反应溅射TiO/AlO和TiN/AlN薄膜的微结构与力学性能

采用Ti-Al镶嵌复合靶在Ar、N2和O2混合气体中反应溅射制备了一系列TiO/AlO和TiN/AlN薄膜,并采用EDS、XRD、TEM、AFM、SEM和微力学探针研究了薄膜的化学成分、微结构和力学性能.结果表明,随氧分压的提高,TiO/AlO和TiN/AlN薄膜中的氧含量逐步增加,氮含量相应减少,但其(Ti Al):(O N)仍保持约为1:1的化学计量比.薄膜保持与(Ti,Al)N薄膜相同的NaCl结构,并形成强烈(200)织构的柱状晶.与此同时,TiO/AlO和TiN/AlN薄膜的硬度和弹性模量也仍保持在与TiN/AlN薄膜相当的35GPa和370～420GPa的高值.由于薄膜中形成了相当含量的氧化物,这类薄膜的抗氧化能力有望得到提高.     

氧含量对高功率脉冲磁控溅射AlCrSiON涂层高温摩擦学性能的影响

由于真空度的要求,制备氮化物涂层时将不可避免的会有氧的存在,因此了解氧元素对涂层性能的影响至关重要。采用高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)技术在Ar/N2/O2混合气氛下制备AlCrSiON涂层,研究氧含量(0%~30.4%,原子数分数)对涂层结构、力学性能和摩擦学性能的影响及作用机制。结果表明,AlCrSiN涂层由fcc-Cr N、β-Cr2N和hcp-Al N组成,AlCrSiON则由(Cr,Al)N、立方Cr2N和(Cr,Al)(O,N)组成。AlCrSiN涂层硬度为(14.3±1.8)GPa,随着氧含量增加至24.3%,涂层硬度增加至(20.1±3.0)GPa;继续增加氧含量则将导致涂层硬度下降。当环境温度由室温增加至400℃,涂层摩擦因数由0.6~0.7增加至0.9;温度升至800℃,涂层摩擦因数降至0.4。氧含量对涂层高温摩擦因数的影响较小,对涂层的磨损率却有着重要影响。当氧含量为30.4%时,AlCrSiON涂层具有最优耐磨损性能。     

TiN/MT-TiCN/Al2O3/ZrCN多层涂层的摩擦磨损性能

采用化学气相沉积(CVD)技术在硬质合金表面沉积TiN/MT-TiCN/Al2O3/ZrCN多层涂层,并对其进行微喷砂处理.采用扫描电镜(SEM)表征涂层的组织结构,利用显微硬度计、纳米压痕仪、划痕测试仪和往复式摩擦磨损实验机(UMT-3)测试涂层的硬度、结合强度和摩擦磨损性能,并与TiN/MT-TiCN/Al2O3/TiOCN涂层进行比较.结果 表明:TiN/MT-TiCN/Al2O3/ZrCN涂层的磨损机理主要包括磨粒磨损、粘着磨损、氧化磨损和疲劳磨损.相比于摩擦1h,TiN/MT-TiCN/Al2O3/ZrCN涂层摩擦2h,剥落增多,且磨粒磨损、粘着磨损和疲劳磨损加剧,磨损率增加了33.3％;摩擦3h,涂层磨粒磨损、粘着磨损和疲劳磨损进一步加剧,但剥落减轻,磨损率较摩擦2h略有降低.摩擦1h,TiN/MT-TiCN/Al2O3/ZrCN涂层的摩擦系数(0.33)比TiN/MT-TiCN/Al2O3/TiOCN涂层(0.39)低;尽管TiN/MT-TiCN/Al2O3/ZrCN涂层韧性好,疲劳磨损较轻,但磨粒磨损严重,且存在明显剥落,磨损率高,耐磨性较差.     

TiN/Ti(C,N)涂层的显微组织与力学性能

采用磁控溅射在TNMG120408型号的硬质合金刀片上沉积了TiN/Ti(C,N)单层与多层涂层,通过XRD、SEM、纳米压痕、划痕仪与冲击测试等方法,比较分析了TiN/Ti(C,N)涂层的显微组织与力学性能。结果表明,TiN单层涂层的晶粒形貌为典型的喇叭口结构,Ti(C,N)单层涂层为平直的柱状晶结构;而TiN/Ti(C,N)多层涂层为柱状晶结构,形成了TiN、Ti(C,N)交替排列的结构。TiN与Ti(C,N)单层涂层均呈(220)生长织构,而TiN/Ti(C,N)多层涂层呈(111)生长织构。Ti(C,N)单层涂层表现出较好的硬度,而TiN/Ti(C,N)多层涂层则表现出与基体更好的结合力。     

