电弧离子镀制备(TiCr)N薄膜的微观结构及性能

利用电弧离子镀 (ArcIonPlating)方法 ,通过对独立的Ti靶和Cr靶的弧电流进行控制 ,成功地在高速钢 (HSS)基体上制备了不同成分配比的 (TiCr)N薄膜。采用X射线衍射 (XRD)分析显示 :薄膜为单一的fcc的结构、没有TiN或CrN相存在 ;薄膜呈 (2 2 0 )结构 ,薄膜的晶格常数随着Cr含量的增加而减小。透射电子显微镜 (TEM)结果表明 :(TiCr)N薄膜的晶粒尺度为2 0nm左右。显微硬度测试表明 :薄膜具有很高的硬度 ,而且随弧流比的变化 ,硬度值有一极大值。同时 ,本文探讨了 (TiCr)N薄膜的宏观残余应力、显微硬度和Cr含量之间的关系及其微观机制     

电弧离子镀沉积TiC_x薄膜的结构和性能研究

采用脉冲偏压电弧离子镀沉积系统,在W6Mo5Cr4V2高速钢基体上制备出不同成分的TiCx薄膜。通过扫描电镜、X射线衍射、X射线光电子谱及拉曼光谱对薄膜的表面形貌和微观结构进行分析;采用纳米压痕和摩擦磨损试验来表征薄膜的力学性能。结果表明:所制备的薄膜为富碳TiCx薄膜,富碳成分均以非晶碳形式存在。随着非晶碳组分的增加,薄膜硬度和弹性模量逐渐降低,获得的最高值分别为36GPa和381GPa,同时薄膜的摩擦系数在0.2~0.3之间。     

电弧离子镀制备（TiCr）N薄膜的微观结构及性能

利用电弧离子镀（Arc Ion Plating）方法，通过对独立的Ti靶和Cr靶的弧电流进行控制，成功地在高速钢（HSS）基体上制备了不同成分配比的（TiCr）N薄膜。采用X射线衍射（XRD）分析显示：薄膜为单一的fcc的结构、没有TiN或CrN相存在；薄膜呈（220）结构，薄膜的晶格常数随着Cr含量的增加而减小。透射电子显微镜（TEM）结果表明：（TiCr）N薄膜的晶粒尺度为20nm左右。显微硬度测试表明：薄膜具有很高的硬度，而且随弧流比的变化，硬度值有一极大值。同时，本探讨了(TiCr)N薄膜的宏观残余力、显微硬度和Cr含量之间的关系及其微观机制。     

电弧离子镀硬质梯度薄膜技术

电弧离子镀设备若具有必要的功能条件 ,就可用纯金属分离靶弧流控制技术来制取多元硬质梯度薄膜 ,本工作明确合成梯度薄膜的工艺原则 ,并以TiAl多层合金梯度薄膜和 (Ti,M)N(M为Zr ,Nb等元素 )硬质梯度薄膜为例 ,进一步展开说明该技术的工艺过程 ,对实际效果给予评定。结果表明 ,用电弧离子镀技术制备多元硬质梯度薄膜 ,具有操作简便、沉积速度快、成分调节范围宽等优点 ,为多元复合硬质薄膜的合金强化机制与结构优化研究 ,提供了关键的技术条件     

氮分压对电弧离子镀CrNx薄膜结构与性能的影响

采用电弧离子镀技术,在不同n2分压下沉积Cr/CrNx薄膜.X射线衍射技术、努氏硬度计和UMT型球-盘摩擦试验机、M342-2型腐蚀测量系统分别测试了薄膜相结构、显微硬度、摩擦磨损和抗腐蚀性能.研究了N2分压对薄膜相组成、硬度、摩擦磨损和抗腐蚀性能的影响.结果表明随着N2分压的升高,薄膜由Cr2N(211)相过渡到CrN(220)相;薄膜硬度出现两个极值,对应于单相Cr2N和CrN;与钢基体相比,N2分压为0.35 Pa时制备的CrNx薄膜具有良好的耐磨性能和抗腐蚀性能.     

