AlCrN/VN多层涂层力学性能及其热稳定性

目的制备高硬度自润滑AlCrN/VN纳米多层复合涂层,提升刀具耐磨性,增加刀具寿命。方法采用多弧离子镀技术在单晶硅(100)、不锈钢以及硬质合金基底上沉积不同调制周期的Al Cr N/VN纳米多层涂层,系统研究涂层力学性能、滑动摩擦性能及高温稳定性。涂层制备采用Al_(70)Cr_(30)合金和单质V靶材,EDS结果显示涂层Al/Cr比例接近靶材成分,V元素原子比约为30%。利用扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)以及X射线衍射技术(XRD)表征涂层显微结构,采用显微硬度仪以及滑动摩擦试验研究涂层硬度以及摩擦性能随调制周期的变化。最后对调制周期为24nm的涂层进行氧化实验,并测试其硬度与摩擦系数。结果沉积涂层厚度以及相组成几乎不受调制周期的影响。沉积涂层硬度与调制周期紧密关联,摩擦系数随着调制周期的减小而逐渐降低。当调制周期为24 nm时,涂层获得最大硬度,为3970HV_(0.05),此时涂层表面最为光滑(Ra=33.6 nm)。对调制周期为24 nm的多层涂层进行不同温度下空气氧化并测定其硬度与摩擦系数,结果表明硬度随着氧化温度升高到400、500、700℃而下降至1474、1248、370HV_(0.05),摩擦系数随之大幅度升高。结论 VN涂层的加入使得AlCrN涂层硬度降低,摩擦系数降低,且其硬度以及摩擦系数受到调制周期的显著影响,涂层经400℃氧化后,硬度值大幅度降低,热稳定性不好。     

纳米调制周期对CrWN/MoN纳米多层涂层结构和性能的影响

目的 研究纳米调制周期对CrWN/MoN纳米多层涂层结构及性能的影响。方法 采用电磁永磁共控的阴极电弧离子镀技术,使用纯N2和合金CrW靶及纯金属Mo靶,制备不同调制周期厚度的CrWN/MoN纳米多层涂层,对CrWN/MoN纳米多层涂层的物相结构、微观形貌、硬度、摩擦系数和磨损率等进行分析。结果 CrWN/MoN纳米多层涂层由面心立方CrWN与六方d-MoN两相组成。随着调制周期减小,CrWN/MoN纳米多层涂层衍射峰强度逐渐减弱,d-MoN(202)衍射峰消失,涂层表面的大颗粒数量减少,表面质量得到改善。随着调制周期由45 nm减小到13 nm,涂层的硬度由29.4 GPa逐渐减小到25.5 GPa,当调制周期为8 nm时,CrWN/MoN纳米多层涂层硬度与弹性模量均达到最大值,分别为30.2 GPa和354.6 GPa。随着调制周期的减小,CrWN/MoN纳米多层涂层平均摩擦系数由0.45逐渐减小到0.29,磨损速率由4.2×10^?7 mm³/(N.m)逐渐减小到3.3×10^?7 mm³/(N.m)。结论 调制周期对CrWN/MoN纳米多层涂层性能影响较大,调制周期厚度为8 nm时,CrWN/MoN纳米多层涂层的硬度最大,耐磨性能最好。     

TC4钛合金表面沉积CrSiN/SiN纳米多层膜在3.5%NaCl溶液中的腐蚀磨损性能

为了研究纳米多层膜的耐腐蚀性能以及腐蚀磨损机理,采用离子源辅助磁控溅射在TC4钛合金表面制备不同调制周期的CrSiN/SiN纳米多层膜。使用扫描电子显微电镜、能谱仪表征涂层的微观结构、腐蚀形貌以及元素分布;使用划痕仪、纳米压痕仪、维氏硬度计测量涂层的膜基结合力、硬度、弹性模量及断裂韧性,采用电化学工作站以及销盘磨损仪测量涂层耐腐蚀性和腐蚀磨损性。结果表明:调制周期为90 nm与360 nm时涂层耐腐蚀性能较好,腐蚀电流密度分别为1.31×10~(-8)A·cm~(-2)和1.20×10~(-8)A·cm~(-2)。此外,调制周期为45nm时,涂层硬度及弹性模量最大,分别为(22.5±0.6)GPa和(226.4±6.3)GPa,且腐蚀磨损率最低,为9.67×10~(-7)mm~3·N~(-1)·m~(-1)。多层膜结构显著改善了TC4钛合金的耐腐蚀及腐蚀磨损性能。     

