直流负偏压对类金刚石薄膜结构和性能的影响

利用直流-射频-等离子体增强化学气相沉积技术在单晶硅表面制备了类金刚石薄膜，采用原子力显微镜、Raman光谱、X射线光电子能谱、红外光谱、表面轮廓仪和纳米压痕仪考察了直流负偏压对类金刚石薄膜表面形貌、微观结构、沉积速率和硬度等性能的影响。结果表明：无直流负偏压条件下，薄膜呈现有机类聚合结构，具有较低的SP3含量和硬度；叠加上直流负偏压后，薄膜具有典型的类金刚石结构特征，SP3含量和硬度得到了显著的提高；但随着直流负偏压的升高，薄膜的沉积速率和H含量逐渐降低，而SP3含量和硬度在直流负偏压为200V时出现最大值，此后逐渐降低。     

AZ31镁合金表面气相沉积不锈钢薄膜的实验研究

利用真空蒸发镀膜技术在镁合金表面沉积不锈钢薄膜是提高镁合金防腐性能的新尝试.本研究利用该技术在AZ31上成功制备了不锈钢薄膜.通过在5%NaCl溶液中的浸入实验和极化实验考察了腐蚀性能,发现镀膜后耐蚀性显著降低.另外,镀膜后的显微硬度也未有明显提高.利用AFM,SEM,EDX等分析手段对薄膜进行了观察和检测,发现耐蚀性变差的原因主要是薄膜表面存在贯穿性的微米级孔洞和Cr元素分布不均匀造成的.     

聚酯表面类金刚石薄膜的制备及疏水性能

采用线性离子束技术在PET基材表面制备类金刚石薄膜,分析薄膜结构、性能随离子束电流的演变规律并研究了薄膜润湿特性与表面形貌、结构、表面能的作用关系。结果表明:沉积在PET表面的类金刚石薄膜具有典型的非晶碳膜结构特征,随着离子束电流的增大sp~2/sp~3比值由0.774增加到1.622,薄膜表面的石墨化程度提高;改性后的PET材料接触角从63.51°增大到103.7°。进一步分析发现,疏水性能的提高归因于材料表面能的降低,表面石墨化程度的提高和微-纳结构的形成是表面能降低的根本原因。此外,疏水的PET材料在500~760 nm可见光范围内具有一定的増透效果,透过率达到88.5%以上。用线性离子束沉积碳膜及刻蚀技术能得到合适的微观形貌和表面化学结构,可在保持基体材料透明性的同时提高PET柔性聚合物材料的疏水性能。     

AISI 316L不锈钢表面沉积Ti掺杂金刚石薄膜及其性能

为了进一步评价医用材料AISI 316L不锈钢表面沉积掺杂Ti类金刚石薄膜的应用性能,采用离子束辅助沉积技术在AISI 316L不锈钢表面沉积了掺杂Ti类金刚石(DLC-Ti)薄膜.分别利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、摩擦磨损试验机、电化学工作站及纳米压痕仪对DLC-Ti薄膜的晶体结构,表面与截面形貌,摩擦磨损性能,电化学性能,硬度和弹性模量进行了表征.结果表明:DLC-Ti薄膜的摩擦系数超低(0.017～0.029)且未出现磨损,自腐蚀电位和点蚀电位相对于基体向正电位方向移动.DLC-Ti薄膜综合性能较好,在整形外科及刀具等应用方面具有很好的前景.     

AISI 316L不锈钢表面沉积Ti掺杂类金刚石薄膜及其性能

为了进一步评价医用材料AISI 316L不锈钢表面沉积掺杂Ti类金刚石薄膜的应用性能,采用离子束辅助沉积技术在AISI 316L不锈钢表面沉积了掺杂Ti类金刚石(DLC-Ti)薄膜。分别利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、摩擦磨损试验机、电化学工作站及纳米压痕仪对DLC-Ti薄膜的晶体结构,表面与截面形貌,摩擦磨损性能,电化学性能,硬度和弹性模量进行了表征。结果表明:DLC-Ti薄膜的摩擦系数超低(0.017~0.029)且未出现磨损,自腐蚀电位和点蚀电位相对于基体向正电位方向移动。DLC-Ti薄膜综合性能较好,在整形外科及刀具等应用方面具有很好的前景。     