电弧离子镀CrAlN-DLC硬质复合薄膜的成分、结构与性能

为了改善CrAlN薄膜的摩擦性能, 本研究在增强磁过滤脉冲偏压电弧离子镀设备上, 用分离靶弧流调控技术在硬质合金基体上分别制备了不同成分的CrAlN-DLC硬质复合薄膜, 并采用不同手段表征了薄膜的表面形貌、成分、相结构以及力学和摩擦性能。结果表明, 不同成分薄膜表面均平整致密, 膜厚均在1.05 μm左右。随着靶弧流比I_C/I_CrAl的升高, 薄膜中碳的原子分数由33.1%升至74.6%。薄膜的相结构主要由晶体相和非晶相复合组成, 其晶体相主要为c-(Cr,Al)N相, 且随着碳含量增大晶体相减少、晶粒尺寸减小, 其非晶相主要为DLC, 其中sp²/sp³的比值随碳含量增大而减小。相应地, 薄膜的硬度随着碳含量增大而提高, 当碳的原子分数为74.6%时, 达到最大值(26.2±1.4) GPa, 且该成分点处薄膜摩擦系数也降至最小值0.107, 磨损率仅为3.3×10^-9 mm³/Nm。综合而言, 当非晶DLC相最多时, CrAlN-DLC复合薄膜的综合性能达到最佳, 较之CrAlN薄膜, 摩擦性能显著提高。     

氮气流量对电弧离子镀CrN薄膜组织结构和性能的影响

利用电弧离子镀技术在高速钢基体上于不同氮气流量条件下制备CrN薄膜样品,通过纳米压痕仪、XP-2台阶仪、SEM和XRD测试分析了薄膜的硬度、弹性模量、厚度、表面形貌和物相结构.实验结果表明,氮气流量对CrN薄膜的组织结构和力学性能都具有较为明显的影响.     

电弧离子镀硬质梯度薄膜技术

电弧离子镀设备若具有必要的功能条件，就可用纯金属分离靶弧流控制技术来制取多元硬质梯度薄膜，本工作明确合成梯度薄膜的工艺原则，并以TiAl多层合金梯度薄膜和（Ti,M)N(M为Zr,Nb等元素）硬质梯度薄膜为例，进一步开说明该技术的工艺过程，对实际效果给予评定。结果表明，用电弧离子镀技术制备多元硬质梯度薄膜，具有操作简便、没积速度快、成分调节范围宽等优点，为多元复合硬质薄膜的合金强化机制与结构优化研究，提供了关键的技术条件。     

氮气分压对电弧离子镀CrN_x薄膜组织结构的影响

利用电弧离子镀技术在钛合金表面制备CrNx薄膜,分析讨论氮气分压对薄膜表面形貌、相组成和微观结构的影响。结果表明,随着氮气分压的升高,CrNx薄膜表面熔滴的数量及尺寸减少,表面平整度得到明显改善;薄膜的物相组成在氮气分压为1.0 Pa时由Cr2N相变为CrN相;同时因氮气分压改变粒子、离子的轰击作用,影响薄膜表面的能量状态,CrNx薄膜晶体的择优生长由(200),(220)变为(111)。在氮气分压为1.5 Pa时可获得高沉积效率、高致密度、高硬度,并具有纳米晶体结构的单相CrN薄膜。     

电弧离子镀TiN薄膜的往复滑动摩擦学行为研究

采用电弧离子镀技术在不锈钢基片上沉积了TiN薄膜,利用显微硬度计测量了薄膜的表面硬度.采用球-盘式摩擦磨损实验机对比研究了基片和薄膜在与GCr15配副的情况下,二者在空气中干磨擦状态下的摩擦磨损性能;利用扫描电镜(SEM)、能量衍射谱仪(EDS)和表面粗糙度台阶轮廓仪对薄膜的磨损区域进行了微观分析.实验结果表明,随着法向载荷和往复速率的增大,薄膜和基体的摩擦系数都减小,但薄膜的摩擦系数始终小于基体的摩擦系数.不锈钢基体与GCr15配副时,基体磨损较大,此时的磨损机制是犁削磨损和磨料磨损;而TiN薄膜与GCr15配副时,薄膜不仅无磨损,而且其表面将形成一层具有润滑作用的移着膜,此时的磨损机制主要是磨料磨损,因此在不锈钢基体上沉积TiN薄膜有利于提高基体的耐磨性.     