钛合金表面百微米级Ti/TiN多层复合涂层性能研究

目的提高TiN硬质涂层的厚度及各项力学性能。方法采用等离子增强PVD技术在钛合金(TC4)基体表面制备多层复合Ti/TiN涂层,对涂层进行扫描电镜(SEM)分析,采用划痕法表征涂层的结合强度,用维氏显微硬度计测试涂层的显微硬度,利用销盘式摩擦磨损试验仪评价涂层的摩擦磨损性能。结果制备的多层复合Ti/TiN涂层厚度最高可达100μm,且未发生剥落等失效,结合强度相对于单层TiN提高了近3倍。由于Ti、TiN的多层复合调制作用,制备的Ti/TiN显微硬度测试表明复合涂层的显微硬度高达2700 HV0.025,同时,涂层在原有耐磨性能优良的基础上具备自润滑减摩作用,经过近20 000 m的磨损测试,复合涂层的摩擦系数低至0.25左右,且未完全失效。结论多层复合结构能够有效提高TiN硬质涂层的厚度,制备的Ti/TiN多层复合涂层的各项力学性能显著提高。     

钛镍合金上制备类金刚石薄膜的性能研究

Ti-Ni形状记忆合金是目前唯一用作生物医学材料的形状记忆合金.它的主要缺点是不具有生物活性,会对机体造成不利影响.DLC膜以其优异的生物相容性、抗腐蚀性及化学稳定性倍受关注.利用脉冲真空电弧离子镀技术镀制DLC膜改善Ti-Ni合金的表面性能.对DLC膜的表面形貌、显微硬度、摩擦系数、耐磨性能及耐腐蚀性能进行了测试.结果表明:用脉冲真空电弧离子镀技术制备的DLC膜膜层表面形貌较好、硬度高、摩擦系数小、耐磨及耐腐蚀性能良好.     

304不锈钢表面单层/多层TiN基涂层制备及耐磨蚀性能研究

目的探究钢基表面TiN基涂层在海洋环境中的耐磨蚀性能。方法采用电弧离子镀技术,在304不锈钢和单晶硅表面分别沉积TiN、TiBN、TiBN/TiN涂层,并对3种涂层样品的表面–截面形貌、摩擦系数、在人工海水中的电化学性能和摩擦腐蚀行为进行测试。结果形貌表征和干摩擦测试结果显示,TiBN和TiBN/TiN涂层有着比TiN柱状晶更加致密的微观结构,3种涂层的摩擦系数相差不大,比304SS的摩擦系数低。在人工海水环境中的电化学测试结果表明,TiBN/TiN涂层的耐腐蚀性能最佳,TiBN涂层次之,TiN涂层则表现出比304不锈钢基底更差的耐腐蚀特性。在发生摩擦腐蚀的过程中,3种涂层的电位（OCP）均发生了下降。结论利用电弧离子镀技术在304不锈钢表面沉积的单层/多层TiN基涂层,在人工海水环境下,发生的摩擦会增加涂层发生腐蚀的趋势,结构致密,表面易形成钝化膜的涂层,其耐磨蚀性较好。     

离子渗氮-电弧离子镀复合涂层关键科学问题研究取得重要进展

<正>电弧离子镀已经被广泛用于提高工件表面硬度、耐磨性及耐腐蚀性能,其使用过程中主要问题在于涂层与基体硬度差异大,膜基界面结合力和承载能力有限,无法满足重载、高速等剧烈摩擦磨损要求。虽然有研究者发现渗氮层能增强涂层的力学性能,但发现化合物层的存在显著降低了结合力、承载能力及耐磨性。安徽工业大学表面工程研究所张世宏课题组通过调控离子镀沉积工艺,成功     

调制周期对Cr/CrN多层膜结构及性能的影响

采用电弧离子镀技术在6Cr13Mo低碳马氏体不锈钢基材表面沉积不同调制周期的Cr/CrN多层膜。利用扫描电镜、显微硬度仪、划痕仪、压痕仪、摩擦磨损试验机、3D轮廓仪研究Cr/CrN多层膜的结构和性能。结果表明:调制周期的变化对Cr/CrN多层膜硬度影响较小;随着调制周期的减小,Cr/CrN多层膜致密性逐渐提高;不同调制周期下,Cr/CrN多层膜与基体结合力均在100 N以上,其中调制周期为321 nm的Cr/CrN多层膜的韧性及与基体结合性能最优;调制周期为569 nm的Cr/CrN多层膜的磨损率最低。     

