TiAlN和TiCrAlN薄膜的制备和耐磨性能

采用电弧离子镀和非平衡磁控溅射镀膜技术沉积TiAlN,TiCrAlN薄膜和TiCrAlN/TiCrN复合薄膜。采用扫描电镜(SEM)观察薄膜表面形貌和磨痕形貌,X射线衍射(XRD)检测薄膜结构,俄歇电子能谱仪(AES)分析薄膜成分,摩擦磨损试验评价薄膜的耐磨损性能。实验结果表明,采用Ti/TiN复合膜过渡层,可有效提高薄膜与基体的结合性能;采用磁控溅射与电弧离子镀复合技术制备的TiCrAlN/TiCrN薄膜表面较光滑、粗糙度小,与基体结合强度较高,仅产生较轻微的磨粒磨损和疲劳磨损,具有较优的耐磨性能,适合用于刀具表面处理。     

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.     

中频磁控溅射沉积DLC/TiAlN复合薄膜的结构与性能研究

采用中频非平衡磁控溅射沉积工艺,并施加霍尔离子源辅助沉积,在高速钢W18Cr4V及单晶硅基体上制备了梯度过渡的DIE/TiAlN复合薄膜.利用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、显微硬度计、摩擦磨损仪等分析检测仪器对DLC/TiAlN复合薄膜的表面形貌、晶体结构、显微硬度、耐磨性等性能进行了检测分析.实验及分析结果表明:DLC/TrAlN薄膜平均膜厚为1.1μm,由于薄膜中的Al含量较多,使得复合薄膜的表面比DLC薄膜的表面要粗糙一些;通过对复合薄膜表层的XPS分析可知,ID/IG为2.63.由XPS深层剖析可知,DLC/TiAlN薄膜表层结构与DLC薄膜基本相同,里层则与TiAlN薄膜相似.在梯度过渡膜中,复合膜层之间的界面呈现为渐变过程,结合的非常好.DLC/TiAlN薄膜的显微硬度为2030 HV左右.与DLC薄膜显微硬度接近,低于TiAlN薄膜的显微硬度.但是DLC/TiAlN薄膜的耐磨性要好于TiAlN薄膜和DLC薄膜;DLC/TiAlN薄膜的耐腐蚀性能略好于DLC薄膜.     

40Cr钢离子氮化与离子镀TiN复合涂层与苜蓿草粉之间的摩擦学特性

在橡胶轮磨料磨损实验机上考察了40Cr钢基体上离子氮化与离子镀TiN复合涂层在苜蓿草粉软磨料下的摩擦学特性。采用划痕法测定了涂层的结合力,利用XRD分析了涂层的相结构,应用扫描电子显微镜观察分析了涂层磨损表面形貌和磨损机理。结果表明:离子氮化与离子镀TiN复合涂层的膜基结合力和硬度均高于TiN涂层;其对于苜蓿草粉软磨料的耐磨性也高于TiN涂层和渗氮层;离子氮化过渡层能显著提高TiN涂层的膜基结合力并改善薄膜的韧性;涂层能有效限制硬质颗粒对基体的压嵌和切削。涂层在苜蓿草粉软磨料下的磨损机制既包括硬质颗粒磨料条件下的切削磨损,也包括软磨料条件下的多次塑性变形和周期疲劳磨损。涂层硬度和韧性的共增可以提高其对软磨料的耐磨性。     

铝基复合材料表面多层复合厚膜的研究

对含50%AlN颗粒的铝基复合材料进行预处理后,在其表面依次采用浸锌化学镀镍工艺制备Ni-P过渡层,采用脉冲偏压磁过滤多弧离子镀工艺沉积硬质Ti/TiN调制周期膜,采用脉冲等离子体化学气相沉积工艺制备含氢类金刚石(DLC)膜等工艺最后形成了多层复合薄膜体系。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、光谱仪、原子力显微镜、微载荷显微硬度仪、摩擦磨损试验机等设备分析了复合薄膜的组织结构、膜层形貌、截面形貌、显微硬度和摩擦系数等性能特点。测试表明:铝基复合材料/Ni-P层/Ti/TiN调制周期膜/含氢DLC膜这一梯度膜系具有结构交替变化,相邻界面形成混合层,性能梯度分布,硬度逐渐增加,摩擦系数小的特点。该复合工艺能够有效地解决铝基复合材料上制备硬质厚膜的热适配和晶格错配度大的难题,制备薄膜具有良好的膜基结合性能。     

脉冲偏压幅值对TiN／TiAlN多层薄膜微观结构和性能的影响

采用电弧离子镀的方法,通过改变脉冲偏压幅值在M2高速钢表面制备了TiN／TiAlN多层薄膜,研究了脉冲电压幅值TiN／TiAlN多层薄膜微观结构和性能的变化。随着脉冲偏压幅值的增加,薄膜表面的大颗粒数目明显减少。EDX结果表明,脉冲偏压幅值的增加还引起Al／Ti原子比的降低。TiN／TiAlN多层薄膜主要以（111）晶...     

