工艺参数对磁控溅射TiN膜结构的影响

为研究工艺参数在磁控溅射中对TiN薄膜生长的影响,通过改变工艺参数使用直流磁控溅射设备在N_2流量5 sccm,N_2压强为5 Pa生长TiN薄膜。采用射频磁控溅射法在N_2流量5 sccm、N_2压强5 Pa等生长参数下,制备了TiN薄膜。采用电子扫描显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对样品进行了分析,结果显示样品具有纳米级TiN薄膜的基本特征。实验表明,气氛中过多Ti原子的存在,影响了Ti原子和N原子的结合,也不利于TiN薄膜的生长。     

金属表面磁控溅射TiN涂层制备的实验方法

锆合金由于中子吸收截面小等优点被广泛应用于核电行业。为了进一步提高其耐腐蚀性能和耐高温氧化性能,可采用表面涂层工艺。本文采用磁控溅射工艺在锆合金表面制备TiN涂层,并测试涂层的表面形貌和结合强度,应用于金属表面涂层制备的认知性和延伸性实验教学,使学生在实践中掌握材料表面处理学术前沿知识,培养创新思维,提高分析、解决问题的能力。     

氮气流量对质子交换膜燃料电池316L不锈钢双极板TiN涂层性能的影响

为了提高316L双极板的耐蚀性和导电性，采用多弧离子镀方法在不同氮气流量下制备TiN涂层。使用X射线衍射(XRD)、场发射电子扫描电镜(SEM)、膜电极电阻检测设备、电化学工作站等对所制备的TiN涂层的结构及其性能进行表征。研究结果表明：(1)具有TiN涂层的316L金属双极板比没有涂层的316L不锈钢金属双极板具有能更好的耐蚀性以及导电性。(2)在模拟的质子交换膜燃料电池(PEMFC)阴极环境中随着氮气流量的增加具有TiN涂层的金属双极板的耐蚀性先增强后减小，接触电阻先变大后减小。当氮气流量为200 mL/min时候测的最低的接触电阻为9.62 mΩ/cm²和最低的电流密度5.19×10^-7 A/cm²,极化电阻最大为4.990×10⁴Ω,此时为最佳工艺。     

氮氩流量比对玻璃基TiN薄膜的结构和硬度的影响

采用直流磁控溅射镀膜工艺,在不同的氮氩流量比条件下,制备了玻璃基TiN薄膜.通过X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM、EDS)、纳米显微硬度仪,研究了TiN薄膜的组织结构、物相组成、表面形貌、元素成份、维氏硬度,分析了氮氩流量比对TiN薄膜结晶取向、硬度的影响机理.结果表明,在低的氮氩流量比条件下,TiN薄膜以(111)晶面择优取向;随着氮氩流量比增加,择优取向由(111)晶面向(200)晶面过渡;氮氩流量比为1∶2时薄膜以(200)晶面择优取向;继续增加氮氩流量比(1∶2 ～2∶1),TiN薄膜衍射峰强度降低,晶粒尺寸减小;当氮氩流量比增加到2∶1时,薄膜开始呈现非晶态.随着氮氩流量比的增加,薄膜硬度呈现先增加后减小的趋势;当氮氩流量比为1∶1时,TiN薄膜以(200)晶面择优取向结晶,组织致密均匀,晶粒尺寸最小,具有最大的硬度值(825 HV),相比未镀膜的玻璃基片,硬度值增加了20.44％.     

氮气流量对磁控溅射TiN膜层色泽的影响

在国产SA-6T型离子镀膜机上利用反应直流溅射方法,在抛光后的W18Cr4V高速钢基体表面制备TiN膜层,考察氮气流量对薄膜色泽的影响。用扫描电镜对薄膜表面形貌进行观测,发现沉积的TiN膜层质量良好,无孔洞,表面平整、致密。采用色度计定量测试了TiN薄膜的色泽,并分析了氮气流量对色泽的影响。结果表明,氮气流量即沉积气压对装饰镀TiN薄膜的颜色有重要影响,通过调节氮气流量,可有效改变TiN膜层的色泽。TiN薄膜的颜色随氮气流量增大而加深。     

氮氩气流量比对磁控溅射氮化钛薄膜微观结构的影响

采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)研究了氮气流量(5、10、25、50 sccm)及氮氩气流量比(4∶1、3∶2、2∶3、1∶4)对磁控溅射TiN薄膜微观形貌和相组成的影响。结果显示,所得样品具有纳米级TiN薄膜的基本特征。当N2与Ar的总流量为5 sccm,而它们的流量比为4∶1时,可以制得品质较好的蓝紫色TiN薄膜。     

TiCN涂层的制备及其微观结构和性能

采用直流磁控溅射法在AZ31镁合金上制备了TiCN涂层.采用X射线荧光光谱仪、扫描电镜和X射线衍射仪表征了涂层的化学成分、表面形貌和物相,并采用电化学阻抗谱、浸泡试验、显微硬度测试和磨损试验考察了基体偏压(-40、-60和-80 V)对涂层性能的影响.结果表明,涂层由TiCN和TiN组成.随着负偏压增大,涂层中Ti、C...     