N_2流量对HIPIMS制备TiSiN涂层结构和力学性能的影响

采用高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)技术在N2流量为10~50 mL/min下沉积TiSiN涂层,利用台阶仪,XRD,XPS,SPM,SEM,HRTEM和纳米压痕仪对涂层的沉积速率、相结构、成分、形貌和力学性能进行了分析,并研究了不同N2流量对等离子体放电特性的影响.结果表明,在不同N2流量下,TiSiN涂层均具有非晶Si3N4包裹纳米晶TiN复合结构,涂层表面粗糙度Ra为0.9~1.7 nm;随N2流量的增加,等离子体的放电程度减弱,离化率降低,TiSiN涂层沉积速率降低,其Ti含量逐渐降低,Si含量逐渐增加,但变化幅度较小;涂层择优取向随N2流量的增加发生改变,晶粒尺寸逐渐增大,硬度和弹性模量逐渐降低,涂层硬度最高为(35.25±0.74)GPa.     

不同厚度TiN和TiAlN涂层残留应力分析

TiN和TiAlN涂层常应用于精冲模,采用XRD技术分析了不同厚度TiN和TiAlN涂层的相变化,并采用Sin2ψ法测量了TiN涂层和基体以及TiAlN基体的残留应力,应用显微硬度计测量了涂层的显微硬度。结果表明:TiN涂层(111)和(222)晶面存在明显择优取向,涂层残留应力分布在-2 347～-1 920MPa,基体残留应力分布在-154.9～-69.21 MPa,均随厚度增加而减小;TiAlN涂层主要相成分为Ti3Al3N2,且(107)晶面存在择优取向,基体残留应力分布在-123.7～469.5 MPa,主要呈拉应力状态,且随厚度增加而增大,对模具寿命有较大影响;TiN和TiAlN涂层显微硬度随厚度增加而增大。     

氧掺杂对MT-TiCN涂层结构和性能的影响

在现有MT-TiCN涂层的CVD制备气氛体系中,通过掺入不同比例的CO气体对MT-TiCN涂层进行氧掺杂处理。采用SEM、EDX、XRD、纳米压痕仪等分析涂层的形貌结构、沉积速率、粒径及成分组成、取向织构、纳米硬度等;采用切削实验测试涂层硬质合金刀片的切削性能,综合分析氧掺杂对MT-TiCN涂层结构和性能的影响。结果表明:涂层中的氧含量随CO掺入比例的提高而增加;氧掺杂导致了涂层细晶纤维状结构的形成,且晶粒尺寸随氧含量的增加而减小;CO掺入比例提高对涂层的沉积速率没有影响;涂层均表现出(422)择优生长取向,但氧掺杂促进了涂层向最密排晶面(111)生长,使涂层的硬度增加;单层氧掺杂MT-TiCN涂层切削刀片的抗磨粒磨损性能降低,但在磨损形式以正常粘附磨损为主的高速切削中,具有超细晶结构及高硬度的氧掺杂MT-TiCN涂层切削刀片及其复合了Al2O3涂层的多层涂层切削刀片均体现出了较好的耐磨性能。     

(Ti,Al)N涂层的微观组织和性能

采用EPMA、XRD、SEM、TEM、HR-TEM、EDX、纳米压痕、氧化实验和切削实验研究了磁控溅射在硬质合金基体上沉积TiN涂层和(Ti,Al)N涂层的微观组织结构和性能。结果表明:TiN涂层晶粒为喇叭口柱状晶,(Ti,Al)N涂层为面心立方平直柱状晶,由于固溶了Al元素,(Ti,A l)N涂层呈(200)面择优生长;(Ti,Al)N涂层在硬质合金基体上无外延生长;(Ti,Al)N涂层在800℃氧化后形成Al2O3/TiO2/(Ti,Al)N的分层结构;(Ti,Al)N涂层具有更高的硬度和更好的切削性能。     

氧的掺入对化学气相沉积TiCN涂层的影响

本文采用X射线衍射仪(XRD)、高分辨扫描电镜(HRSEM)、显微维氏硬度计、声发射划痕仪,研究了以化学气相沉积(CVD)法制备的TiCN和TiCNO涂层。通过对比涂层的相结构、组织形貌、硬度及结合强度,分析氧的掺入对TiCN涂层显微结构和力学性能,特别是结合强度的影响。结果表明:CVD制备的TiC0.81N0.48涂层截面呈柱状结构,硬度和结合强度分别为2 063 HV及127 N。掺入氧后的TiC0.61N0.44O0.15和TiC0.52N0.25O0.1涂层没有出现新的物相,为面心立方结构的TiCNO固溶体,具有(111)织构;氧的掺入细化了晶粒,使涂层转变为致密结构;其硬度分别提高至2 207 HV和2 753 HV,但与基体结合强度分别下降至88 N和63 N。     