磁过滤电弧离子镀TiN薄膜的制备及其强化机理研究

采用电弧离子镀(AIP)和磁过滤电弧离子镀(MFAIP)方法分别在不锈钢和硅片上制备了两种不同的TiN薄膜.利用扫描电镜(SEM)观察了薄膜的表面形貌及组织结构;利用X射线衍射(XRD)及透射电镜(TEM)进行相鉴定;用纳米力学测试系统(NHT)测量了薄膜的硬度.结果表明:MFAIP TiN薄膜具有强烈的(111)面择优取向,薄膜表面光滑、表面熔滴颗粒(MP)少、薄膜的柱状晶组织细小、致密,薄膜具有较高的硬度.并在此基础上讨论了薄膜的强化机理,认为磁过滤器是制备高质量TiN薄膜及其复合薄膜行之有效的一种方法,是今后制备高性能TiN及其复合膜的发展方向.     

TiN/H-DLC薄膜的制备及其性能研究

为了探究用复合技术制备的DLC复合薄膜的力学性能和耐腐蚀性能,采用多弧离子镀(MAIP)和非平衡磁控溅射技术(UBMS)分别在316L不锈钢基底上沉积了H-DLC、TiN和TiN/H-DLC薄膜.采用三维轮廓仪、扫描电镜以及拉曼光谱分析薄膜的形貌和微观结构,采用纳米压痕仪、划痕仪、CSM摩擦试验机和电化学工作站表征了薄...     

铀表面非平衡磁控溅射离子镀Ti基薄膜的组织结构与腐蚀性能

金属铀的化学性质十分活泼,极易发生氧化腐蚀。本文采用磁过滤多弧离子镀在金属铀表面制备Ti过渡层,然后采用非平衡磁控溅射离子镀技术制备了Ti、TiN单层膜及Ti/TiN多层薄膜,以期改善基体的抗腐蚀性能。采用X射线衍射、极化曲线、盐雾腐蚀试验对镀层的结构、表面形貌、抗腐蚀性能进行了分析。结果表明,采用磁控溅射在金属铀表面制备一层Ti/TiN多层膜后,多层膜界面较清晰,大量的界面可终止柱状晶的生长,细化晶粒,提高镀层的致密性,有效地改善了基体的抗腐蚀性能。     

TiN/TiCN多层调制结构薄膜的耐蚀性

多弧离子镀和磁控溅射制备薄膜各有优缺点,将2种技术复合制膜的研究还少有报道.采用多弧离子镀和磁控溅射复合技术在304不锈钢基体表面制备了TiN单层和TiN/TiCN多层膜,采用扫描电镜、X射线衍射仪并结合电化学测试等着重研究了不同调制周期下薄膜组织结构与耐腐蚀性能的变化规律.结果表明:所制备的TiN/TiCN多层膜表面平整、致密,随着调制周期的减小,TiN/TiCN多层膜发生生长取向的转变,且具有(111)晶面生长织构;TiN/TiCN多层膜在3.5 ％NaC1溶液中的抗腐蚀能力优于基体和单层TiN薄膜,随着多层膜调制周期的减小,其抗腐蚀性逐渐增强,在λ =0.150 μm时,多层膜的自腐蚀电流密度和极化电阻分别为0.106 7μA/cm2和679.700 kΩ·cm2,腐蚀速率下降到最低,具有良好的耐腐蚀性.     

中频磁控溅射TiAlN薄膜的制备与性能研究

采用中频非平衡磁控溅射离子镀技术在硬质合金基体YG6上制备TiAlN薄膜。利用XRD、EDS、体式显微镜、显微硬度仪和多功能材料表面性能测试仪等对其组织结构以及性能进行了研究分析。结果表明:低Al靶功率时,膜层以TiN、TiC形式存在,TiN的择优取向面(111),显微硬度与偏压有关;高Al靶功率时,膜层主要存在Ti3AlN、AlN相,Ti3AlN相沿(220)晶面择优取向;膜层结构致密均匀,N原子与金属原子比接近1:1;膜层厚度为1.93μm;显微硬度3145HV;结合力85N。     