化学镀Ni–Sn–P和磁控溅射TiN对Mn–Cu合金耐腐蚀性能和阻尼性能的影响

分别对Mn–Cu阻尼合金表面化学镀1 h和磁控溅射2 h,获得了5.42μm厚的Ni–Sn–P合金层和1.43μm厚的TiN层。对比了Mn–Cu合金及其表面化学镀Ni–Sn–P合金和磁控溅射TiN后的微观形貌、元素组成、结构、耐蚀性和阻尼性能。结果表明,化学镀和磁控溅射都能提高Mn–Cu合金的耐蚀性,Ni–Sn–P合金镀层的耐蚀性最好。化学镀Ni–Sn–P合金能够在一定程度上改善Mn–Cu合金的阻尼性能,而磁控溅射TiN会使基体的阻尼性能轻微下降。     

金刚石刀具化学磨损的预防

单晶金刚石刀具因其化学磨损严重,不适用于微切削加工铁基材料.为了保护金刚石刀具免受化学磨损,可将切削刀具沉积硬质涂层,以防止金刚石与工件材料直接接触.本研究则利用磁控溅射工艺在金刚石刀具上沉积TiN、TiAlN和AlN涂层.经过优化工艺参数,所沉积涂层的化学成分接近化学计量,表面非常光滑,晶粒很细,硬度高且附着强度大.虽然刃口半径因涂层略有增加,但对微切削加工来说仍可容忍.在试验切削条件下,与参比未涂层金刚石刀具相比,TiAlN涂层金刚石刀具磨损的减少高达50%.     

反应等离子喷涂TiN-Al3Ti-Al复相陶瓷涂层的研究

采用反应等离子喷涂法制备了TiN-Al3Ti-Al复相陶瓷涂层,并通过XRD、SEM对复相涂层进行了相分析、表面行貌分析。结果表明涂层主要由TiN、Al3Ti、Al等三相组成;涂层的结构为富硬质相和富软质相堆叠在一起的层状组织;显微压痕和断口表明复合涂层的韧性较Al2O3涂层有着明显提高。     

磁控溅射法制备氧化锆涂层及其绝缘性能研究

电机轴承的绝缘对于提高电动汽车的电机寿命具有重要意义。采用直流反应磁控溅射方法和正交试验设计，研究了工作气压、氧气流量和沉积温度对ZrO₂绝缘涂层的影响。采用扫描电镜、X射线衍射仪及数字兆欧表对ZrO₂涂层进行截面形貌、表面形貌、涂层厚度、物相结构及绝缘性能进行分析。结果表明：绝缘电阻与涂层厚度的比值R/t最低为635 MΩ/μm时，涂层厚度为1.639μm，绝缘电阻值为1041 MΩ；制备的ZrO₂涂层结构较为致密，呈现非晶态或单斜相，随着沉积温度和氧气流量的增加，ZrO₂涂层结晶明显，且有M-ZrO2(-111)晶面择优取向；氧气流量对涂层厚度影响最大，沉积温度对R/t的影响最大；涂层内部缺陷的增加和结构的疏松使得涂层绝缘性能降低，而涂层结晶度的增高及M-ZrO2(-111)晶面的择优取向会使涂层绝缘性能增强。     

等离子喷涂工艺参数对Al_2O_3涂层硬度的影响

针对等离子喷涂电弧电压、电弧电流、主气流量和送粉量等工艺参数对制备Al_2O_3涂层组织及性能的影响,采用正交试验方法进行参数化设计,通过直观分析确定涂层硬度指标下的最佳工艺组合参数。试验结果表明:影响涂层硬度的主次因素排序为氩气流量、电流、送粉量、电压。最佳参数组合为:电弧电压为60 V,电弧电流为600 A,送粉量为25 g·min~(-1),氩气流量为2000 L·H~(-1),最佳工艺组合参数下得到的涂层组织更加致密,硬度为914.6 HV。     

氮氩流量比与基底温度对射频溅射TiN薄膜性能的影响

采用射频磁控溅射技术,以纯钛为靶材,氮气为反应气体,通过改变氮氩流量比与基底温度在304不锈钢及玻璃表面制备了不同的TiN薄膜.利用能谱仪、扫描电镜、台阶仪、四探针仪、划痕仪和纳米压痕仪对制备的所制薄膜的氮钛原子比、表面形貌、沉积速率、方块电阻、膜基结合力和纳米硬度进行表征.结果表明:随着氮氩流量比的增大,TiN的形貌先由四面锥体凸起结构逐渐过渡至柱状晶体堆积结构,然后转变为稀疏的液滴状颗粒结构,直至平整光滑,致密均匀.在氮气和氩气的流量分别为5.0 mL/min和50.0 mL/min的条件下,基底温度25～400°C范围内制备的TiN薄膜的结合力介于135.4 mN与210.2 mN之间.当基底温度为300℃时,薄膜的沉积速率最大,颜色最接近金黄色,氮钛原子比最接近1,结合力和纳米硬度也都最大.     