铝压铸模具CrTiAlSiCN多元复合纳米硬质涂层热稳定性研究

采用真空阴极电弧离子镀技术,在H13钢表面制备了CrTiAlSiCN多元复合纳米硬质涂层,利用球痕仪、洛氏压痕仪、划痕仪、HV显微硬度计、UMT多功能摩擦磨损试验机、SEM带EDS及XRD对400、500、600和700℃高温退火的涂层硬度、结合力、耐磨损性及高温抗氧化性进行分析研究。结果表明,涂层呈多层结构,厚度约5μm,随着退火温度的增高,涂层硬度基本保持不变,结合力下降。600℃退火,涂层摩擦力和摩擦系数增大,磨损机制开始由粘着摩损向磨粒磨损转换;700℃退火,涂层摩擦力和摩擦系数降低,磨损机制转换为磨粒磨损,涂层耐磨损性增强。涂层表面大颗粒周围优先氧化,形成以Al_2O_3为主、少量TiO_2、Cr_2O3_的氧化层,其中Al_2O_3与Cr_2O_3能抑制O_2向涂层内部持续扩散生成TiO_2,提高了涂层高温抗氧化性。     

TiSi(CN)系列涂层的结构和性能研究进展

近年来,随着工业的发展,机器零部件的应用面临了新的挑战,关键零部件的磨损腐蚀导致的涂层失效变得尤为显著。Ti基涂层因其低摩擦系数、硬度高、耐磨性好且具有优异的耐蚀性,逐渐受到了业界的关注。综述了物理气相沉积Ti Si C、Ti CN、Ti Si N和Ti Si CN硬质涂层结构和性能的研究现状。简要总结了Ti基涂层发展的历程,重点分析和对比了四种硬质涂层的成分、结构特点、硬度、结合强度、耐磨减摩性能和耐腐蚀性能,对于不同方法制备的涂层的影响因素分别做了分析,并对涂层的不同失效方式做了解释。从微观结构和性能两方面对涂层进行描述,阐明了硬质涂层中碳的键结构和相结构变化与涂层减摩自润滑性能之间的本构关系,指出了碳元素的石墨化转变在涂层减摩方面的重要作用。论述了钛基硬质涂层结构诱导超硬现象的机制,归纳和评估了超硬耐磨减摩涂层的特点。最后,对目前国内外Ti基涂层研究所存在的问题进行了总结,展望了物理气相沉积钛基多元多界面硬质涂层的发展方向和前景。     

Milling characteristics of VN/AlCrN-multilayer PVD coated tools with lubricity and heat resistance

The mechanical and tribological characteristics of the VN/AlCrN multilayered coating films are investigated for cutting tools by using the arc ion plating (AIP) method with a rectilinear magnetic filtering system. The VN coating film forms vanadium oxide V_xO_1–x that has low friction coefficient on a surface above 500°C, whereas AlCrN coatings exhibit higher hot hardness and oxidation resistance. Therefore, the VN/AlCrN multilayer coatings are expected to demonstrate both superior lubricity and heat resistance, whose characteristics depend mostly on the combination of VN and AlCrN films. Moreover, some lower cutting force, tool wear, and tool flank temperature are obtained at high speed end milling of a prehardened stainless steel, as expected.     

纳米金刚石粒径对Ni-P化学复合镀层耐磨性和耐腐蚀性的影响

为提高化学镀镀层的耐磨性和耐腐蚀性,采用化学镀制备含不同粒径的纳米金刚石Ni-P-D复合镀层,通过SEM、XRD、摩擦磨损试验、磨粒磨损试验和电化学试验,探究纳米金刚石粒径对Ni-P镀层微观形貌、力学性能、摩擦磨损性能、磨粒磨损性能和耐腐蚀性能的影响。经化学复合镀可以得到与基体结合良好,厚度约为30 μm,含纳米金刚石的Ni-P-D复合镀层;含50 nm 金刚石的Ni-P-D复合镀层的硬度最高,抗摩擦磨损和磨粒磨损性能最好;随着纳米金刚石粒径减小,Ni-P-D复合镀层的摩擦系数和抗腐蚀能力提高,含5 nm金刚石的Ni-P-D复合镀层的摩擦系数最小,抗腐蚀能力最强。      