沉积气压对电弧离子镀制备ZnO薄膜的结构和性能影响

采用阴极真空电弧离子镀技术在玻璃衬底上制备出了具有择优取向的透明ZnO薄膜. 利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜及紫外-可见吸收光谱仪分别对ZnO薄膜的结构、表面形貌及可见光透过率进行了分析.XRD结果表明,所制备的ZnO薄膜具有六角纤锌矿结构的(002)和(101)两种取向,在沉积气压＞1.0Pa时所制备的ZnO薄膜具有(002)择优取向,并且非常稳定.SEM图表明,ZnO晶粒大小较为均匀,晶粒尺寸随着气压升高而变小.在400～1000nm范围内,ZnO薄膜的可见光透过率超过80%,吸收边在370nm附近,所对应的光学带隙约为3.33～3.40eV,并随着沉积气压上升而变大.     

电弧离子镀Cr1-xAlxN硬质薄膜的成分、结构与性能

采用电弧离子镀的分离靶弧流调控技术在硬质合金基体上制备了4组不同Al含量的Cr_1-xAl_xN硬质薄膜, 采用SEM、XPS、GIXRD、Nanoindenter及划痕仪分别表征了薄膜的形貌、成分、相结构和力学性能。结果表明: 4组薄膜厚度分别为1.28、1.42、1.64和1.79 μm; 成分x随着Al靶的弧流相对增大而增大, 分别为x=0.41、0.53、0.64和0.73; 相结构与成分密切相关, 当x=0.41时, 薄膜呈单一的c-(Cr,Al)N相, 而当x≥0.53时, 则由c-(Cr,Al)N相和hcp-AlN相混相构成; 随着Al含量增加, 晶粒尺寸先减小后增大, 在x=0.64时达到最小值8.9 nm; 相应地硬度则先增大后减小, 在x=0.64时达到峰值35.3 GPa; 4组Cr_1-xAl_xN薄膜的膜基结合良好, 结合力均在60 N以上。综合测试结果发现, 当x=0.53时, Cr_1-xAl_xN薄膜的韧性最佳, 弹性恢复系数最高为57.4%, 同时兼具较高的硬度34.7 GPa, 此时薄膜具有最佳的综合性能。     

工艺参数对电弧离子镀沉积铜薄膜微结构及性能的影响

采用脉冲偏压电弧离子镀技术在不同工艺参数(弧电流、基体负偏压)水平下制备了一系列铜薄膜。利用金相显微镜、腐蚀失重试验和双向弯曲试验分别研究了弧电流和基体负偏压对铜薄膜组织结构、耐腐蚀性能和结合性能的影响。结果表明,弧电流由40A增加到80A,薄膜表面颗粒含量明显增加,大颗粒尺寸由13.71μm增加到19.36μm,膜层平均腐蚀速率降低;随着弧电流提高,薄膜结合性能先降低后提高,60A时膜层结合性能最理想;随着基体脉冲负偏压升高,薄膜结合性能提高,薄膜表面颗粒含量及其尺寸减小、负偏压达到200V时大颗粒净化效果明显;基体脉冲负偏压由20V升高到180V,膜层平均腐蚀速率先降低后升高,140V时膜层耐腐蚀性能最佳。     

