂层具有较高的硬度和很好的耐磨损性能,近表面的最高硬度达825 HV0.3,耐磨性是A3钢的5.9倍.     

退火热处理对低压冷喷涂Cu-Zn复合涂层性能的影响

以Cu-Zn混合粉末作为喷涂粉体,采用低压冷喷涂技术在1Cr13基体上制备Cu-Zn复合涂层,在不同退火温度下对复合涂层进行退火热处理,然后测试涂层的力学性能。利用X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、显微硬度仪等对退火热处理前后复合涂层进行微观形貌观察和硬度测试。结果表明:铜锌复合涂层结构致密,涂层与基体结合紧密;铜锌复合涂层在200～300℃间退火时,涂层中金属颗粒间界面明显,涂层内部形成β(CuZn)、γ(Cu_5Zn_8)等金属间化合物。退火温度为200℃时,铜锌复合涂层的硬度(HV_(0.2))达到最高(1578 MPa),结合强度达到最低(7.5 MPa);铜锌复合涂层在350～450℃间退火时,涂层中金属颗粒间部分界面不明显;当退火温度为450℃时,铜锌复合涂层硬度达到最低(1024 MPa),结合强度达到最高(13.9 MPa)。     

基体偏压对电弧离子镀AlCrSiON涂层结构和热稳定性的影响

为研究基体偏压对AlCrSiON纳米复合涂层结构、力学性能和热稳定性的影响规律及机制,采用电弧离子镀技术在硬质合金基体上沉积AlCrSiON涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、纳米压痕仪(划痕仪)研究涂层组织结构和力学性能;通过真空退火试验研究涂层的高温稳定性。结果表明:AlCrSiON涂层为致密柱状晶结构,并主要由c-(Al,Cr)N和c-(Al,Cr)(O,N)两相组成,呈现出纳米复合结构。随着偏压的升高,涂层表面的颗粒数目和尺寸减少,组织结构更加致密;硬度和弹性模量均呈现出先增加后减小的趋势,当偏压为–80 V时分别达到最大值30.1 GPa和367.9 GPa。涂层具有良好的高温稳定性,不同偏压下沉积的AlCrSiON涂层经800~950℃热处理后均能够保持良好的结构稳定性及力学性能,但经1 100℃热处理后涂层发生相分解并引发组织结构变化,导致涂层硬度减小。     

沉积温度对AlCrTiN涂层组织结构与性能的影响∗

AlCrTiN 涂层具有优异的综合性能,然而沉积温度对其组织结构与性能的影响还需进一步研究。 采用电弧离子镀和脉冲直流磁控溅射复合沉积技术,改变沉积温度(300 ℃和 400 ℃ )制备两种不同的 AlCrTiN 涂层。 结果表明:两种 AlCrTiN 涂层主要相均为 fcc-(Al,Ti,Cr)N 相,沿(111)晶面择优生长。 沉积温度为 400 ℃ 时,涂层具有更高的硬度和弹性模量,更低的残余应力、摩擦因数和磨损率,表现出更好的力学性能和抗摩擦磨损性能。 两种涂层经过 700 ℃保温 1 h 后,由于涂层内原子扩散和缺陷愈合,硬度和结合力进一步提高。 切削性能测试表明:300 ℃ 和 400 ℃ 温度下制备的涂层铣刀寿命分别为无涂层铣刀的 3. 2 倍和 3. 5 倍。 无涂层铣刀的失效形式以磨粒磨损为主,涂层铣刀的失效形式为磨粒磨损、黏着磨损和氧化磨损。 研究成果对高性能 AlCrTiN 四元涂层的制备、理论研究与工程化应用具有指导意义。     