复合离子镀AlTiN薄膜的表面形貌

本工作将阴极真空电弧沉积法和磁控溅射离子镀法结合形成复合镀膜工艺,即用电弧蒸发Ti靶的同时,用磁控溅射Al靶,并通入反应气体N2,以在高速钢基底上镀制AlTiN薄膜,考察了复合镀膜方法获得的AlTiN薄膜的表面形貌,并将其与单一法镀膜的表面形貌进行了对比分析.电弧离子镀制备的AlTiN薄膜表面颗粒很多,而且尺寸大,表面很粗糙,磁控溅射制备的AlTiN薄膜表面光滑平整,复合镀得到的AlTiN薄膜表面粗糙度介于二者之间,但从形貌上看,复合镀的薄膜呈现出典型的层状生长特征,在SEM下可清晰地看到表面的层状生长在部分区域不完全.测试发现,复合镀薄膜形貌并不是电弧镀和溅射镀薄膜形貌的简单混合,而是具有自身独特的特征,这可能是由于电弧弧光等离子体与溅射的辉光等离子体相互作用的结果.     

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。     

非平衡磁控溅射沉积TiN/Ti-O复合薄膜机械性能研究

本文利用非平衡磁控溅射设备,采用四种不同的TiN到Ti-O的过渡方式,在Si(100)和Ti6A14V基体上制备了TiN/Ti-O薄膜.采用X射线衍射(XRD)分析薄膜的结构;使用AMBIOSXP-2台阶仪检测薄膜应力;利用XDl000B knoop型显微硬度仪、瑞士CSEM销盘摩擦磨损实验机、WS-97系统划痕实验机对薄膜的力学性能进行检测.结果表明,在钛合金表面制备TiN薄膜后,逐渐降低N2流量至0 sccm,沉积一层Ti膜,再用逐渐通入O2制备Ti-O薄膜的工艺制备的TiN/Ti-N/Ti/Ti-O薄膜具有较好的力学性能.     

MoS2/Zr复合薄膜的制备及性能研究

采用新型中频磁控溅射技术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MoS2／Zr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。测试涂层的厚度、显微硬度及涂层与基体之间的结合力等性能参数。结果表明：制备的MoS2／Zr复合薄膜结构致密，结合力约为60N，厚度约为2．6μm，硬度约为HV800。     

脉冲工艺在薄膜制备中的应用

本文综述了国内外脉冲工艺在电弧离子镀和磁控溅射中的应用.脉冲工艺为电弧离子镀净化大颗粒、增强膜基结合力、改善组织形貌、降低沉积温度等起到了重要作用.电弧或溅射离子镀高的离化率为脉冲工艺提供了最好的应用条件.最后,对脉冲工艺在薄膜制备中的应用前景进行了展望.     

CrAlN纳米复合涂层的组织结构及切削性能研究

目前对CrAlN涂层的研究主要集中在组织结构、力学性能和抗高温氧化性能等方面,对涂层的切削性能研究较少.采用电弧离子镀和脉冲直流磁控溅射共沉积技术制备了一种CrAlN纳米复合涂层,采用XRD、扫描电镜、纳米压痕仪、划痕仪等分析了涂层的组织结构和力学性能.结果 表明:CrAlN纳米复合涂层以fcc-(Cr,Al)N相为主...     

（Ti，Cr）N复合涂层组织结构与力学性能的研究

本文首先用离子氮化制备过渡层,然后进行电弧离子镀,通过改变靶的成分来控制涂层的成分,沉积结构成分不同的(Ti,Cr)N复合涂层:(TiCr)N+TiN和CrN+(TiCr)N.采用电子探针(EPMA)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、纳米压痕仪及微米划痕仪等方法表征了两种复合膜的成分结构和力学性能.测试分析结果表明:由于Cr原子部分取代TiN中的Ti原子及对液滴的轰击碰撞作用,改善细化了涂层的表面微观组织.两种涂层都具有良好的膜基结合性能,后者的弹性模量低于前者,而硬度、韧性及结合性能均高于前者.     

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.     

TiAlN/TiN纳米多层膜的微结构与力学性能

采用多靶反应磁控溅射制备了一系列TiAlN层厚固定,TiN层厚在一定范围内连续变化的不同调制结构的TiAlN/TiN纳米多层膜,并使用X射线衍射分析、扫描电子显微镜、纳米压痕仪和CETR-UMT-3型多功能摩擦磨损试验机对多层膜的微观结构和力学性能进行了表征和分析。研究结果表明:TiAlN/TiN纳米多层膜形成了周期性良好的成分调制结构,其中TiN层的插入并没有打断TiAlN层的柱状晶生长。在一定的调制周期下,TiN层和TiAlN层能够形成共格外延生长结构,多层膜呈现硬度异常升高的超硬效应,当TiN层厚约为1.6 nm时多层膜的硬度达到最大值50 GPa,并具有相比于TiAlN单层膜更低的摩擦系数。进一步增加TiN层厚,由于多层膜共格界面结构的破坏,多层膜的硬度随之降低。