附加偏置电场对电弧离子镀TiN薄膜结构和性能的影响

为了改善电弧离子镀薄膜表面存在的大颗粒污染问题,在真空室内附加一个与靶-基连线垂直的偏置电场,探究不同偏置电压对薄膜表面形貌、微观结构和力学性能的影响规律。结果表明,不同电压下TiN薄膜均呈晶态,沿(111)晶面择优生长,薄膜的微观结构受偏置电场的影响很小。随偏置电压增大,薄膜的结合力、显微硬度呈现先增后减趋势,在24V时均达最大值,电压进一步增大到32V时,结合力和显微硬度反而有少许下降。偏置电场可以有效改善薄膜表面形貌,当电压为32V时,薄膜表面质量最好,摩擦因数仅为0.115。     

电弧离子镀Ti(CxN1-x)薄膜的结构和力学性能研究

利用电弧离子镀设备，沉积了不同C、N比的Ti(CxN1-x)薄膜，研究了C含量对Ti(CxN1-x)薄膜的结构（相结构、择优取向及晶格常数）及力学性能（硬度、膜基结合强度及抗磨损性能）的影响。结果表明，复合镀层的C、N比随CH4、H2流量之比而变化，但原子百分数之和基本不变（约46.5%)。复合镀层结构致密，与基体结合良好，抗磨和切削性能优于TiC和TiN镀层。     

电弧离子镀纳米TiO2光催化薄膜

采用电弧离子镀法在普通玻璃表面制备透明的TiO2薄膜,AFM、XRD分析TiO2薄膜表面形貌和结构,结果表明经过500℃退火后TiO2薄膜主要为锐钛矿结构.对纳米TiO2薄膜进行了亲水性研究和光催化降解有机物甲基橙和罗丹明B的研究,发现在紫外光照射下纳米TiO2薄膜表现出强光催化活性和超亲水性.     

脉冲偏压对电弧离子镀TiNbN硬质薄膜相结构的影响

用电弧离子镀设备,在其他工艺参数相同的条件下,通过仅改变脉冲偏压幅值的方法分别沉积TiNbN硬质薄膜,考察脉冲偏压对薄膜相结构的影响.结果表明,TiNbN硬质薄膜的相结构随脉冲偏压幅值的变化而变化:当幅值为-300 V时,得到TiN类型的(TiNb)N的固溶体;-600 V时,得到TiN和δ-NbN的混合相结构;而在-900 V时,则得到TiN和δ-NbN以及β-Nb2N三相混合结构.分析表明,脉冲偏压能够改变薄膜相结构,这与不同偏压提供的离子沉积能量,能够分别满足各个化合物生成自由能的热力学条件有关.     

脉冲偏压电弧离子镀CrAlN薄膜研究

在高速钢和不锈钢基体上用脉冲偏压电弧离子镀技术制备了CrAlN薄膜,研究了脉冲偏压对薄膜成分、结构和性能的影响,并进行了900℃下的高温抗氧化性能检测。结果表明,薄膜中Al的相对含量随着脉冲偏压的增加而降低;薄膜的相结构由立方CrN和Al相组成;薄膜的硬度随脉冲偏压的增加而增大,在偏压幅值为-500 V时,硬度可达21.5 GPa;薄膜具有高达70 N的膜基结合力;此外,薄膜在900℃的大气中保温10 h,没有出现明显的氧化现象;在合成的三种薄膜中,在脉冲偏压为-500 V×40 kHz×40%时的薄膜具有最好的综合性能。     

磁过滤电弧离子镀技术

冷阴极反离子镀技术自从问世以来,由于具有高电离度和较高的离子能量,因而在镀制高硬度、高耐磨性薄膜方面得到了广泛的应用。如切削刀具、模具上的硬质薄膜、汽缸活塞环发动机内壁上的抗磨损薄膜,等等。同时由于电弧离子镀设备结构简单、镀膜过程容易控制,它在装饰镀方面也获得了广泛的应用,如仿金镀以及一些五金件的装饰镀。但是由于普通电弧离子镀膜过程中阴极会产生大量液滴（微粒）,并与金属离子一起沉积在基片上,因而限