等温淬火处理对感应重熔镍基合金涂层摩擦学性能的影响

目的改善镍基合金涂层的摩擦学性能。方法分别采用感应重熔工艺及感应重熔-等温淬火一体化工艺,在GCr15钢基体表面制备了两种镍基合金涂层,并通过销盘摩擦磨损试验、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度测试对其摩擦磨损性能、微观组织、表面硬度进行了对比研究,探讨了等温淬火处理对感应重熔镍基合金涂层摩擦学性能、微观组织、表面硬度的影响,揭示了其增强机理。结果经等温淬火后的重熔涂层比感应重熔涂层具有更低的摩擦系数和磨损失重,摩擦稳定阶段的摩擦系数为0.301,比后者低23.8%,相对耐磨性是后者的1.71倍。感应重熔涂层同时存在着磨粒磨损和粘着磨损两种机制,而经等温淬火后的重熔涂层以磨粒磨损为主,比前者具有更优异的抵抗磨粒磨损和粘着磨损的能力。感应重熔涂层及经等温淬火处理后的重熔涂层平均显微硬度分别为818.0、873.6HV(0.5),硬度极差分别为170.9、132.6HV(0.5),形状参数分别为18.5057、22.6189,后者比前者具有更高的平均硬度值、更小的硬度极差以及更加稳定的涂层性能。经过微观组织分析发现,重熔涂层在经等温淬火处理后,其晶粒的细化、硬质相的相对均质弥散性、共晶相的减少、丰富的耐磨陶瓷相和快速凝固的定向晶粒结构的协同作用,是其具有优异的显微硬度Weibull分布特性,以及耐磨性得到进一步提高的根本原因。结论合适的等温淬火热处理工艺能够改善感应重熔镍基合金涂层的微观组织,从而有效减小其摩擦系数,并提高其耐磨性。     

不同双层结构AlCrN/AlCrVN多层涂层的力学和磨损性能

采用电弧离子镀的方法制备了不同数目（1、2、4、6）双层结构的AlCrN/AlCrVN多层涂层,并研究了多层结构对涂层微观结构、力学、摩擦学和切削性能的影响。结果显示,沉积态AlCrN/AlCrVN多层涂层主要由固溶(Al,Cr)N组成,优先生长方向为[111]晶向。与其他多层涂层相比,具有6层双层结构的AlCrN/AlCrVN涂层在高温下表现出较低的摩擦系数（约0.46）和磨损率（0.15×10^-11 m³/N·m）,以及较高的硬度（HK_0.05=38 000 MPa）和膜-基结合强度（L_C2=53±1 N）。多层涂层相邻层之间形成了较多的界面,有助于提高多层涂层的硬度和耐磨性。切削试验结果显示,当切削磨损标准VB=0.2时,AlCrN/AlCrVN-6涂层具有较高的硬度和耐磨性,最长的切削长度为7.4 m。     

基体材料对Cr/CrN多层涂层在海水环境中磨蚀性能的影响

目的 讨论海水环境下不同基体材料对Cr/CrN交替的多层复合涂层磨蚀性能的影响,为海水环境下耐磨蚀材料基体的选择和应用提供参考。方法 采用多弧离子镀技术在316L不锈钢和TC4钛合金基体上沉积Cr/CrN多层复合涂层,通过XRD、SEM等技术对涂层材料的微观结构进行表征,通过硬度测试、结合力测试、电化学分析、摩擦磨损试验等技术对涂层材料的力学性能、电化学性能以及摩擦学性能进行分析,比较不同基体对Cr/CrN多层涂层在海水环境中磨蚀性能的影响。结果 以TC4钛合金为基体的Cr/CrN多层涂层的硬度为1727.2HV0.3,虽略小于以316L不锈钢为基体的涂层硬度（2241.5HV0.3）,但其在膜-基结合力、海水环境下电化学性能和摩擦学性能等方面均优于以316L不锈钢为基体的涂层。结合力测试中,以TC4为基体的多层涂层初始裂纹出现在31 N,扩展裂纹出现在42 N,大于316L基体涂层的22 N和35 N。电化学测试中TC4基体涂层的腐蚀电位为?0.20 V,大于316L基体涂层的腐蚀电位（?0.21 V）。海水环境下TC4基体涂层的平均摩擦系数和磨损率分别为0.35和2.9950×10?5 mm3/(N?m),均小于316 L基体涂层的平均摩擦系数（0.36）和磨损率（4.9895×10?5 mm3/(N?m)）。结论 TC4钛合金更适合作为海水环境用Cr/CrN多层涂层耐磨蚀材料的基体材料。     