镁合金表面二氧化铈薄膜的制备及其性能

为改善镁合金的耐蚀性能,采用溶胶-凝胶(Sol-gel)法在ZM5铸镬合金表面涂覆一层Ce(OH)3薄膜,再经烧结制得二氧化铈(CeO2)薄膜.利用X光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)等测试技术对薄膜成分、表面形貌进行了分析;通过中性盐雾试验对CeO2薄膜的防蚀性能进行了评价.结果表明:溶胶体系在pH值为2.0～3.0内才能形成透明澄清的亮黄色溶胶,经烧结后得到具有一定防蚀作用的CeO2薄膜;其表面形貌为显微网状裂纹或干枯河床状.CeO2薄膜的表面维氏硬度较镁合金基体提高了约28%.     

AM60镁合金表面功能纳米有机薄膜的制备及特性研究

通过有机镀膜方法,利用一种设计合成的三氮杂嗪硫醇有机化合物钠盐在AM60镁合金表面制备了有机薄膜。采用循环伏安法和X射线光电子能谱仪(XPS)分析了镁合金表面有机镀膜过程的反应机理,使用椭圆偏振光谱仪测量了薄膜的厚度、接触角测量仪表征了薄膜的浸润性,借助极化曲线和电化学阻抗谱评价了膜层的耐腐蚀性。结果表明,该有机薄膜为纳米尺度,且使镁合金表面发生亲水到疏水特性转变;经有机镀膜后镁合金的腐蚀电流从1840nA/cm2降低到540nA/cm2、腐蚀电位从-1.454V上升到-1.340V,且电荷传递电阻从2.24kΩ·cm2提高到16.88kΩ·cm2,从而有效地提高了镁合金基体的耐腐蚀性能。     

辅助气体组成对类金刚石薄膜结构和性能的影响

分别以氩气-甲烷、氩气-乙炔为辅助气体,高纯石墨为靶材,利用中频脉冲非平衡磁控溅射技术制备了类金刚石薄膜.采用Raman光谱、X射线光电子能谱、纳米压痕测试仪、原子力显微镜对所制备类金刚石薄膜的键结构、机械性能、表面形貌进行了分析.Raman光谱和X射线光电子能谱测试结果表明,以氩气-甲烷为辅助气体制备的类金刚石薄膜中sp3杂化键的含量比以氩气-乙炔为辅助气体制备的类金刚石薄膜的高.纳米压痕测试结果表明,以氩气-甲烷为辅助气体制备的类金刚石薄膜的纳米硬度比以氩气-乙炔为辅助气体的高.原子力显微镜测试结果表明,以氩气-甲烷为辅助气体制备的类金刚石薄膜的RMS表面粗糙度比以氩气-乙炔为辅助气体的低.以上结果说明辅助气体组成对类金刚石薄膜的键结构、机械性能、表面形貌有较大的影响.     

镁合金表面Ti—TiN复合镀层的阴极多弧离子制备与表征

表面强化、耐蚀处理对镁及其合金的应用至关重要。采用阴极多弧离子镀膜技术，在AZ91C镁合金基底上首次成功镀制了强结合力的以Ti为过渡层的TiN复合膜层，并利用高分辨扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱仪（EDS）、CSM显微划痕测试等技术对复合膜层的形貌、组织结构及性能进行分析研究。结果表明，采用适当的多弧离子镀膜工艺，能在经恰当预处理方法处理的镁舍金基底上制备性能良好的TiN膜。膜层均匀、致密，膜基结合力达130mN以上，复合硬度达500HV左右（AZ91镁合金基底125HV）。此外中性盐雾强化实验表明，经该方法处理后的镁合金在ASTM-B117标准测试条件下，腐蚀速度明显降低，经过200h后，表面无明显腐蚀现象。真空多弧离子镀膜技术有望在镁合金表面防护领域得到应用。     

磁控溅射制备Al_2O_3薄膜及耐蚀性能研究

采用直流磁控溅射镀膜技术以高纯铝为靶材,氧气为反应气体,在304不锈钢基底上以不同溅射功率(60,90,120,150和180 W)沉积Al_2O_3薄膜。采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对薄膜晶体结构和表面形貌进行分析表征,使用电化学工作站考察Al_2O_3薄膜的耐蚀性能。结果表明:所制备的Al_2O_3薄膜表面平整、均匀致密,并且在(217)面具有较好的择优取向;溅射功率对薄膜耐蚀性有较大影响,随溅射功率增加,耐蚀性先增强后减弱,在功率为150 W时所制备薄膜的耐蚀性能最优。     

