TiN/Si3N4纳米多层膜的生长结构与超硬效应

采用磁控溅射方法制备了一系列不同Si3N4和TiN层厚的TiN/Si3N4纳米多层膜,采用X射线衍射、高分辨电子显微分析和微力学探针表征了薄膜的微结构和力学性能,研究了Si3N4和TiN层厚对多层膜生长结构和力学性能的影响.结果表明:当Si3N4层厚小于0.7 nm时,原为非晶的Si3N4在TiN的模板作用下晶化并与之形成共格外延生长的柱状晶,使TiN/Si3N4多层膜产生硬度和弹性模量异常升高的超硬效应.最高硬度和弹性模量分别为34.0 GPa和353.5 GPa.当其厚度大于1.3 nm时,Si3N4呈现非晶态,阻断了TiN的外延生长,多层膜的力学性能明显降低.此外,TiN层厚的增加也会对TiN/Si3N4多层膜的生长结构和力学性能造成影响,随着TiN层厚的增加,多层膜的硬度和弹性模量缓慢下降.     

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.     

超硬纳米多层膜致硬机理研究

本文综述了近年来纳米多层膜界面微结构及超硬效应的研究进展, 表明纳米多层膜硬化的主要机制和位错的运动相关, 晶格错配引起的交变应变场对硬化起次要作用, 模量差异致硬起主要作用. 指出了超硬纳米多层膜研究所存在的问题以及未来的发展方向.     

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:...     

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.     

TiN/AlN纳米多层膜的制备及耐蚀性能

采用多弧离子镀技术制备了TiN/AlN纳米多层膜,并通过多层膜在酸中的浸泡试验及极化曲线测定,对比研究了TiN/AlN纳米多层膜和TiN薄膜的耐蚀性能.结果表明,由于TiN/AlN纳米多层膜中铝的钝化作用及薄膜的特殊层结构,TiN/AlN纳米多层膜比TiN薄膜具有更优良的耐腐蚀性能.     

TiN/Ti多层膜调制比对摩擦磨损行为影响的研究

考察了TiN/Ti多层膜调制比对其摩擦磨损行为的影响. 采用磁过滤阴极弧沉积的方法制备了具有不同调制比的TiN/Ti多层膜, 用扫描电镜和透射电镜对其层状结构及子层结构进行了观察和分析. 用纳米压痕和SRV摩擦磨损试验的方法, 对多层膜进行了纳米硬度和弹性模量测试以及摩擦磨损实验. 结果表明, 所制备的TiN/Ti多层膜层状结构清晰, 与基底结合良好, 调制比对多层膜的硬度和磨损特性影响较大, 而对摩擦系数的影响却不明显. 结合实验结果, 讨论了硬度与弹性模量的比值(H/E值)对TiN/Ti多层膜耐磨性的影响.     

TiN／NbN纳米多层薄膜的交变应力场和超硬效应

为了研究纳米多层薄膜的超硬效应，采用反应溅射法制备从1.4nm至27nm不同调制周期的一系列TiN/NbN纳米多层膜。高分辨电子显微镜参薄膜的调制结构和界面生长方式的观察发现，TiN/NbN膜具有很好的调制结构，并呈现以面心立方晶体结构穿过调制界面外延生长的多晶超晶格结构特征。显微硬度测量表明，TiN/NbN纳米多层膜存在随调制周期变化的超硬效应。薄膜在调制周期为8.3nm时达到HK39.0 Gpa的最高硬度。分析认为，两种不同晶格常数的晶体外延生长形成的交变应力场，对材料有强化作用，这是TiN/NbN纳米多层膜产生超硬效应的主要原因。     

纳米多层膜中的非晶晶化与超硬效应

通过对TiN/SiC、TiN/TiB₂和TiN/SiO₂纳米多层膜微结构和力学性能的研究, 展示了通常溅射沉积态为非晶的SiC、TiB2和SiO₂薄膜, 在立方结构的TiN晶体层模板作用下的晶化现象, 以及多层膜由此产生的生长结构和力学性能的变化. 结果表明: SiC在层厚0.6nm时晶化为立方结构后,可以反过来促进TiN/SiC多层膜中TiN层的晶体完整性; TiB₂在层厚2.9nm时晶化为六方结构, 并与TiN形成{111} _TiN//{0001} _TiB2, <100> _TiN//<11-20> _TiB2 的共格关系; SiO₂在层厚0.9nm 时晶化为立方结构的赝晶. 多层膜中SiC、TiB₂和SiO₂晶化后都与TiN形成共格外延的生长结构, 并相应产生了硬度升高的超硬效应. 随着SiC、TiB₂和SiO₂层厚的增加, 它们又转变为非晶态, 多层膜的共格外延生长受到破坏, 其硬度亦明显降低.     

