Zr-Al-N及Zr-Al-Si-N复合膜的微结构及力学性能

采用多靶反应磁控溅射技术制备不同Al含量的Zr-Al-N复合膜及不同Si含量的Zr-Al-Si-N复合膜。采用能谱仪、X射线衍射仪和显微硬度计对薄膜进行测试,研究Al含量对Zr-Al-N复合膜微结构和力学性能的影响以及Si含量对Zr-Al-Si-N复合膜微结构和力学性能的影响。结果表明,当Al含量为13.97at%时,Zr-Al-N复合膜的硬度达到最大,最大值为27.16 GPa,随着Al含量的继续增加,薄膜由B1(NaCl型面心立方结构)型结构向B1-B4(ZnS型纤锌矿结构)型双相结构转变,硬度急剧降低;当Si含量为18.79at%时,Zr-Al-Si-N复合膜的硬度达到最大,最大值为34.43 GPa,进一步增加Si含量薄膜向非晶态转化,薄膜硬度降低。     

Al含量对(V,W,Al)N复合膜微观组织和抗氧化性能的影响

采用多靶磁控溅射仪,制备不同Al含量的(V,W,Al)N复合膜。利用X射线衍射仪、纳米压痕仪和热处理炉及热失重分析仪对(V,W,Al)N复合膜的微观组织、力学性能及高温抗氧化性能进行表征。结果表明:当Al含量低于14.86 at%时,(V,W,Al)N复合膜存在面心立方结构(V,W)N、WN相及六方结构V2N相,当Al含量高于14.86 at%时,薄膜存在面心立方结构(V,W)N、WN相及六方结构V2N和AlN相;随Al原子百分含量的增加,复合膜的硬度呈先增大后减小的趋势,当Al原子百分含量达到14.86 at%时,其硬度最大值为35.5 GPa;随Al含量的增加,(V,W,Al)N复合膜抗氧化性能提高了至少200℃。讨论Al含量对(V,W,Al)N复合膜性能的影响。     

W_(1-x)Al_xN复合膜的显微组织和抗氧化性能（英文）

采用反应磁控溅射仪制备一系列不同铝含量(0~38.6%,摩尔分数)的W_(1-x)Al_xN复合膜。利用EPMA、XRD、XPS、纳米压痕仪、SEM及HRTEM等对膜组成、显微组织、力学及抗氧化性能进行表征,研究Al含量对WAlN膜显微组织和抗氧化性能的影响。结果表明,WN膜为面心立方结构,W_(1-x)Al_xN膜由面心立方W(Al)N和六方纤锌矿结构AlN组成,具有很强的(111)和(200)取向。其硬度随Al含量增加先增大后减小。当Al含量为32.4%(摩尔分数)时硬度达到最大值,为36 GPa。与WN相比,W_(1-x)Al_xN膜表现出更优的抗氧化性能,这主要归因于表层形成的致密Al_2O_3层。     

Mo含量对CrMoN复合涂层的组织结构和性能的影响

采用直流反应磁控溅射技术在M2高速钢基片上制备了不同Mo含量的Cr Mo N复合涂层,研究了Mo含量的变化对Cr Mo N复合涂层成分、相结构、化学价态、截面形貌、显微硬度和摩擦性能等的影响.结果表明,随着Mo含量的增加,Cr Mo N复合涂层的相结构先转变为以fcc-Cr N相为基础的(Cr,Mo)N置换式固溶体,后转变为以fcc-g-Mo2N相为主的混合相,当Mo含量为69.3%(原子分数)时,伴有少量的bcc-Mo相生成;Cr Mo N复合涂层的显微硬度先增加后降低,在Mo含量为45.4%时具有最高值;当Mo含量大于45.4%时,在与对磨副摩擦过程中会生成大量的Mo O3相,降低了摩擦系数和磨损率.     

铝含量和退火温度对锆铝合金相组成和力学性能的影响

利用非自耗电弧炉熔炼了Al含量为6.0%,7.0%,8.0%(质量分数)的锆铝二元合金,通过退火过程中的包析反应得到了不同相组成的Zr3Al基合金,借助光学显微镜、XRD分析研究了合金的金相组织和相组成,进行了显微硬度测定和拉伸试验。结果表明:铸态的锆铝合金显微硬度随着铝含量的增加而增大;退火可得到组织均匀的Zr3Al基合金,其显微硬度和抗拉强度主要与相组成和基体晶粒大小有关,而与第二相的形态无关;合金的显微硬度、抗拉强度随着Zr3Al相的增多而增大,延伸率随着Zr3Al相的增多而减小;合金的显微硬度、抗拉强度和延伸率随着Zr3Al晶粒的细化而不同程度地增大。     

Ti-Si-N复合膜的微结构及性能研究

为研究Si的加入及含量对薄膜结构和性能的影响,采用磁控反应溅射法制备了一系列不同Si含量的Ti-Si-N复合膜,采用XRD、微力学探针和SEM研究了薄膜的微结构、力学性能和抗氧化性.结果表明:随着Si含量的增加,薄膜晶粒尺寸减小,硬度升高,抗氧化性能提高.Si含量为4%～12%(原子数分数)时,晶粒尺寸随含量增加而急剧下降;当Si含量超过9%时,薄膜硬度处于峰值区;Si含量在7%以上时,薄膜具有较高的抗氧化能力.探讨了Ti-Si-N复合膜硬度升高和抗氧化能力提高的机理.     