掺硅类金刚石薄膜的制备及其光学性质研究

利用直流磁控溅射技术在单晶硅和光学玻璃表面制备了掺硅类金刚石薄膜,采用紫外-可见光光谱仪、原子力显微镜、X射线光电子能谱(XPS),荧光光谱仪考察了不同硅含量对类金刚石薄膜的光学透过、表面形貌、电子结构和光学带隙的影响.结果表明,掺硅后的类金刚石薄膜的表面粗糙度先变大后变小,光学带隙变宽,但当掺硅达到一定量时,光学带隙有所降低.随着硅掺入量的增加,薄膜的红外透过率显著提高;光的发射中心"蓝移"并且强度增加.XPS的结果表明薄膜的sp3/sp2的比率随着硅含量的增加而变大.     

PECVD制备掺氮类金刚石薄膜的电化学特性

利用混合离子束系统,通过辉光放电等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法制备出类金刚石薄膜(DLC)和掺氮类金刚石薄膜(N-DLC),用可见拉曼光谱、X射线光电子能谱和扫描探针显微镜表征薄膜微观结构和表面形貌,采用电化学工作站测量了薄膜的电化学性能。结果表明,DLC薄膜的表面光滑致密、粗糙度低,掺氮增加了薄膜中的sp2团簇相并形成了C-N键,并使C-O键含量和薄膜表面的活性位点增加。N-DLC薄膜电极在硫酸溶液中的电化学势窗达4.5 V和较低的背景电流(0.3±0.2μA/cm2);在铁氰化钾溶液中电极的电流响应明显,表现为受扩散控制的准可逆过程。电极具有很好的重复性和稳定性。     

AM60B镁合金微弧氧化膜层的结构与性能研究

为了提高镁合金的耐腐蚀性能,用微弧氧化方法在AM60B镁合金表面生成了氧化物膜层.利用扫描电镜、X射线衍射分析了膜层的形貌、结构和组成.研究表明,氧化膜可分为两层,外层疏松多孔,内层结构致密,膜层主要由MgO、Mg2SiO4和少量MgAl2O4相组成,从外层到内层,Mg2SiO4相含量减少,MgO相含量增大.与镁合金基体相比,氧化物膜层表面硬度提高7～8倍. 在质量分数为3.5%NaCl溶液中的动电位极化测试表明,微弧氧化处理使镁合金的耐蚀性能得到了明显提高.     

PECVD法制备类金刚石薄膜的结构和摩擦学性能研究

采用射频一直流等离子体增强化学气相沉积技术在单晶硅衬底上沉积了类金刚石薄膜。用激光拉曼光谱仪和原子力显微镜对薄膜的结构和表面形貌进行了表征，并用纳米压痕仪测定了薄膜的硬度。用UMT微摩擦磨损试验机考察了薄膜在不同的滑行速度下薄膜的摩擦学性能。结果表明：所沉积的薄膜具有典型类金刚石薄膜的结构特征，薄膜表面光滑致密，硬度较高；薄膜与氧化铝陶瓷球对磨显示出良好的摩擦学性能，随着滑行速度的增加，薄膜的摩擦系数单调降低，但磨损寿命先增加后降低。     

镁合金表面有机纳米薄膜的功能特性

采用有机镀膜技术和三嗪硫醇类有机单体在Mg-Mn-Ce镁合金表面生成了具有疏水特性的有机纳米薄膜。选取循环伏安法曲线中不同特征点研究了有机镀膜的反应机理,借助傅里叶变换红外光谱仪、X射线光电子能谱仪、椭圆偏振光谱仪和接触角测量仪表征了有机镀膜后镁合金表面薄膜的特性.结果表明,有机镀膜过程分为电化学反应成膜和膜层层间聚合反应增厚两个阶段;镁合金与有机物单体通过化学键发生结合;随着有机镀膜反应过程的进行薄膜的厚度由9.14 nm逐渐增加到64.51 nm,形成稳定的纳米薄膜;有机镀膜后镁合金表面的蒸馏水接触角从未镀膜的45.8°上升到117.9°,实现了由亲水到疏水的功能特性转换。     

缝纫机针杆表面沉积含过渡层DLC薄膜及性能的研究

本文以C2H2为碳源,Ar气为辅助气体,采用新型离子束源和磁控溅射源的混合技术在缝纫机针杆上成功制备了具有不同过渡层的类金刚石薄膜,并表征了薄膜的表面形貌,测量了其硬度、结合力、摩擦系数,划痕法的结果表明,增加过渡层后薄膜的结合状况得到明显改善.DLC膜的硬度也得到了提高,摩擦磨损实验结果可以看出样品的摩擦系数均在0.1以下,可以极大地改善不锈钢针杆的摩擦性能.     

