多层复合TiN镀层的研究进展

TiN镀层已获得广泛的应用.为克服单一TiN镀层的不足和进一步改善TiN镀层的性能,近年来,对TiN镀层进行了深入的研究.本文综述了多层复合TiN镀层研究的最新进展,详述了TiN/氮化、TiN/Ni-P、TiN/TaN、TiN/SiC、TiN/TiCrN/CrN/CrTiN、Ti(C,N)/TiN、TiN-MoS2/Ti、TiN-DLC多层复合镀层的工艺、结构和性能,指出了今后TiN镀层的研究方向.     

多弧离子镀装饰膜工艺研究

本文介绍了多弧离子镀用于不锈钢钟表表面镀TiN薄膜的工艺过程和主要参数，以及镀TiN薄膜钟表的基本物理和化学性能的检测结果，并通过实例说明镀膜工件所具备的各项优点，对影响镀膜工件质量和使用效果的因素进行了分析讨论．     

划痕试验法测定TiN薄膜的粘着力

本文用划痕试验法研究了直流等离子体化学气相沉积(PCVD)镀膜工艺在高速钢、碳钢上沉积的 TiN 膜的剥落方式,测量了膜层被划干净时的临界载荷,并和 PVD、CVD 工艺在高速钢、硬质合金钢上镀的 TiN 膜作了比较,结果表明:PCVD 法较 PVD 法镀的 TiN 膜的粘着力强,达到了 CVD 法镀的 TiN膜的粘着力。     

TiN涂层相组成计算机分析

用计算机分析系统对不同TiNPVD涂层工艺的镀膜层相组成进行了分析,并用Winfit和Origin软件对X衍射图谱进行作图标定。研究表明,TiN涂层相组成主要有TiN、Ti2N、TiN0.26和FeTi相;工艺参数(如负偏压、靶电流和氮分压等)对涂层性能和质量的影响很大。在分析的基础上提出了合理的工艺参数。     

直流等离子体化学气相沉积氮化钛及其应用

本文报道中试规模的直流等离子体化学气相沉积氮化钛(PCVDTiN)工艺及设备。设备外形尺寸为φ700×700mm,有效镀膜区为φ450×500mm。在此区域内,温度不均匀性小于20℃,TiN膜厚不均匀性小于15％。对TiN膜的硬度、生长速率、显微组织、晶体结构以及TiN膜的成分进行了研究。经测试及实际应用证明,高速钢麻花钻头用本工艺涂镀TiN膜后,可提高寿命8.3倍。其它刃具、模具、轴承等涂镀TiN后寿命也明显提高。     

高频等离子法合成氮化钛的扩大试验

超细TiN粉末是现代科技领域中的一种非常重要的新材料。本文叙述了以TiCl_4、NH_3、H_2为原料,用高频氮等离子法合成超细TiN粉的扩大试验,其目的在于使这种方法能用于工业生产。因此,我们在以前试验的基础上,着重研究了以下内容:(1)等离子反应器的结构;(2)最宜工艺参数;(3)悬浮于尾气中的TiN粉的收集装置;(4)TiN产品中残留HCl、NH_4Cl的去除方法。本试验结果为大批量生产超细TiN粉提供了工业性设计参数。     

以木材为模板制备TiN/C多孔陶瓷

利用TiO2溶胶浸渍松木木炭模板形成TiO2/C复合体,并经高温碳热-氮化反应制备了一种具有木材管胞组织结构的多孔TiN陶瓷;利用X射线衍射对氮化后的物相进行分析,采用扫描电镜对多孔TiN/C陶瓷的形貌进行观察,研究了氮化温度、气氛分压、TiO2/C质量比对最终产物TiN/C多孔陶瓷的晶体结构、微观形貌的影响.试验结果表明,当氮化条件为1400℃、4h时,可得到立方相结构的TiN陶瓷;在木炭转变为多孔TiN陶瓷的氮化过程中,木炭的显微结构很好地保留在多孔TiN陶瓷中.并通过热力学计算探讨了TiN陶瓷转化过程的机理.     

循环氩离子轰击对等离子体增强化学气相沉积(PECVD)TiN膜耐腐蚀性能的影响

设计了循环氩离子轰击-PECVD TiN工艺.运用扫描电子显微镜、能谱仪、恒电位仪等仪器设备,研究循环氩离子轰击对PECVD TiN膜耐腐蚀性能的影响及作用机理.结果表明循环氩离子轰击提高了膜层在硝酸和硫酸中的耐腐蚀性能.这主要是由于循环氧离子轰击强化了沉积中的反应,细化了TiN晶粒,降低了膜层中的残余氯含量.循环氩离子轰击还可能具有减少膜内缺陷、提高TiN膜致密性的作用,从而亦有助于提高膜的耐蚀性.     

