多弧离子镀制备纳米多层TiAlSiN涂层的性能研究

采用多靶阴极电弧离子镀系统在硬质合金基体上沉积纳米多层结构的Ti Al Si N硬质涂层,该结构是通过Ti Al N涂层与Ti Si N涂层的交替叠加而制备的。实验同时制备了Ti Al N涂层、Ti Al Si N单层涂层与纳米多层涂层进行性能对比分析,用扫描电镜(SEM)、EDS对涂层结构形貌及成分进行了分析,用划痕法和纳米压痕法分别对涂层的结合力与纳米硬度进行了测试,同时也测试了涂层在不锈钢车削上的性能表现。结果表明,Ti Al Si N纳米多层涂层硬度高达33 GPa,同时在不锈钢车削上以Ti Al Si N纳米多层涂层性能最优,而Ti Al Si N单层涂层性能最差。     

CNG压缩机活塞杆TiN耐磨涂层的性能研究

采用柱弧离子镀在CNG压缩机活塞杆38Cr Mo Al A基体上制备Ti N涂层,研究了涂层的结构、表面形貌、膜基结合力及摩擦系数等。结果表明,Ti N涂层均呈(111)晶面择优取向的面心立方结构,呈致密的柱状生长,涂层的膜基结合力较好,活塞杆经镀覆Ti N涂层后的硬度超过20GPa。Ti N涂层工艺稳定,试磨效果较好,考虑到制造成本相对较低,可作为38Cr Mo Al A活塞杆耐磨涂层的选择之一。     

两步压入法--薄膜力学性能的可靠测量方法

提出了采用力学探针测量薄膜力学性能的两步压入法.该方法通过大载荷压入展示基体变形对薄膜硬度的影响,从而选择不影响基体变形的小载荷测出薄膜的硬度和弹性模量.对高速钢基片上的TiN硬质薄膜,单晶硅片上的金属Ni薄膜和(Ti,Al)N/VN纳米多层膜的测量表明,两步压入法能够测出各种性质薄膜的力学性能,并且具有准确可靠的特点.此外,两步法对(Ti,Al)N/VN纳米多层膜的力学性能的测量表明,该体系的纳米多层膜存在硬度和弹性模量异常升高的超硬、超模量效应.     

TiAlN涂层及微观组织结构研究

通过改变工艺参数,采用非平衡磁控溅射法在硬质合金基体上制备Ti Al N涂层来研究涂层微观结构的变化规律。经表面和断口形貌的扫描电镜结果显示,增加主因素偏压,涂层表面趋向光滑平整,结构趋向致密,表面的大颗粒数量明显减少。EDS能谱分析表明,涂层元素的含量受偏压和N2流量影响较大。XRD分析发现,膜层中有Ti Al N系和Ti N系的物相结构,Ti N/Ti Al N多层涂层主要从(111)晶面择优取向生长。     

复合氮化合物薄膜的研究

采用多源PVD技术在YG8硬质合金基体上分别沉积了Ti N和Ti NX薄膜,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜以及多功能材料表面试验仪,研究了多种元素的添加对Ti N涂层微观结构、断口和表面形貌的影响。结果表明:添加多种元素可使Ti N涂层的微观结构发生明显变化,能有效控制膜的结晶和生长模式,改变传统的(111)面的单一取向,从原来的(111)的择优取向,转变为(200)、(111)、(220)共同取向;Ti NX涂层的断口呈非柱状结构,表面粗糙度小于Ti N,具有更为均匀致密的结晶结构和光整的表面形貌,趋于Ti Al N薄膜的显微硬度,一致的结晶组织结构、有效的沉积效率、良好的膜基结合力有利于厚膜Ti N的制备;相对于Ti N,寿命可提高50%-100%。     