射频功率对筒状聚酯内壁类金刚石薄膜结构与性能的影响研究

利用偏压/射频耦合等离子体增强化学气相沉积技术在聚对苯二甲酸乙二醇酯(简称聚酯,PET)筒内壁制备了类金刚石薄膜(DLC)。采用X射线光电子能谱、扫描电子显微镜、三维表面轮廓仪、紫外/可见光分光光度计和气体渗透率测试仪考察了射频功率对类金刚石薄膜的结构、沉积速率、表面形貌、光学透过率和气体阻隔性能的影响。结果表明,膜层沉积可有效阻挡近紫外区域的光线,同时对O2,CO2的阻隔能力明显提高,这是由于DLC膜层的致密性质以及PET表面原有缺陷的覆盖。与未镀膜PET相比,150 W时制备的DLC膜的气体透过率分别从58.5,61.7cm3m-2atm-1d-1降低至0.7,1.5 cm3m-2.atm-1d-1,相应的对O2,CO2的阻隔率分别可以提高80倍和40倍。     

镁合金表面真空热扩渗铝层的微观组织与性能

目前,在镁合金表面以固态铝粉包埋镁合金基体,采用真空热扩渗方法制备合金化涂层的研究不多。采用真空热扩渗技术在镁合金表面成功制备了改性涂层,采用扫描电镜(SEM)观察了涂层的微观组织形貌,采用X射线衍射(XRD)、能谱(EDS)、显微硬度和电化学腐蚀试验考察了涂层的形貌、成分及耐蚀性能。结果表明:所得涂层与基体呈冶金结合,结合界面光滑平整,局部存在一定的微裂纹。改性层由镁-铝共晶反应产物α-Mg、Al12Mg_17和Al_3Mg_2金属间化合物组成,改性层显微硬度及耐氯离子腐蚀性能较基体得到明显提升。     

脉冲偏压对304不锈钢表面多弧离子镀CrAlN薄膜结构和耐蚀性能的影响

目前,鲜见有关脉冲偏压对多弧离子镀Cr Al N薄膜耐蚀性能影响的报道。以不同的脉冲偏压在304不锈钢表面多弧离子镀Cr Al N薄膜。采用扫描电镜、显微镜、X射线衍射仪、硬度仪、粗糙度仪分析了Cr Al N薄膜的表面形貌、相结构、硬度、表面粗糙度及耐蚀性能,分析了脉冲偏压对相关性能的影响。结果表明:随着脉冲偏压幅值的增大,Cr Al N薄膜表面大颗粒及凹坑尺寸和数量减少,薄膜质量提高;Cr Al N薄膜主要由(Cr,Al)N相组成,随着偏压增加,Cr Al N薄膜出现(220)择优取向;Cr Al N薄膜表面粗糙度随脉冲偏压增大而减小,显微硬度随脉冲偏压的增大而增大;Cr Al N薄膜在3.5%Na Cl溶液中的耐蚀性随着脉冲偏压的增大而增大,脉冲偏压为400 V时,Cr Al N薄膜与基体304不锈钢的腐蚀速率之比为0.34,薄膜的综合性能最好。     

低能离子束沉积类金刚石膜的结构及性能研究

研究了利用低能离子束技术，在单晶硅片等多种基体表面形成类金刚石薄膜（ＤＬＣ膜）。利用透射电镜、Ｘ射线光电子能谱及拉曼光谱等分析手段对该膜进行了显微结构分析，发现类金刚石膜是含有金刚石及其它碳相的混合碳膜。对该膜性能测试表明，该膜类似金刚石的性能，其光学、电学、机械及化学性质优异。探讨了类金刚石膜生长的机理，对类金刚石膜的一些可能的应用进行了研究。