铝基复合材料基底镀厚膜TiN的附着力研究

利用直流磁过滤多弧离子镀技术在铝基复合材料基片上镀制大于25μm的TiN厚膜.对厚膜TiN的附着力及其与各种工艺条件的关系.采用扫描电镜对厚膜TiN的微观结构及划痕形貌进行了分析.研究结果表明:基片的清洗、基片的温度、孤电流、脉冲偏压和镀层界面组织结构等都影响厚膜TiN的附着力;弧电流为70A、脉冲偏压为100V、占空比为70%、温度为200℃时,厚膜TiN的临界载荷达到4.5kg/mm~2,远大于指标要求4kg/mm~2;镀层界面的融合有利于提高厚膜TiN的附着力.     

ZrN/TiN复合涂层刀具的制备及切削性能

采用中频磁控溅射和电弧离子镀2种方法组合，在YG6硬质合金基体上沉积ZrN/TiN复合涂层.研究了复合涂层刀具的制备工艺，并对复合涂层刀具的性能参数进行了测试.通过切削试验研究了ZrN/TiN涂层对硬质合金刀具切削性能的影响，并与未涂层刀具的切削效果做了对比.结果表明：ZrN/TiN涂层提高了硬质合金刀具的硬度，降低了涂层刀具的切削力，提高了涂层刀具的耐磨损能力.     

ZrN／TiN复合涂层刀具的制备及切削性能

采用中频磁控溅射和电弧离子镀2种方法组合，在YG6硬质合金基体上沉积ZrN／TiN复合涂层．研究了复合涂层刀具的制备工艺，并对复合涂层刀具的性能参数进行了测试．通过切削试验研究了ZrN／TiN涂层对硬质舍金刀具切削性能的影响，并与未涂层刀具的切削效果做了对比．结果表明：ZrN／TiN涂层提高了硬质合金刀具的硬度，降低了涂层刀具的切削力，提高了涂层刀具的耐磨损能力．     

铁基基体CVDTiN表观活化能之间的关系

本文从理论上推导出,铁基基体化学气相沉积(CVD)TiN总沉积反应的表面过程表观活化能E_3、来自气相的反应物生成TiN反应的表面过程表观活化能E_1,和来自气相及基体的反应物生成TiN反应的表面过程表观活化能E_2的关系式,E_3=λ_1·E_1+λ_2·E_2;计算出T10钢和Cr12MoV钢基体CVDTiN,来自气相及基体的反应物生成TiN反应的表面过程表观活化能E_2,分别是199.8和192.3kJ/mol;用这关系式,解释了作者最近获得的一些实验结果。     

碳含量对帘线钢凝固析出TiN夹杂的影响

对含碳量（质量分数）分别为0．72％、0．82％和0．95％的帘线钢凝固析出TiN夹杂进行热力学研究,结果表明：碳含量对于不同强度级别的帘线钢中TiN夹杂的析出有着明显的影响．随着帘线钢碳含量增加,凝固前沿温度逐渐降低,析出TiN夹杂所需的氮钛活度积也逐渐下降．在相同的钢液初始Ti、N含量条件下,较高碳含量的帘线钢中析出的TiN夹杂尺寸会大于较低碳含量帘线钢中析出的TiN夹杂尺寸．为了控制超高强度级别的过共析帘线钢中TiN夹杂的析出对帘线钢加工性能的有害影响,必须通过冶炼工艺进一步降低钢液中的钛、氮含量．     

脉冲激光沉积制备TiN/AlN多层薄膜的研究

采用脉冲激光沉积(PLA)法,在单晶Si试样表面沉积制备了一系列TiN/AlN硬质多层膜,并采用基于免疫算法的免疫径向基函数(IRBF)神经网络对AlN厚度建立预测模型,设计出具有可控调制周期和调制比的TiN/AlN多层膜。X射线衍射(XRD)结果表明,小调制层周期下,过高或过低的工艺条件下薄膜通常为非晶态,适当的工艺条件下TiN、AlN形成具有强烈织构的超晶格柱状晶多层膜;与此相应,纳米多层膜产生了硬度和弹性模量异常增高;随着调制比增加,使纳米多层膜形成非晶AlN层和纳米晶TiN层的多层结构,多层膜的硬度和弹性模量逐渐下降。XPS结果表明,薄膜界面由Ti+4、Ti+3离子组成,N的负二价、三价亚谱结构预示着非当量TiN、AlN的形成。AFM研究显示,薄膜的调制周期均在10~200 nm范围内,且薄膜表面较均匀;当多层薄膜调制周期在50 nm以下时,薄膜的纳米硬度值明显高于TiN和AlN的混合硬度值,达30 Gpa。     