不锈钢316L氮化/(Cr,Ti)N涂层原位复合制备

目的研究不同复合涂层的结构及其对力学性能的影响。方法采用等离子体增强磁控溅射系统在奥氏体不锈钢表面分别进行等离子体氮化、(Cr,Ti)N涂层、氮化+(Cr,Ti)N涂层、氮化+Cr+(Cr,Ti)N涂层四种复合表面强化处理。采用XRD、SEM、纳米压痕仪、摩擦磨损仪和划痕仪等分别研究了不同改性层对微观结构以及力学性能的影响。结果氮化后,形成了较高含氮量的过饱和固溶体相(γN),并伴有少量Cr_2N和Fe_2N析出,硬度及杨氏模量分别为18.3 GPa、264.7 GPa。氮化后原位沉积涂层有效避免了氮化物相的析出,过饱和氮原子向基体进一步扩散,增加了氮化层的深度。两种氮化后复合(Cr,Ti)N涂层的硬度和模量均高于单一的(Cr,Ti)N涂层(分别为20.2GPa和271.8GPa),其中氮化+(Cr,Ti)N涂层的硬度和模量均最高(分别为25.4 GPa和345.6 GPa),氮化+Cr+(Cr,Ti)N涂层次之(22.4 GPa和326.3 GPa)。由于氮化层起到了良好的梯度过渡作用,氮化+(Cr,Ti)N涂层的膜基结合力最高,从单一涂层的9.5 N提高到50.9 N,其摩擦系数降低到0.43,磨损量最低,仅为基体的0.66%。结论氮化+(Cr,Ti)N复合涂层的力学性能最佳。     

高功率脉冲和脉冲直流磁控共溅射CrAlN薄膜的研究

目的通过掺杂适量Al元素来固溶强化Cr N薄膜,从而提高薄膜的抗氧化性能和热稳定性。方法采用高功率脉冲磁控溅射和脉冲直流磁控溅射复合镀膜技术制备了Cr Al N薄膜,利用XRD、纳米压痕仪、应力仪、摩擦磨损试验机系统地研究了不同基体偏压对CrAlN涂层结构和力学性能的影响。结果所有CrAlN涂层均以fcc-(Cr,Al)N相为主,且随着基体偏压的增加,沿(111)晶面生长的衍射峰逐渐减弱,并向小角度偏移;薄膜压应力显著增加,最大值为-2.68GPa;薄膜硬度先上升后下降,在基体偏压为-30V时,硬度达到最大值22.3 GPa;H/E值和H~3/E~(*2)值随着基体偏压的增加,近似线性增大,当偏压为-120 V时,均达最大值0.11、0.21 GPa,同时摩擦系数和磨损率逐渐减小。结论当基体偏压为-120 V时,CrAlN薄膜具有最佳的耐磨性能,H/E和H~3/E~(*2)在一定程度上可评价涂层的耐磨性。     

溅射技术对TiN涂层结构和力学性能的影响

目的 沉积条件对Ti N涂层的组织结构和力学性能有着至关重要的影响,而溅射技术又决定了涂层的沉积条件,探究不同溅射技术对Ti N涂层的微观组织结构和性能的影响,提高Ti N涂层的力学性能和高温摩擦磨损性能。方法 采用不同的溅射技术(dcMS、Hi PMS、Hybrid)在M2高速钢表面沉积Ti N涂层,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、sin²ψ法、纳米压痕仪、洛氏压痕法、划痕法和CSM球盘式摩擦试验机分别测试了Ti N涂层的组织结构特征、沉积速率、残余应力、纳米硬度、膜基结合力和高温摩擦磨损性能。结果 不同溅射技术制备的Ti N涂层均为柱状晶结构和Ti N (111)择优取向。HiPIMS-TiN涂层具有最高的纳米硬度(29.7GPa)和最低的膜基结合力(HF2),而Hybrid-TiN涂层呈现出最小的残余应力、高沉积速率和高膜基结合力,其膜基结合力达到HF1级,临界载荷(Lc2)达到82.5 N。不同溅射技术制备的Ti N涂层的摩擦因数均随着温度的升高而降低,在500℃时,Ti N涂层的摩擦因数约为0.53。Ti N涂层的磨损率随着温度的升...     