TC4钛合金表面沉积CrAlSiN涂层的组织与性能

为了提高TC4钛合金表面硬度和耐磨性能,通过等离子渗氮技术和多弧离子镀技术相结合的方法对TC4钛合金进行表面改性处理。通过扫描电镜、维氏显微硬度计、三维轮廓仪、高速往复摩擦磨损试验仪和电化学工作站,对比研究了TC4钛合金、渗氮层和CrAlSiN涂层的显微组织、硬度、耐磨性能和耐腐蚀性能。结果表明,经渗氮处理后,TC4合金表面渗氮层硬度提高了约2倍,在此基础上制备的CrAlSiN涂层的平均硬度高达3222 HV0.025,涂层表面存在少许大颗粒和凹坑;CrAlSiN涂层平均摩擦因数为0.22,磨损机理主要为粘着磨损,对磨副的材料粘着到涂层表面,而涂层几乎无磨损,耐磨性能显著提高。CrAlSiN涂层的自腐蚀电位为-0.542 V,比TC4钛合金基体的自腐蚀电位-0.747 V正移了0.205 V,表明在渗氮层基础上沉积CrAlSiN涂层显著提高了合金的耐电化学腐蚀性能。     

CrN/CrAlSiN涂层海水环境下的摩擦学性能

为提高海洋装备摩擦零部件的摩擦学性能,采用多弧离子镀技术在316L不锈钢上制备了CrN/CrAlSiN涂层。通过XRD、XPS表征涂层的物相及成分,SEM和TEM表征涂层的形貌和微观结构,并用纳米压痕仪测试其硬度,采用摩擦磨损试验机对涂层在大气和海水环境中的摩擦磨损性能进行测试。结果表明:CrN/CrAlSiN涂层的微观结构主要有CrN相、AlN相以及非晶态Si_3N_4包裹CrN、AlN相,(111)择优取向最为明显;基于微观结构与CrN过渡层的设计,CrAlSiN涂层硬度高达35.5 GPa;较之于316L基底,涂层致密的结构使其在海水环境下表现出更好的耐腐蚀性能;在大气和海水环境下,CrN/CrAlSiN涂层的摩擦因数及磨损率均明显降低,在海水环境下达到最优。     

The structure and properties of VN-VCN-VC coatings deposited by a high energy ion assisted magnetron sputtering method

In the last years the scientific interest for transition metal compounds, used for protective and functional coatings, was extended and included, besides Ti, other elements such as Zr, V, and Hf as potential candidates. Due to their promising mechanical properties, and resistance to high temperature, V compounds received an increasing attention from scientists and end-users.The present work is dedicated to the study of the characteristics and the properties of the vanadium based multilayer hard coatings deposited by a magnetron sputtering process, assisted by a high voltage pulse discharge. Different multilayer coatings (VC/VN, VN/VC, VN/VCN/VC) were obtained and comparatively analyzed relative to vanadium nitride and vanadium carbide monolayers. Coatings with microhardness up to 3700 HV 0.05 and thickness up to 20 μm have been produced.Elemental and phase composition, as well as tribological characteristics (wear factor and friction coefficient) of the coatings were investigated. The chemical and structural investigations were performed by GDOES (Glow Discharge Optical Emission Spectrometry), EDX (Energy Dispersive X-ray analysis), XRD (X-ray Diffraction) and SEM (Scanning Electron Microscopy), while microhardness measurements and wear test were used to assess the coatings characteristics. The friction coefficient and the wear resistance of the coatings were evaluated by using pin on disc tests in unlubricated conditions.     

高速电弧喷涂FeAlCrNi/Cr3C2复合涂层的摩擦学特性

使用T11以及THT07—135型高温磨损试验机对高速电孤喷涂（HVAS）FeAlCrNi／Cr3C2复合涂层进行了滑动摩擦磨损特性的研究,并用SEM,TEM,X－ray等手段观察分析了磨痕的形貌和成分、涂层截面的组织和相结构。结果表明：FeAlCrNi／Cr3C2复合涂层具有典型的层状结构且有较高的结合强度和硬度;在常温和高温下,涂层的摩擦系数在开始阶段存在“跑合”现象;随着温度的升高,涂层的摩擦系数降低,耐磨损性能提高;剥层磨损是FeAlCrNi／C邙2复合涂层的主要磨损形式;Cr3C2增强相的加入,大大提高了涂层的耐磨损性能。     

20Cr2Ni4A钢表面WC增强铁基涂层耐磨性能的研究

目的 制备优异的耐磨性涂层用于机械零部件表面,可有效地提高其使用寿命,减少机械设备因磨损失效而带来的各类故障.方法 以20Cr2Ni4A合金钢为基体材料,利用激光熔覆技术,制备了铁基涂层和铁基/WC复合涂层.采用X射线衍射仪(XRD)、金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、HV-1000显微维氏硬度计,分别对铁基涂层和...