直流等离子体化学气相沉积TiN在塞规上的应用

在H_2、N_2和TiCl_4蒸气气氛中,用直流等离子体化学气相沉积法,在塞规上沉积TiN涂层的应用进行了研究,结果表明: ①等离子体化学气相沉积TiN工艺适用于塞规的镀膜。膜层厚度均匀性好。镀膜的塞规不需要任何镀后处理。几何形状完全符合精度要求,镀后的塞规可以直接投入使用。②在用45~#钢制造的塞规上,用直流等离子体化学气相沉积法镀1μm的TiN涂层,可以比工具钢经淬火制造成的塞规提高使用寿命5倍以上。     

Ti—Cl—H—N系统表面过程控制条件TiN化学气相沉积动力学(N_2/H_2≥0.5)

本文用热壁反应器研究了基体温度、气体总流量、N_2/H_2比和TiCl_4输入浓度对TiN沉积迷率的影响。确定了沉积过程分别为化学平衡、气相中传质和表面反应控制的实验条件。在表面过程控制区域,测定了TiN化学气相沉积的表现活化能值为28.8±5.8千卡/摩尔。提出了该系统化学气相沉积TiN的机理。表面过程的速率,即TiN的沉积速率,是由表面反应Ti·2HCl(a)+N(a)—→TiN(s)+2HCl(a)确定的。推导出高低TiCl_4输入浓度时,TiN沉积的速率方程分别是:R=K_H·~°P_(H_2)·~°P_(N_2)~(1/2o)/P_(TiCl_4)和R=K_L~°P_(H_2)~°P_(N_2)~(1/2)·~°P_(TiCl_4)。用这些方程能解释实验数据作出的功力学曲线。     

化学气相沉积TiN—沉积温度及基体中碳的影响

本文研究了沉积温度对Cr12MoV钢基体TiN沉积速率的影响。TiN沉积速率高于低碳钢基体TiN沉积速率,并且随沉积温度升高而增加。研究了不同碳含量铁基体中碳扩散对TiN沉积的影响。TiN沉积速率随碳含量增加线性增加;涂层硬度亦随碳含量增加而增加。基于铁的催化作用,推导出TiN沉积速率方程式: R=h_1+k_1·C     

TC4合金表面TiN陶瓷激光熔覆层的组织和耐磨性能

为提高TC4合金的耐磨性能，采用连续波CO2激光在其表面熔覆TiN陶瓷涂层，分析了熔覆层的微观组织结构，对熔覆层的硬度和磨损性能进行了测试．结果表明，TiN激光熔覆层分为两个亚层，表层为TiN熔凝层，由TiN棒状树枝晶组成，底层为TiN和钛合金混凝层，由TiN棒状树枝晶、TiN颗粒和钛合金马氏体组成；TiN激光熔覆层的显微硬度在500—900HV之间，明显地改善了TC4合金的磨损性能．     

铁基基体化学气相沉积TiN的机理

本文研究了在低碳钢、T10钢和Cr12MoV钢基体上,在由表面过程控制的沉积条件下,CVD法沉积TiN的机理;测出了在这些基体上,用CVD法沉积TiN的表面过程表观活化能和铁的催化反应的表观活化能;确定了铁的催化反应的限制性环节是铁在TiN涂层表面的扩散步骤;提出并讨论了T10钢和Cr12MoV钢基体CVDTiN的沉积机理的转变温度。     

工艺参数对反应磁控溅射TiN薄膜硬度的影响

采用反应磁控溅射工艺,在W18Cr4V高速钢基片上制备TiN薄膜;运用正交设计方法选取工艺参数,研究溅射电流、N_2流量、Ar流量、负偏压等工艺参数对TiN薄膜硬度的影响;并进一步研究了负偏压对薄膜硬度影响。结果表明,各参数对硬度的影响次序由大到小依次为:负偏压、N_2流量、溅射电流、Ar流量。当负偏压小于100V时,负偏压可增加离子对基片的轰击作用,提高致密度,从而提高薄膜硬度;当负偏压大于100V时,过强的离子轰击使薄膜产生更多的缺陷,使薄膜硬度降低。