Experimental Verification of the Physical Model for Droplet-Particles Cleaning in Pulsed Bias Arc Ion Plating

It has been reported that application of pulsed biases in arc ion plating could effectively eliminate droplet particles. The present paper aims at experimental verification of a physical model proposed previously by us which is based on particle charging and repulsion in the pulsed plasma sheath. An orthogonal experiment was designed for this purpose, using the electrical parameters of the pulsed bias for the deposition of TiN films on stainless steel substrates. The effect of these parameters on the amount and the size distribution of the particles were analyzed, and the results provided sufficient evidence for the physical model.     

脉冲偏压对电弧离子镀深管内壁沉积TiN薄膜的影响

用电弧离子镀设备,分别采用直流偏压和脉冲偏压的沉积工艺,在一端封口的50 mm×200 mm×5 mm的不锈钢深管内壁上沉积TiN薄膜,对薄膜的厚度、表面形貌、相结构、硬度和磨损性能等随管子深度的变化进行了对比测试.结果表明,两种工艺下薄膜的厚度、硬度以及耐磨性能都随管子的深度而下降,但与直流偏压相比,脉冲偏压能够提高薄膜厚度和硬度,减少大颗粒的尺寸和数量,提高耐磨性能;按照硬度不低于20 GPa的标准划分,脉冲偏压使镀膜深度提高了40%,即从直流偏压的50 mm提高到70 mm.     

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。     

脉冲偏压对电弧离子镀TiNbN硬质薄膜相结构的影响

用电弧离子镀设备,在其他工艺参数相同的条件下,通过仅改变脉冲偏压幅值的方法分别沉积TiNbN硬质薄膜,考察脉冲偏压对薄膜相结构的影响.结果表明,TiNbN硬质薄膜的相结构随脉冲偏压幅值的变化而变化:当幅值为-300 V时,得到TiN类型的(TiNb)N的固溶体;-600 V时,得到TiN和δ-NbN的混合相结构;而在-900 V时,则得到TiN和δ-NbN以及β-Nb2N三相混合结构.分析表明,脉冲偏压能够改变薄膜相结构,这与不同偏压提供的离子沉积能量,能够分别满足各个化合物生成自由能的热力学条件有关.     

附加偏置电场对电弧离子镀TiN薄膜结构和性能的影响

为了改善电弧离子镀薄膜表面存在的大颗粒污染问题,在真空室内附加一个与靶-基连线垂直的偏置电场,探究不同偏置电压对薄膜表面形貌、微观结构和力学性能的影响规律。结果表明,不同电压下TiN薄膜均呈晶态,沿(111)晶面择优生长,薄膜的微观结构受偏置电场的影响很小。随偏置电压增大,薄膜的结合力、显微硬度呈现先增后减趋势,在24V时均达最大值,电压进一步增大到32V时,结合力和显微硬度反而有少许下降。偏置电场可以有效改善薄膜表面形貌,当电压为32V时,薄膜表面质量最好,摩擦因数仅为0.115。     

TC4钛合金表面电弧离子镀TiN/CrN纳米多层薄膜研究

用电弧离子镀技术在TC4钛合金基体上通过改变偏压制备了4组TiN/CrN薄膜,对薄膜的表面形貌、厚度、相结构、硬度、膜基结合力和摩擦系数等组织、性能进行了测试表征。结果表明,薄膜是由TiN相和CrN交替叠加构成的纳米多层薄膜,薄膜的调制周期为60 nm,总的厚度约为480 nm。与基体钛合金相比,镀膜后样品的表面性能与偏压幅值密切相关并有显著提高:显微硬度从基体的3 GPa提高到16.5~24.7 GPa;摩擦系数从基体的0.35大幅度降低到0.14~0.17;薄膜与基体结合牢固,膜基临界载荷在60~80N之间。经电弧离子镀TiN/CrN纳米多层薄膜处理后,TC4钛合金可以满足沙粒和尘埃磨损条件下的耐磨性能要求。     

电弧离子镀沉积TiC_x薄膜的结构和性能研究

采用脉冲偏压电弧离子镀沉积系统,在W6Mo5Cr4V2高速钢基体上制备出不同成分的TiCx薄膜。通过扫描电镜、X射线衍射、X射线光电子谱及拉曼光谱对薄膜的表面形貌和微观结构进行分析;采用纳米压痕和摩擦磨损试验来表征薄膜的力学性能。结果表明:所制备的薄膜为富碳TiCx薄膜,富碳成分均以非晶碳形式存在。随着非晶碳组分的增加,薄膜硬度和弹性模量逐渐降低,获得的最高值分别为36GPa和381GPa,同时薄膜的摩擦系数在0.2~0.3之间。     