TiN涂层的微观组织结构及力学性能分析

借助XRD、纳米压痕、SEM和划痕仪研究了采用磁控溅射在硬质合金基体上沉积的TiN、(Ti,Al)N单层和TiN/(Ti,Al)N多层涂层的组织结构和力学性能。研究表明:面心立方结构的TiN涂层晶粒形貌为典型的喇叭口结构,沿(200)、(111)择优生长;TiN涂层的硬度为24.6GPa;与硬质合金基体的结合强度约为62N。     

Structure and wear resistance of TiN and TiAlN coatings on AZ91 alloy deposited by multi-arc ion plating

In order to investigate the microstructure of TiN and TiAlN coatings and their effect on the wear resistance of Mg alloy, TiN and TiAlN coatings were deposited on AZ91 magnesium alloy by multi-arc ion plating technology. TiN and Ti70Al30N coatings were prepared on the substrate, respectively, which exhibited dark golden color and compact microstructure. The microstructures of TiN and Ti70Al30N coatings were investigated by X-ray diffractometry (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The micro-hardness and wear resistance of TiN and Ti70Al30N coatings were investigated in comparison with the uncoated AZ91 alloy. The XRD peaks assigned to TiN and TiAlN phases are found. The hardness of TiN coatings is two times as high as that of AZ91 alloy, and Ti70Al30N coating exhibits the highest hardness. The wear resistance of the hard coatings increases obviously as result of their high hardness.     

A1含量对（Ti，A1）N薄膜抗氧化性能的影响

研究了Ａ１含量对（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ薄膜高温抗氧化性能的影响，并与ＴｉＮ薄膜进行了对比试验．试验结果表明：（Ｔｉ，ＡＩ）Ｎ薄膜的抗氧化性能明显优于ＴｉＮ薄膜；随着薄膜中Ａ１含量的增加，薄膜的抗氧化能力得到改善，特别是当氧化温度≥８００℃后效果更为显著．这是因为（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ薄膜在高温下氧化时，在薄膜表面形成的是稳定致密的Ａ１２Ｏ３的缘故．     

Pulsed DC plasma enhanced chemical vapor deposited TiN/Ti(C,N) multilayer coatings

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＶａｒｉｏｕｓｃｏａｔｉｎｇｓｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ,ｓｕｃｈａｓＰＶＤ ,ＣＶＤ ,ＰＣＶＤ ,ＩＢＥＤａｎｄＰＳＩＩｈａｖｅｂｅｅｎｕｓｅｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｗｅａｒ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ,ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｓｗｅｌｌａｓｅｌｅｖａｔｅｄａｎｔｉ ｏｘｉｄａｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｓｕｒｆａｃｅｏｆｓｔｅｅｌｓ ,ｆｏｒｉｎｓｔａｎｃｅ ,ｃｕｔｔｉｎｇｔｏｏｌｏｒｄｉｅｓｔｅｅｌｓａｎｄｎｏｎ ｆｅｒｒｏｕｓｍｅｔａｌｓｉｎ…     

氮化钛铝薄膜的制备及其摩擦学性能的研究

用多弧离子镀方法在高速钢的基体上沉积了不同钛铝比例的氮化钛铝薄膜，研究了不同铝含量对薄膜性能的影响，采SEM、XRD、AES、表面形貌仪、显微硬度计、划痕仪对薄膜的微观结构和力学性能进行了全面测试，用球盘试验机测试了薄膜的摩擦因数，在此基础上讨论了铝在薄膜中的作用。结果表明Al的引入使膜层的硬度明显提高。所有的(Ti，Al)N试样皆由面心立方晶格(fcc)的(Ti0．5Al0．5)N相组成。随着Al含量增加，GCr15与(TiAl)N膜层之间的摩擦因数下降，减摩性能提高，耐磨性能增强。(TiA1)N涂层可以显著提高硬质合金刀具的使用寿命。     

Effect of micro-blasting on the tribological properties of TiN/MT-TiCN/Al2O3/TiCNO coatings deposited by CVD

The effect of micro-blasting on the tribological properties of TiN/MT-TiCN/Al₂O₃/TiCNO coatings was studied. The multilayer coatings were deposited on cemented carbides by chemical vapor deposition. The microstructure, mechanical and tribological properties were investigated using X-ray diffraction, scanning electron microscopy (SEM), nano-mechanical testing system, scratch tester and reciprocating tribometer. The results show that micro-blasting significantly reduces the surface roughness and converts the residual tensile stress of Ti(C,N,O) top-layer and Al₂O₃ layer into compressive stress. Affected by the residual compressive stress, the hardness and adhesion strength are increased. More importantly, the friction coefficient is decreased attributed to the decreased surface roughness and improved hardness. Also, the wear resistance of micro-blasted TiN/MT-TiCN/Al₂O₃/TiCNO is superior due to higher hardness of Ti(C,N,O) top-layer, Al₂O₃ layer and adhesion strength of coatings. Especially for the total sliding time of 2 h, the wear volume and wear rate of micro-blasted coatings are 69.4% of as-deposited coatings, because micro-blasting helps to increase the adhesion strength and micro-cracking resistance, which play important roles in the improvement of wear resistance. Micro-blasting has a positive effect on the friction and wear properties of TiN/MT-TiCN/Al₂O₃/TiCNO multilayer coatings since the adverse impact of top-layer thinning is offset.     

