碳靶电流对CrCN镀层摩擦系数的影响

采用闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术于单晶硅和M2高速钢基片上制备CrCN镀层以研究C靶电流对CrCN镀层摩擦系数的影响,并通过能谱、原子力显微镜、X射线衍射、X射线光电子能谱分析了C元素的存在状态及其对CrCN镀层组织结构的影响规律.结果表明,当碳靶电流Ic从0A增大到1-5A时,镀层摩擦系数从0.75降至0.3,镀层...     

喷射电沉积Ni及Ni-ZrO2复合镀层的表面形貌和硬度

采用喷射电沉积技术在45钢基体上制备了Ni及Ni-ZrO2复合镀层,并对各种镀层进行扫描电子显微镜(SEM)表面形貌观察、能谱分析(EDS)、X射线衍射仪(XRD)晶粒尺寸测定以及镀层显微硬度测定。比较了不同电流密度、温度和纳米颗粒浓度对镀层表面形貌和硬度的影响规律。结果表明:电流密度由0.55A/cm2提高到1.00A/cm2后,镀层表面越粗糙,晶粒尺寸由15nm增大到23nm,显微硬度由571HV降低到364HV;温度由20℃升高到50℃后,表面呈现先变粗糙后变平整趋势,且镀层中Ni含量上升,Fe含量下降,镀层硬度由551HV降低到364HV;ZrO2纳米颗粒质量浓度由0g/L提高到25g/L时,表面仍呈现先变平整后变粗糙趋势,镀层晶粒尺寸由22nm降低到13nm,硬度由384HV提高到521HV。     

溅射辅助微波等离子体化学气相沉积SiCN晶体

在微波等离子体化学气相沉积系统中,利用脉冲氮离子束溅射二氰二氨靶产生的碳氮粒子作为合成前驱物,在石英玻璃基片上研究了SiCN晶体的合成。用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDX)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)研究了基片温度对薄膜的形貌、成分和结构的影响。结果表明:随着基片温度的降低,沉积物由截面为六方形的结晶良好的SiCN晶体(800℃)变成发育不完全的聚片状晶体(700℃),直到变成颗粒细小的无定形碳氮薄膜(550℃)。衍射峰的强度以及晶胞参数a和c的值随温度的降低而减小。薄膜为C原子部分取代Si3N4中的Si原子位置而形成的SiCN晶体,其中N原子主要与Si原子结合,C原子以sp3C—N、sp2CN和sp2CC键的形式存在。降低基片温度有利于提高薄膜中的C含量和sp3C—N键的含量。     

Co-P-碳纳米管化学复合镀层的性能及结构研究

采用化学镀的方法,将碳纳米管(CNT)作为第二相加入化学镀钴、磷镀液中,制得以Co-P-CNT为主的复合镀层.其中钴含量达41.4%,CNT含量达21.1%.采用显微硬度分析,磨损试验等方法对不同粒度的碳纳米管镀层进行了摩擦学性能和耐腐蚀性能等方面的对比;并运用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等手段对镀层的晶相结构进行了分析.结果表明,CNT的加入使复合镀层显微硬度下降,但耐腐蚀性和耐磨性提高;镀层内单质钴的钴峰产生了晶格畸变,晶格常数变小.     

非晶态Cr-C合金镀层性能及晶化过程研究

采用电沉积法制备非晶态Cr-C合金镀层,利用X射线衍射和扫描电子显微镜对镀层结构和形貌进行表征,并对镀层进行硬度、耐磨性、耐腐蚀性及热处理实验。结果表明,非晶态Cr-C合金镀层硬度、耐磨性和耐腐蚀性均明显优于普通晶态镀层;施镀态镀层硬度为997HV0.025,在300～600℃范围内发生晶化反应并析出Cr7C3、Cr23C6化合物,硬度可达1610HV0.025。     

脉冲电沉积纳米晶镍沉积层的力学性能研究

为了提高镍沉积层的显微硬度和抗拉强度,采用传统的Watt镀液通过脉冲电沉积制得纳米镍沉积层.通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)方法分析了沉积层的表面形貌、织构和晶粒大小与脉冲参数的关系.分析表明,微观形貌为胞状结构,平均晶粒尺寸为10.3 nm;随着占空比减小,晶粒得以细化.研究了脉冲参数对纳米镍镀层显微硬度、抗拉强度的影响,最大显微硬度达到591 HV,最大拉伸强度达900MPa,分别为直流镍镀层的4.0和1.4倍;热处理试验表明,200℃热处理有利于提高镍镀层的显微硬度.     