电弧离子镀硬质梯度薄膜技术

电弧离子镀设备若具有必要的功能条件 ,就可用纯金属分离靶弧流控制技术来制取多元硬质梯度薄膜 ,本工作明确合成梯度薄膜的工艺原则 ,并以TiAl多层合金梯度薄膜和 (Ti,M)N(M为Zr ,Nb等元素 )硬质梯度薄膜为例 ,进一步展开说明该技术的工艺过程 ,对实际效果给予评定。结果表明 ,用电弧离子镀技术制备多元硬质梯度薄膜 ,具有操作简便、沉积速度快、成分调节范围宽等优点 ,为多元复合硬质薄膜的合金强化机制与结构优化研究 ,提供了关键的技术条件     

离子束强化镀氮化钛薄膜正艺的研究

本文系统地研究了离子束强化高频离子镀TiN的工艺参数。为了比较其效果,相应地进行了高频离子镀、离子束强化蒸镀工艺实验。测量了上述三种方法镀膜的物理性能、分析了组织结构。离子束强化不仅提高了沉积速率,而且有明显的细化晶粒、择优取向的作用。本研究所得结果对提高 TiN 沉积速率、膜质量都有实用意义。     

反应磁控溅射离子镀氮化钛薄膜质量与工艺参数的关系

本文总结了影响反应磁控溅射离子镀氮化钛膜层质量的主要工艺参数。测得了靶极电压与氮气流量、靶极电流与氮气流量、溅射室内压强与氮气流量、氮化钛膜的颜色与氮分压、氮化钛膜的颜色与基板温度、靶极功率与氩气分压的关系以及薄膜层中氮、钛含量沿薄膜表面的分布。上述结果对提高溅射速率和薄膜质量有很大的实际意义。     

脉冲偏压电弧离子镀制备C_(1-x-y)N_xZr_y超硬复合薄膜

用脉冲偏压电弧离子镀方法在保持石墨靶弧流恒定的条件下,通过同步改变锆靶弧流与氮流量,在硬质合金基体上制备了一系列不同成分的C1-x-yNxZry复合薄膜.随着锆靶弧流与N流量增加,薄膜中Zr与N含量都呈线性增加,同时C含量快速减少.Raman光谱显示所制备的薄膜具有DLC特征,而XRD结果显示薄膜中还存在有明显的ZrN晶体相,说明本实验所制备的薄膜属于在DLC非晶基体上匹配有ZrN晶体相的碳基复合薄膜.随Zr与N含量增加,薄膜硬度先增大后降低,当x=0.19,y=0.28时薄膜具有最高硬度值,为43.6GPa,达到了超硬薄膜的硬度值.     

Co-based Amorphous/Nanocrystalline Composite Coatings Deposited by Arc Ion Plating

Cobalt-based amorphous/nanocrystalline composite coatings have been grown by arc ion plating together with a specimen cooling system.With decreasing substrate temperature,the coatings undergo significant structure evolution.The degree of crystallization first decreases and subsequently increases as confirmed by X-ray diffraction.The cluster size first decreases and then remains constant as confirmed by transmission electron microscopy.The effect of substrate temperature on the evolution of the structure has been studied as a result of a competition between nucleation thermodynamics and kinetics of crystalline growth.With decreasing the substrate temperature,the microhardness and the critical load of the composite coatings firstly increased,and then remained almost constant.And the saturation magnetization revealed the opposite trend over the same range.The essence of these phenomena was ascribed to the microstructural variations caused by the decrease of the substrate temperature.     

调制比对电弧离子镀Cr/TiN纳米多层膜力学性能的影响

采用电弧离子镀技术,通过改变调制比沉积Cr/TiN纳米多层膜.利用扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线衍射仪、纳米压痕仪研究了调制比对Cr/TiN纳米多层膜表面形貌、微观结构以及力学性能的影响.结果表明,纳米多层膜表面致密、平滑均匀,膜层与基底结合良好,膜层综合力学性能优异,出现明显的纳米效应和界面效应.当调制比为2:...     

辉光弧光协同共放电方式制备TiN薄膜的研究

分别采用中频磁控溅射、电弧离子镀及辉光弧光协同共放电混合镀(APSCD)三种方式在碳钢基体上制备TiN薄膜,采用原子力学显微镜、显微硬度计、台阶膜厚仪、电化学技术对薄膜表面形貌、显微硬度、膜厚、耐腐蚀性进行测试.研究结果表明:多弧离子镀薄膜颗粒的平均粗糙度为7.066 nm,混合镀薄膜颗粒的平均粗糙度为4.687 nm,在相同时间条件下,磁控溅射薄膜厚度为658 nm,混合镀膜厚度为1345 nm,混合镀工艺具有降低多弧离子镀粗糙度又可以克服磁控溅射沉积速率慢的优点.经过混合镀TiN薄膜后,基体表面显微硬度从226HV提高到1238 HV,在天然海水中测得混合镀膜层腐蚀电位比基体提高104 mV.     