激光熔覆和重熔制备Fe-Ni-B-Si-Nb系非晶纳米晶复合涂层

采用激光熔覆和重熔的方法在低碳钢CCS-B上制备Fe-Ni-Si-B-Nb系非晶纳米晶复合涂层。利用X射线衍射、扫描电镜、EDAX能谱及透射电镜分析涂层的物相、组织结构,运用显微硬度计、纳米压痕仪及摩擦磨损试验机研究涂层的显微硬度分布、微观力学性能及摩擦磨损性能。结果表明:熔覆层的组织由表面至基体分为非晶纳米晶复合区、熔覆层与基体,其中,复合区为Fe2B、γ-(Fe,Ni)多晶和非晶相的混合组织;涂层的最高显微硬度达到了1 369 HV;涂层的平均摩擦因数为0.275;涂层的主要磨损形式是磨粒磨损和粘着磨损,具有良好的摩擦磨损性能。     

H13表面TiAlN/CrAlN复合涂层的摩擦磨损性能研究

采用真空电弧离子镀工艺在H13钢表面制备Ti Al N/Cr Al N复合涂层,利用划痕试验仪、盘式摩擦磨损试验机、金相显微镜和努氏硬度计分析Ti Al N/Cr Al N膜层的结合力和摩擦学性能,金相组织形貌和试样表面的显微硬度。结果表明,Ti Al N/Cr Al N复合薄膜表面组织分布均匀,结合致密,涂层与基体间的结合力是影响涂层承载能力的主要因素之一,Ti Al N复合涂层的摩擦性能优于H13基体和Cr Al N复合涂层的摩擦性能,Ti Al N/Cr Al N复合涂层的结合力分别为35 N和24 N,沉积有Ti Al N涂层试样表面摩擦系数最小,减摩效果最好,耐磨性能优越,并能有效地抵抗摩擦磨损。     

6W6Mo5Cr4V钢表面CrTiAlN复合涂层的性能研究

利用多弧离子镀设备在6W6Mo5Cr4V基体上进行CrTiAlN复合涂层的制备。将该样品在场发射扫描电镜、显微硬度仪、高速往复式微摩擦实验机和纳米划痕仪上进行涂层厚度、硬度、摩擦系数以及结合力的测定。结果表明:该复合涂层的厚度为0.6μm,基体的硬度值为744 HV,涂层的硬度约为3098 HV,涂层的硬度约为基体硬度的4倍;该复合涂层摩擦系数为0.32;涂层与基体结合力为6.98 N。     

氧含量对高功率脉冲磁控溅射AlCrSiON涂层高温摩擦学性能的影响

由于真空度的要求,制备氮化物涂层时将不可避免的会有氧的存在,因此了解氧元素对涂层性能的影响至关重要。采用高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)技术在Ar/N2/O2混合气氛下制备AlCrSiON涂层,研究氧含量(0%~30.4%,原子数分数)对涂层结构、力学性能和摩擦学性能的影响及作用机制。结果表明,AlCrSiN涂层由fcc-Cr N、β-Cr2N和hcp-Al N组成,AlCrSiON则由(Cr,Al)N、立方Cr2N和(Cr,Al)(O,N)组成。AlCrSiN涂层硬度为(14.3±1.8)GPa,随着氧含量增加至24.3%,涂层硬度增加至(20.1±3.0)GPa;继续增加氧含量则将导致涂层硬度下降。当环境温度由室温增加至400℃,涂层摩擦因数由0.6~0.7增加至0.9;温度升至800℃,涂层摩擦因数降至0.4。氧含量对涂层高温摩擦因数的影响较小,对涂层的磨损率却有着重要影响。当氧含量为30.4%时,AlCrSiON涂层具有最优耐磨损性能。     