电流密度对自动化电刷镀Ni镀层组织结构和性能的影响

为提高电沉积镀层质量和自动化程度,开发了新型的自动化电刷镀技术。利用扫描电镜、X射线衍射仪、透射电镜、X射线应力测试仪、数显显微硬度计和显微磨损试验机考察了不同电流密度下制备的电刷镀Ni镀层的组织结构和性能,并与电镀Watts Ni对比。结果表明,应用电刷镀制备的镍镀层组织平整致密,无针孔、麻点等缺陷;随着电流密度从4A/dm2增加到16A/dm2,电刷镀Ni镀层的(111)面择优取向逐渐降低,(200)面择优取向逐渐增加,镀层的晶粒尺寸和应力逐渐增大,硬度约在500～600HV之间波动,镀层磨损失重由6.8mg降低到5.2mg。     

基片温度对强流脉冲离子束烧蚀等离子体沉积类金刚石薄膜结构和性能的影响

利用强流脉冲离子柬(High-intensity pulsed ion beam-HIPIB)烧蚀等离子体技术在Si(100)基体上沉积类金刚石(Diamond-like carbon-DLC)薄膜，基片温度的变化范围从25℃(室温)到400℃。利用Raman谱、X射线光电子谱(XPS)、X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)研究基片温度对DLC薄膜的化学结合状态、表面粗糙度、薄膜显微硬度和薄膜内应力的影响。根据XPS和Raman谱分析得出，基片温度低于300℃时，sp3C杂化键的含量大约在40％左右；从300℃开始发生sp3C向sp2C的石墨化转变。随着沉积薄膜时基片温度的提高，DLC薄膜中sp3C的含量降低，由25℃时42．5％降到400℃时8．1％，XRD和AFM分析得出，随着基片温度的增加，DLC薄膜的表面粗糙度增大，薄膜的纳米显微硬度降低，摩擦系数提高，内应力降低。基片温度为100℃时沉积的DLC薄膜的综合性能最好，纳米显微硬度22GPa，表面粗糙度为0．75nm，摩擦系数为0．110。     

基片温度对强流脉冲离子束烧蚀等离子体沉积类金刚石薄膜结构和性能的影响

利用强流脉冲离子束 (High intensitypulsedionbeam HIPIB)烧蚀等离子体技术在Si(1 0 0 )基体上沉积类金刚石 (Dia mond likecarbon DLC)薄膜 ,基片温度的变化范围从 2 5℃ (室温 )到 40 0℃。利用Raman谱、X射线光电子谱 (XPS)、X射线衍射(XRD)和原子力显微镜 (AFM)研究基片温度对DLC薄膜的化学结合状态、表面粗糙度、薄膜显微硬度和薄膜内应力的影响。根据XPS和Raman谱分析得出 ,基片温度低于 30 0℃时 ,sp3C杂化键的含量大约在 40 %左右 ;从 30 0℃开始发生sp3C向sp2 C的石墨化转变。随着沉积薄膜时基片温度的提高 ,DLC薄膜中sp3C的含量降低 ,由 2 5℃时 42 .5 %降到 40 0℃时 8.1 % ,XRD和AFM分析得出 ,随着基片温度的增加 ,DLC薄膜的表面粗糙度增大 ,薄膜的纳米显微硬度降低 ,摩擦系数提高 ,内应力降低。基片温度为 1 0 0℃时沉积的DLC薄膜的综合性能最好 ,纳米显微硬度 2 2GPa ,表面粗糙度为 0 75nm ,摩擦系数为 0 .1 1 0。     

纳米二氧化钛表面组成及其微结构分析技术进展

介绍了纳米TiO2表面组成，微结构分析技术近年来的进展，光电子能谱技术包抱X光电子能谱（XPS）和俄歇光电子能谱（AES），光谱分析技术包括红外光谱（IR）和Raman光谱，显微分析技术中有扫描隧道显微镜（STM），原子动力显微镜（AFM）及扫描和透射电子显微镜（SEM，TEM），X射线分析技术主要是X射线衍射（XRD）。     