磁控溅射氮化铬和氮化钛薄膜的性能

采用磁控溅射在4Cr5MoSiV热作模具钢表面分别沉积了CrN和TiN薄膜.通过扫描电镜(SEM)和电子能谱(EDS)分析了试样的微观结构和相结构,研究了CrN和TiN薄膜的抗氧化性能,并用压痕法测定了薄膜的力学性能.结果表明,CrN薄膜的高温抗氧化性能和结合强度高于TiN薄膜,但TiN薄膜的韧性比CrN薄膜好.     

两种耐磨涂层摩擦特性研究

论文研究了采用四靶闭合场非平衡磁控溅射(CFUBMS)技术获得Cr Ti Al N化合物涂层的偏压、溅射功率和气压等各种工艺参数和条件,以及采用S型弯管磁过滤阴极真空电弧沉积(FCVA)技术,获得ta-C涂层的工艺参数和条件。论文对上述涂层各自在不锈钢基底上的摩擦学特性进行了研究。涂层的摩擦系数采用WTM-2E可控气氛微型摩擦磨损试验仪测量;采用X射线光电子能谱(XPS)分析了涂层化学成分,证明了形成的化合物涂层;采用XJP-6A型金像显微镜观察涂层磨损形貌,分析了表面磨损状况。通过比较分析发现:在正常磨损条件下,ta-C涂层比Cr Ti Al N化合物涂层的摩擦系数小,特性好,因此,以ta-C涂层为基础的复合涂层技术将具有更为广泛的应用前景。     

磁控共溅射法在聚碳酸酯柔性基底镀TiN研究

在较低的温度下,采用磁控溅射工艺在聚碳酸酯(PC)表面制备了TiN薄膜。应用激光共聚焦显微镜(CLSM)和X射线衍射仪(XRD)等研究了薄膜制备工艺对薄膜的表面微观形貌和晶质成分影响。结果表明:随着基底温度的升高,溅射的薄膜厚度和表面粗糙度增大。溅射的薄膜中,晶粒呈圆锥形,随着N_2含量的增加,溅射的薄膜粗糙度逐渐下降,晶粒较小,分布较均匀。XRD衍射结果表明,溅射的薄膜晶质成分为TiN。     

氩弧熔覆技术制备TiC-TiB_2复合陶瓷涂层力学性能的研究

采用以钨极为电极的氩弧熔覆技术,将钛铁粉、B4C粉为主要原料的合金粉末预置在钢基体表面熔覆,进而得到原位合成的TiC-TiB_2复合陶瓷涂层。采用正交试验优化氩弧熔覆工艺参数,通过布氏硬度仪、洛氏硬度仪检测耐磨涂层的硬度,使用磨损试验机测试涂层的耐磨性。结果表明,TIG焊的最佳工艺参数为:电流强度145 A,氩气流量6L/min,焊接速度120 mm/min;熔覆涂层表面及熔合线硬度明显高于基体,加入Cr、Ni等合金粉末,将提高复合材料熔覆涂层表面及熔合线附近区域的硬度;基体内并不含有硬质相以抵抗磨粒磨损,氩弧熔覆技术制备的陶瓷涂层能显著提高材料的耐磨性~([1-4])。     

抗冲蚀性热喷涂金属陶瓷涂层研究进展

热喷涂技术是利用热源加热喷涂材料在基体表面制备涂层的方法。火焰喷涂、等离子喷涂和电弧喷涂是常用的热喷涂技术。金属陶瓷兼有陶瓷材料的高硬度、高熔点及金属的韧性等优点,常用于制备材料表面抗冲蚀涂层,其中WC系和Cr_3C_2系金属陶瓷较为常用。冲蚀工艺参数、喷涂工艺参数、喷涂材料性能对金属陶瓷涂层的抗冲蚀性能均有影响。如何通过调控材料结构和喷涂工艺参数是提高金属陶瓷涂层抗冲蚀性的关键。     

磁控溅射离子镀金装饰膜的研究

采用磁控溅射离子镀技术在316不锈钢表面制备TiN层和Au层,TiN层的厚度分别为0.620μm、0.997μm和1.389μm,反应沉积时间分别为60min、100min和140min,Au层的厚度均为0.13μm左右。测试了镀金层的镀层表面形貌、色泽、耐腐蚀性能和耐磨性能。结果表明,镀膜的反应沉积时间不同时,镀层表面均较致密,中间层TiN层的厚度对颜色没有明显的影响,镀层的耐腐蚀性和耐摩擦性能良好。     

真空离子精饰镀膜技术研究

黄铜基材装饰件表面采用高能级溅射离子镀，镀不锈钢代替电镀钯－镍合金，采用等离子体型阴极弧源－磁控溅射镀技术在不锈钢镀膜表面上镀制TiN/Au透明陶瓷保护膜SiO2,TiO2，并对各膜层的硬度，耐蚀性，耐磨性及相结构进行分析。