电弧离子镀中不同偏压模式对TiN薄膜形貌的黄美东

用扫描电子显微镜观察了电弧离子镀中各种不同偏压模式：不加偏压、加不同直流偏压和加幅值相同但占突比不同的脉冲偏压情况下获得的TiN薄膜的表面形貌,结果表明,脉冲偏压可以大大减小膜表面的大颗粒尺寸和数量,显著改善表面形貌。     

多弧离子镀(TiZr)N硬质膜的热震失效过程

(TiZr)N膜层的热震性能对于(TiZr)N膜在刀具上的应用至关重要,目前此类研究还非常有限。采用多弧离子镀技术制备不同Ti/Zr原子比的3种(TiZr)N硬质反应膜,在600℃下采用水冷和空冷2种方式进行热震循环试验,考察了(TiZr)N硬质反应膜的成分、表面形貌和热震失效过程,讨论了表面形貌特别是表面液滴、膜层成分以及热震循环方式对(TiZr)N硬质反应膜热震性能的影响。结果表明:(TiZr)N膜层热震失效过程具有裂纹形成、裂纹扩展、形变区域形成并最终导致膜层脱落的特性;膜层中Zr含量增加,(TiZr)N膜层热震失效加剧;与空冷热震循环相比,水冷循环明显加剧了(TiZr)N膜层失效。     

真空阴极离子镀法制备Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜

过去,在不锈钢上沉积10μm以上多元多层软硬交替Ti/TiN/Zr/ZrN厚膜用以提高材料耐腐蚀性能的报道不多.采用阴极电弧离子镀结合脉冲偏压的方法制备了厚度选15 μm的Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜.运用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、显微硬度计、划痕仪等考察了多层膜的形貌、厚度、相组成、硬度以及膜/基结合力,并利用电化学方法评价了基体、单层TiN薄膜以及多层膜的电化学腐蚀性能.结果表明:制备的Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜界面明晰、结构致密、晶粒细小;膜/基结合力大于70 N,显微硬度达28 GPa;多层膜比单层TiN膜在提高1Cr11Ni2W2MOV基体的抗腐蚀能力方面具有更显著的作用.     

不同衬底上TiN薄膜的制备及性能研究

利用电弧离子镀技术在不锈钢，硅衬底及玻璃衬底上沉积了ＴｉＮ薄膜，并在大气环境下进行了７００℃３０ｍｉｎ退火处理，测量了其退火前后的硬度，Ｘ射线分析了退火前后的成分，对硅衬底上沉积的薄膜则测量了退火前的电阻率变化。在玻璃衬底上改变实验条件沉积了不同颜色的薄膜，测量了不同色泽薄膜的电阻率和制备条件的关系，对退火后薄膜内微观结构的变化进行初步分析由此讨论了退火后薄膜硬度及电阻率变化的原因，并解释了讨论了     

C2H2／H2比率对铝合金上电弧离子镀类金刚石膜的结构和腐蚀性能的影响

本文研究了在2024铝合金衬底上，环境气氛中C2H2／H2比率对电弧离子镀沉积类金刚石膜层的结构和腐蚀性能的影响。Raman谱分析表明，随着C2H2／H2比率的降低，其D峰和G峰的强度比ID／IG值增加，这意味着膜层中sp^3／sp^2键比率减少，膜层的力学性能下降；同时，G峰的峰位向高波数方向移动，峰的半高宽变窄；D峰的峰位也在向高波数方向移动变化，但峰的半高宽变化相反，逐渐宽化。膜层可以进一步提高铝合金试样的抗腐蚀能力，从自腐蚀电位看，随着C2H2／H2比率的降低，膜层试样的抗腐蚀性能略逐渐增加。     

电弧离子镀TiN及其复合膜的腐蚀机理探讨

利用电弧离子镀在高速钢基体上制备了TiN及其复合膜（Ti，Cr）N，通过盐水全浸泡试验测量了薄膜的腐蚀速率。利用SEM观察了薄膜腐蚀后的表面形貌及断口形貌，并用其自带的能谱分析仪测量复合膜中Cr的含量，讨论了带有宏观熔滴颗粒的TiN及其复合膜（Ti，Cr）N的腐蚀机理。结果表明：高速钢表面电弧离子镀TiN和（Ti，Cr）N复合膜均可提高其耐腐蚀性能，薄膜的腐蚀主要有小孔腐蚀、缝隙腐蚀及电偶腐蚀。