活塞环表面CrN基复合膜的组织结构与摩擦副匹配机理研究

为降低活塞环与缸套摩擦副的磨损及延长活塞环的使用寿命,本文采用多弧离子镀在活塞环表面制备了CrN及CrTiAlN复合膜,比较研究了Cr电镀层与CrN,CrTiAlN复合膜的纳米硬度及高温摩擦磨损性能,采用X射线衍射、扫描电子显微镜、能谱仪、纳米硬度仪和发动机台架试验装置,系统分析了CrTiAlN复合膜的成分、相结构、表面形貌、纳米硬度和抗高温摩擦磨损性能,研究结果表明:CrTiAlN复合膜的主要组成成分为Cr,Ti,Al,N,复合膜中含有CrN,Cr2N,TiN和非晶的AlN相。CrTiAlN复合膜表面组织致密,均匀分布着许多颗粒,最大的达400 nm以上,而最小的仅几十纳米。断面结构为纤维状的柱状晶组织。CrN,CrTiAlN复合膜比电镀Cr具有较优的力学性能和高温摩擦磨损性能,与缸套匹配性能良好,最后对三种活塞环涂层的摩擦副匹配机理进行了分析讨论。     

高功率脉冲磁控放电等离子体注入与沉积CrN薄膜研究

采用高功率脉冲磁控放电等离子体离子注入与沉积的方法在不锈钢基体上制备了高膜基结合力的CrN硬质薄膜,并研究了不同的Ar/N流量比对薄膜形貌、结构及性能的影响.采用扫描电子显微镜、X射线衍射对其表面形貌和结构进行分析,发现制备的薄膜表面光滑、致密,相结构单一,主要是CrN(200)相.对薄膜的结合力、硬度、弹性模量、耐磨...     

多弧离子镀(Ti,Al,Zr,Cr)N多组元氮化物膜的研究

采用多弧离子镀技术,使用Ti Al Zr合金靶和Cr靶,在W18Cr4V高速钢基体上沉积(Ti,Al,Zr,Cr)N多组元氮化物膜.利用扫描电镜(SEM)、电子能谱仪(EDS)和X射线衍射(XRD)对薄膜的成分、结构和微观组织进行测量和表征;利用划痕仪、显微硬度计测评薄膜的力学性能.结果表明,获得的多组元氮化物膜仍具有B1 NaCl型的TiN面心立方结构;薄膜的成分除-50V偏压外,其它偏压下的变化均不明显;增大偏压可减少薄膜表面的液滴污染,提高薄膜的显微硬度及膜/基结合力,最高值可分别达到HV3300和190N.     

QT600材料表面离子镀AlCrN涂层的耐磨性能研究

采用多弧离子镀膜的方法在空压机转子QT600表面制备AlCrN涂层,详细研究干滑动摩擦条件下,不同载荷对涂层和基体的滑动摩擦学特性。研究结果表明:转子基体的磨损形式主要为黏着与磨粒磨损,载荷越高,磨粒磨损越严重;AlCrN涂层在2N载荷下的磨损形式主要为黏着磨损,在8N载荷下主要为黏着与磨粒磨损。     

Microstructure and mechanical properties of nanostructure multilayer CrN/Cr coatings on titanium alloy

Five different nanostructured, multilayer coatings (CrN/Cr)x8 with different thickness ratio of Cr and CrN layers were deposited by PAPVD (Plasma Assisted Physical Vapour Deposition) vacuum arc method on Ti6Al4V titanium alloy. The microstructure, chemical and phase composition of the CrN and Cr sub-layers were characterized by SEM with EDX and Cs-corrected dedicated STEM on cross-sections prepared by focus ion beam. Besides, hardness and Young's modulus of the (Cr/CrN)x8 coatings has been measured. The adhesion has been tested by scratch test method. The obtained (CrN/Cr) multilayer coatings, 5-6 μm in thickness, have homogeneous and nanocrystalline structure, free of pores and cracks. The microstructures of Cr and CrN layers consist of columnar grains below 100 nm in diameter. The hardness and Young's modulus of these coatings depend linearly on thickness ratio of Cr and CrN layers. The decrease of the thickness ratio Cr/CrN 0.81 to 0.15 results in the increase of hardness from 1275 HV to 1710 HV and Young's modulus from 260 GPa to 271 GPa.     