氮气分压对AlCrTiSiN超晶格涂层微观结构及力学性能的影响

超晶格涂层因具有优异的力学性能及抗氧化性能在刀具涂层工业中备受关注。采用多弧离子镀技术在高速钢表面制备了AlCrTiSiN涂层,研究了氮气分压对AlCrTiSiN涂层微观结构及力学性能的影响。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜研究了AlCrTiSiN涂层的微观结构;利用纳米压痕仪、划痕仪和磨损仪研究了AlCrTiSiN涂层的力学性能。结果表明:不同氮气分压的AlCrTiSiN涂层均由(Cr,Al)N相、(Ti,Al)N相和(Cr,Al)2N相以及非晶态的Si相和Si3N4相组成。与氮气分压为4Pa的涂层相比,氮气分压为2或3Pa的涂层具有更高的硬度、抗载荷能力和涂层-基体结合强度,以及更低的摩擦因数及磨损率。此外,45钢和铸铁切削试验表明:AlCrTiSiN涂层刀具较AlCrN涂层刀具有更好的切削性能,无涂层刀具具有最差的切削性能。     

CrAlN纳米梯度涂层的组织结构与性能研究

目的 研究Al靶功率对CrAlN纳米梯度涂层组织结构和力学性能的影响.方法 采用磁控溅射与电弧离子镀复合技术,通过保持Cr靶电流不变、Al靶功率线性增加(0.6～2.2、0.6～2.4、0.6～2.6 kW)的方法,制备了三种不同表面Al含量的CrAlN纳米梯度涂层.利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、纳米压痕仪、划痕仪和高温马弗炉,表征CrAlN纳米梯度涂层的组织结构、成分、力学性能和抗高温氧化性能.结果 当Al靶线性末端功率小于2.4 kW时,涂层的主要相结构为fcc-(Cr,Al)N,择优取向为(111)晶面,而Al靶线性末端功率增大为2.6 kW时,涂层中出现hcp-AlN相.随着Al靶线性末端功率的增加,涂层的硬度和结合力先减小、后增大.Al靶线性末端功率为2.4 kW条件下制备的CrAlN涂层在800℃氧化1 h后,晶粒发生轻微粗化,表面发生微小的氧化,并出现了裂纹,但涂层主要相结构依然为fcc-(Cr,Al)N.结论 当Al靶线性末端功率为2.4 kW时,CrAlN纳米梯度涂层具有最高的硬度(31.3 GPa)和最好的膜基结合力(88 N),表现出较好的抗高温氧化性能.     

高速电弧喷涂含非晶相Fe基涂层的摩擦磨损特性

采用高速双丝电弧喷涂技术制备了含有非晶相的铁基涂层.对Fe55Cr12Mo10Cu2Y2B6C13涂层的摩擦磨损特性及相关的力学性能:涂层显微硬度,与基体的结合强度和进行了测试分析.结果表明:①涂层摩擦因数低于基体材料Q235,磨损量也显著降低,涂层的磨损机理主要表现为剥离磨损.②涂层的显微硬度高于1 000 HV,属于硬质涂层,涂层与基体的结合方式主要以机械结合为主.③涂层的力学性能随组织结构变化有起伏.     

氧的掺入对化学气相沉积TiCN涂层的影响

本文采用X射线衍射仪(XRD)、高分辨扫描电镜(HRSEM)、显微维氏硬度计、声发射划痕仪,研究了以化学气相沉积(CVD)法制备的TiCN和TiCNO涂层。通过对比涂层的相结构、组织形貌、硬度及结合强度,分析氧的掺入对TiCN涂层显微结构和力学性能,特别是结合强度的影响。结果表明:CVD制备的TiC0.81N0.48涂层截面呈柱状结构,硬度和结合强度分别为2 063 HV及127 N。掺入氧后的TiC0.61N0.44O0.15和TiC0.52N0.25O0.1涂层没有出现新的物相,为面心立方结构的TiCNO固溶体,具有(111)织构;氧的掺入细化了晶粒,使涂层转变为致密结构;其硬度分别提高至2 207 HV和2 753 HV,但与基体结合强度分别下降至88 N和63 N。