纳米多层膜的界面微结构与超硬度

综述了近年来纳米多层膜界面微结构及超硬度效应的研究进展,表明纳米多层膜硬化的主要机制是位错镜像力及hall-petch模型,超模效应及晶格错配引起的交变应变场对硬化起次要作用。     

0Cr15Ni5Cu2Ti不锈钢表面TiN膜层制备

0Cr15Ni5Cu2Ti不锈钢基材表面多弧离子镀方法制备TiN硬质涂层.工件表面镀膜处理技术的关键是膜/基结合强度.分析预热温度和工作偏压对膜层的膜/基结合强度、膜层结构及表面硬度的影响,优化制备工艺,满足使用要求.结果显示预热温度和工作偏压对膜/基结合效果影响显著.镀膜处理后,工件表面硬度大于1200HV0.05,膜/基结合力最小临界载荷高于60N.     

TiN/Ti多层膜韧性对摩擦学性能的影响

考察了TiN/Ti多层膜韧性对其摩擦学性能的影响.采用磁过滤阴极弧沉积的方法制备了具有不同Ti子层厚度的TiN/Ti多层膜.用透射电镜对其层状结构及子层厚度进行了观察和分析,分别用Rockwell硬度计和UMT摩擦磨损试验机,进行了压痕测试和摩擦磨损实验.结果表明,TiN/Ti多层膜中Ti子层的加人显著提高了多层膜的韧性,相对TiN单层薄膜,当载荷较大时,多层膜的耐磨性有明显的改善.结合实验结果,讨论了TiN/Ti多层膜韧性对其耐磨性的影响.     

Al/Ti摩尔比对(CrTiAl)N硬质膜相结构和硬度的影响

采用多弧离子镀技术,设计沉积工艺和调整阴极弧源靶组合以及对应的弧源电流,制备出以CrN为基形貌和厚度相同、A1/Ti摩尔比不同的系列(CrTiAl)N硬质膜.测试膜的成分、组织形貌、相组成和表面硬度,研究了A1/Ti摩尔比对其相结构和硬度的影响.结果 表明:不同A1/Ti摩尔比的(CrTiAl)N膜其相组成相同,都呈现...     

多弧离子镀与磁控溅射共沉积TiN/TiCN多层膜的高温抗氧化性能

TiN/TiCN多层膜的高温抗氧化性研究对于扩大其应用领域具有重要作用,但目前鲜见相关报道。采用多弧离子镀与磁控溅射技术以不同调制周期在304不锈钢表面共沉积TiN/TiCN多层膜。采用XRD、XPS、倒置显微镜及高温氧化试验研究了多层膜的高温抗氧化行为。结果表明:TiN/TiCN多层膜表面光滑平整、均匀致密,薄膜主要为具有Ti-(C,N)键的fcc-TiN结构;随着调制周期的减小,TiN/TiCN多层膜生长取向发生转变,且具有(111)晶面生长织构;随着氧化温度的升高,多层膜的显微硬度逐渐降低,氧化增重速率不断增大,且在700℃之后变化速率较快,薄膜的开始氧化温度约为750℃;随着调制周期的减小,多层膜TiN与TiCN界面层数量增多,促使晶粒细化,提高了其致密性,还隔断了缺陷贯穿薄膜的连续性,显著降低了薄膜的孔隙率,致使O原子扩散困难,增强了薄膜的高温抗氧化性能。     

TiN/NbN纳米多层薄膜的交变应力场和超硬效应

为了研究纳米多层薄膜的超硬效应 ,采用反应溅射法制备从 1 4nm至 2 7nm不同调制周期的一系列TiN/NbN纳米多层膜。高分辨电子显微镜对薄膜的调制结构和界面生长方式的观察发现 ,TiN/NbN膜具有很好的调制结构 ,并呈现以面心立方晶体结构穿过调制界面外延生长的多晶超晶格结构特征。显微硬度测量表明 ,TiN/NbN纳米多层膜存在随调制周期变化的超硬效应。薄膜在调制周期为 8 3nm时达到HK39 0GPa的最高硬度。分析认为 ,两种不同晶格常数的晶体外延生长形成的交变应力场 ,对材料有强化作用 ,这是TiN/NbN纳米多层膜产生超硬效应的主要原因     

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。     

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...