Effect of layer thickness on thermal properties of multilayer thin films produced by PVD

Cr/CrN/CrAlN, CrN/CrAlN and Cr/CrN thin layers were deposited by PVD (Physical Vapor Deposition). The multilayers were obtained from the combined deposition of different layers Cr, CrN and CrAlN thick films on on AISI4140 steel and silicon substrates at 200 °C, and evaluated with respect to fundamental properties such as structure and thermal properties. Cr, CrN and CrAlN single layers were also prepared for comparison purposes. The structural and morphological properties of PVD layers were characterized by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) coupled with EDS + WDS microanalyses, stresses were determined by the Newton’s rings methods using the Stoney’s equation and surface hardening and hardness profiles were evaluated by micro hardness measurements. The XRD data and HRTEM showed that both the Cr/CrN, CrN/CrAlN and Cr/CrN/CrAlN multilayer coatings exhibited B1NaCl structure with a prominent reflection along (200) plane, and CrAlN sub-layer microstructures composed of nanocrystallites uniformly embedded in an amorphous matrix. The innovation of this work was to use the thickness of three different coating types to determine the thermal properties. Furthermore, an empirical equation was developed for the thermal properties variations with temperature of AISI4140 steel coated with different multilayer coatings. The thermal conductivity of CrAlN single layered was lower than the multilayer and the bulk material AISI4140. Moreover, the influences of structure and composition of the multilayer coatings on the thermal properties are discussed.The thermal conductivity of nanoscale thin film is remarkably lower than that of bulk materials because of its various size effects.     

磁控溅射C靶电流对Cr/C和Cr/C/N复合镀层组织和性能的影响

利用控溅射技术,通过改变溅射C靶电流工艺参数,在45#钢上制备出Cr/C和Cr/C/N复合镀层.用能谱仪(EDS),X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)检测镀层的微观组织;用HX-1000型维氏显微硬度计、球-盘摩擦磨损试验机(POD)、光学显微镜(OM)测试镀层的力学性能.结果表明:随C靶电流增加,镀层微...     

溅射气压对碳化钒薄膜微结构与力学性能的影响

采用碳化钒靶的磁控溅射方法在不同的Ar气压下制备了一系列碳化钒薄膜,利用能量分析光谱仪,X射线衍射,扫描电子显微镜,原子力显微镜和微力学探针研究了气压对薄膜成分、相组成、微结构以及力学性能的影响。结果表明磁控溅射VC陶瓷靶可以方便地制备晶体态的单相碳化钒薄膜,并且溅射气压对薄膜的化学成分、相组成、微结构以及相应的力学性有较大的影响。在溅射气压为2.4~3.2 Pa的范围内,可获得结晶程度好和硬度与弹性模量较高的碳化钒薄膜,其最高硬度和弹性模量分别为28,269 GPa。低的溅射气压(0.32~0.9 Pa)下,所得薄膜结晶较差且硬度较低;过高的溅射气压(>4.0 Pa),薄膜的溅射速率降低,结晶变差,其硬度和弹性模量亦随之降低。低气压下薄膜碳含量较高和高气压下溅射原子能量降低可能是薄膜结晶程度降低的主要原因。     

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。     

冷作模具钢等离子渗镀CrVN复合涂层摩擦磨损性能研究

采用等离子渗镀技术在DC 53冷作模具钢表面制备CrN和CrVN复合涂层,利用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、显微硬度计和摩擦磨损试验机,对比研究了两种涂层的组织结构、力学性能以及摩擦磨损性能。结果表明:所制备的CrN和CrVN涂层均为面心立方(fcc)结构,并呈现(111)择优取向,其中CrVN涂层形成了以fcc-CrN相为基础的CrVN固溶体结构。CrN涂层中掺入V抑制了柱状晶生长,涂层结构更加致密,硬度和结合力明显提高,摩擦系数及磨损率降低。CrVN涂层表面粗糙度较低,并在摩擦过程中生成具有自润滑性的VO2,涂层抗粘铝性能得到改善。