真空阴极电弧沉积（Ti,Al）N薄膜的应用研究

为了提高TiN涂层刀具的耐磨性,采用钛铝合金靶,以真空阴极电弧沉积法制备了（Ti,Al)N涂层,对膜层形貌成分,组织结构及硬度进行了测试及研究,并试验了（Ti,Al)N涂层高速钢钻头及YG6硬质合金刀具的使用寿命,结果表明：（Ti,Al)N涂层硬度高达HV0．1,15,3700,（Ti,Al)N涂层使高速钢钻头及YG6硬质合金刀具的使用寿命显著提高。     

碳靶电流对磁控溅射GLC/Ti薄膜结构及摩擦学性能的影响*

为改善掺杂Ti的GLC/Ti薄膜的摩擦学性能,采用非平衡磁控溅射技术在不同C靶电流下制备了类石墨碳基薄膜。利用扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱仪(Raman)对薄膜结构进行表征;采用纳米压痕仪测量薄膜的硬度及弹性模量;利用HSR-2M型高速往复试验机测试薄膜在干摩擦条件下的摩擦磨损性能,并用白光干涉仪观察磨痕表面形貌。结果表明:随着C靶电流的增大,薄膜的柱状生长趋势日趋明显,其致密性降低,sp~2键含量减小,石墨化程度和结合力降低,而硬度和弹性模量略增;随着C靶电流的增大,摩擦因数和磨损率均增大。因此,适当降低C靶电流可以提高磁控溅射GLC/Ti薄膜干摩擦条件下的减摩耐磨性能。     

过渡层类型对类金刚石薄膜性能的影响

采用电子回旋微波等离子体气相沉积和磁控溅射法相结合的方法,通过石墨靶材和金属钛靶在不锈钢和Al2O3陶瓷基片上沉积了具有不同过渡层的含钛的C薄膜,研究了不同薄膜与衬底的中间层类型对薄膜的表面形貌、硬度、摩擦磨损性能、表面能的影响.结果表明,导电基底更有助于成膜的致密性和均匀性,薄膜为衬底/Ti/TiN/TiCN/C结构时硬度最高.     

溅射工艺参数对TiAlN薄膜力学性能及结构成分的影响

采用反应磁控溅射法和钛一铝镶嵌靶制备TiAlN薄膜;运用纳米压入硬度测试仪、划痕仪和能谱仪、X射线衍射仪等对薄膜进行表征;研究了制备工艺参数对薄膜力学性能、薄膜成分及组织结构的影响.结果表明:随着氮气分压增大,薄膜厚度降低,薄膜(111)取向减弱,(220)和(311)取向增强,薄膜中的氮原子含量逐渐增多,而钛、铝原子含量逐渐减少;随着基体偏压增大,薄膜纳米硬度和膜/基界面临界载荷均逐渐增大,纳米硬度最高可迭48.73 GPa,膜/基界面临界载荷最高可达40 N.     

等离子浸没离子注入合成TiN/Ti-O梯度薄膜的成分与力学性能

用等离子浸没离子注入和沉积(PⅢ-D)的方法,采用三种工艺分别在Si、Ti6Al4V和热解碳(LTIC)表面合成了TiN／Ti-O梯度薄膜。用可编程逻辑控制器(PLC)为核心的一套控制系统控制金属源阴极的推进和气体成分的改变。使用纳米压痕仪、针盘式摩擦磨损试验机和结合力测试仪分析了梯度薄膜的力学性能,梯度薄膜硬度最高可达19.5 GPa,薄膜结合力可达到68 N左右。采用X射线衍射(XRD)分析表明,表层的薄膜为具有金红石结构的氧化钛,二次离子质谱(SIMS)对薄膜进行了定性分析,证实薄膜具有梯度特性。采用X射线光电子能谱(XPS)对梯度薄膜进行近表面成分分析,结果表明合成的TiN／Ti-O薄膜是非化学计量的,其成分组成为TiO2、Ti2O3和TiO。使用扫描电镜(SEM)观察了薄膜磨痕、结合力划痕,结果表明,控制合成的TiN／Ti-O梯度薄膜具有良好的力学性能。