直流PCVDTi（CxN1—X）硬质膜及其应用

对不同成分的PCVD－Ti（CXN1－X）膜的组织结构及性能进行了研究。结果表明，Ti（CN）膜的高硬度、高致密组织和膜表面因吸附氧而形成的与TiN不同的表面结构是Ti（CN）膜性能优于TiN膜的重要因素。在冷挤压模上应用结果也表明，用PCVD法制备的Ti（CN）膜和TiC膜的使用效果要比TiN膜好得多。     

Microstructure and physical properties of PVD TiN/（Ti, Al）N multilayer coatings

Magnetron sputtered （Ti, Al） N monolayer and TiN/（Ti, Al） N multilayer coatings grown on cemented carbide substrates were studied by using energy dispersive X-ray spectroscopy （EDX）, scanning electron microscopy （SEM）, nanoindentation, Rockwell A indentation test, strength measurements and cutting tests. The results show that the （Ti, Al）N monolayer and TiN/（Ti, Al）N multilayer coatings perform good affinity to substrate, and the TiN/（Ti, Al）N multilayer coating exhibits higher hardness, higher toughness and better cutting performance compared with the （Ti, Al）N monolayer coating. Moreover, the strength measurement indicates that the physical vapour deposition （PVD） coating has no effect on the substrate strength.     

Dependence of Microstructure and Hardness of Nanocomposite Coatings of nc-(Ti_(1-x)Al_xN)/a-Si_3N_4 on Aluminum Contents

HARD COATINGS are finding a widely applicationin machining industries as tools and moulds since1980s[1].Hard coatings consisting of a variety of thetransition metal nitrides,for instance,TiN,TiC,TiCN,TiBN,TiAlN,CrN etc,usually service as a protectioncoatings that requires some better properties ofwear-resistance,corrosion-resistance and also highfatigue-strength especially at elevated temperature(formore details see Ref.2-6).The generic concept for the design of novelsuper-hard(>40G…     

N2流量对等离子体增强磁控溅射TiN涂层的影响

目的研究N_2流量对等离子体增强磁控溅射TiN涂层组织结构和性能的影响,优化TiN涂层的制备工艺。方法在不同N_2流量的条件下,采用等离子体增强磁控溅射法制备TiN涂层。采用3D形貌仪和扫描电子显微镜观察涂层的表面形貌,利用X射线衍射仪测定涂层的相结构,利用显微硬度计测试涂层试样的硬度,利用球-盘摩擦磨损试验机考察涂层试样的摩擦磨损性能,利用能谱仪分析磨痕表面的化学组成。结果 N_2流量小于61.5 mL/min时,增加N_2流量对总气压和靶电压的影响很小;N_2流量超过61.5 mL/min后,总气压和靶电压均随着N_2流量的增加而显著增大。随着N_2流量的增大,制备的TiN涂层X射线衍射谱中的TiN(111)、TiN(220)衍射峰强度不断增大,TiN(200)衍射峰强度先不变后突然减小。N_2流量约为61.5 mL/min时,制备的TiN涂层试样的致密性最好,硬度最高。N_2流量在50~61.5 mL/min范围内,制备的TiN涂层试样的磨损率较低,最低可达7.4×10~(-16) m~3/(N·m)。当N_2流量超过63 mL/min后,TiN涂层试样的磨损率显著增大。结论 N_2流量对等离子体增强磁控溅射TiN涂层择优取向、硬度及摩擦磨损性能的影响较显著,N_2流量约为61.5 mL/min时,制备的TiN涂层试样的硬度和耐磨性最好。     

TiN单层和TiN/Ti(C,N)多层涂层的结构和性能研究

借助XRD、SEM、纳米压痕和划痕仪研究了采用磁控溅射在硬质合金基体上沉积的TiN单层和TiN/Ti(C,N)多层涂层的组织结构和力学性能。研究表明:TiN与TiN/Ti(C,N)多层涂层的晶粒形貌均呈柱状晶结构,而TiN/Ti(C,N)多层涂层形成了TiN、Ti(C,N)交替的调制结构。由于界面强化作用,TiN/Ti(C,N)多层涂层表现出比TiN更高的硬度及与基体更好的结合力。