Mo含量对CrMoAlN薄膜微观结构和摩擦磨损性能的影响

采用非平衡磁控溅射离子镀技术在M2工具钢和单晶Si表面沉积多元CrMoAlN纳米多层薄膜.利用EDS,SEM,XRD,XPS,纳米压痕仪和销盘磨损试验仪研究Mo含量对CrMoAlN薄膜成分、表面和截面形貌、相结构、化学价态、显微硬度和摩擦性能的影响.结果表明,不同Mo含量的CrMoAlN薄膜均为fcc结构,Mo代替了Cr Al N晶格中部分Cr或Al的位置,形成了以fcc-Cr N相为基础的CrMoAlN置换固溶体.随着Mo含量提高,CrMoAlN薄膜表面颗粒尺寸明显减小,截面柱状晶结构逐渐消失.CrMoAlN薄膜的显微硬度和弹性模量随着Mo含量的增加而提高,摩擦系数和磨损率随着Mo含量的提高而降低.Mo含量为19.47%(原子分数)时,显微硬度与弹性模量均达到最大值29.70 GPa和427.53 GPa,摩擦系数和磨损率达到最小值0.271和1.2×10-16m3/(N·m).     

CrN薄膜掺杂Mo元素改性研究

利用多弧离子镀技术,在4Cr13不锈钢表面制备CrN薄膜,并掺杂不同含量的Mo原子,制备CrMoN复合薄膜。用XRD、附着力划痕仪、显微硬度计和电化学测量仪分别检测复合薄膜的相结构、结合力、硬度以及在3.5%NaCl溶液、1 mol·L~(-1) NaOH溶液和1 mol·L~(-1) H_2SO_4溶液中的电化学腐蚀性能。结果表明;CrMoN复合薄膜形成了以NaCl型面心立方CrN结构为基础的(Cr,Mo)N结构;当Mo含量达到31.08%(原子分数)时,在(311)、(111)方向上出现Mo_2N的衍射峰,此时薄膜出现了CrN、(Cr,Mo)N和Mo_2N相结构并存的情况。当Mo的原子分数为7.09%时,结合力最大为57 N,显微硬度(HV)达到最大值29623 MPa;当Mo含量为14.26%时,在H_2SO_4溶液和NaOH溶液中耐蚀性能最好;当Mo含量为5.15%时,在NaCl溶液中耐蚀性能最好。复合薄膜腐蚀机理主要是局部腐蚀中的小孔腐蚀,缝隙腐蚀和电偶腐蚀也会发生。     

C含量对TiWCN复合膜微结构、力学性能和摩擦磨损性能的影响

采用磁控溅射仪制备了一系列不同C含量的Ti WCN复合膜.利用XRD,SEM,纳米压痕仪和高温摩擦磨损仪等对Ti WCN复合膜的微结构、力学性能和摩擦磨损性能进行了表征.结果表明:Ti WCN复合膜由fcc结构的Ti WCN相和六方结构的Ti2N相组成;随着C含量增加,薄膜硬度先升高后降低,室温摩擦系数逐渐减小,而磨损率先减小后增大.当C含量为11.25%时,硬度达到最大值,为35.97 GPa;磨损率获得最小值,为1.26×10-5mm3·N-1·m-1.当C含量为13.68%时,摩擦系数最小,为0.32.当温度低于370℃时,Ti WCN复合膜的摩擦系数和磨损率小于Ti WN薄膜;当温度超过370℃时,Ti WCN复合膜的摩擦系数和磨损率大于Ti WN薄膜.C添加到Ti WN薄膜中提高了薄膜的力学性能和常温摩擦磨损性能,而薄膜的高温摩擦磨损性能并未得到改善.     

Al对反应火焰喷涂Al2O3基复相涂层性能的影响

以Al-CuO为主反应体系,利用反应火焰喷涂技术制备了Al2O3基复相涂层.测试了不同Al含量团聚粉喷涂所得涂层与基体的结合强度、显微硬度、孔隙率及耐磨损性能,分析了Al含量对反应火焰喷涂Al2O3基复相涂层性能的影响规律.研究发现,当团聚粉中Al过量6%(质量分数)时,涂层与基体结合强度为24.6 MPa,显微硬度5149 MPa孔隙率为10.5%,磨损量14.9 mg/h,均较Al不过量时明显提高,具有良好的综合性能.     

渐变Ni-AlN选择性吸收涂层的中频溅射技术研究

探讨Ni-AlN复合膜和渐变Ni-AlN选择性吸收涂层的中频溅射技术。结果表明：随着镍靶电流增加和铝靶电流减小,铝靶溅射由金属模式向反应模式转变对应的临界氮气流量降低,制备的Ni-AlN复合膜中镍含量增加,铝含量和氮/铝原子比减少,更容易产生游离铝。随着单层复合材料吸收层沉积时间的增加,Ni-AlN选择性吸收涂层由梯度渐变结构变成多层膜结构,在可见光范围的反射率降低;当单层复合材料吸收层沉积时间为10 min时,Ni-AlN选择性涂层在可见光范围的反射率约为10%,具有良好的光谱选择性     

CO2超临界流体中制备镍基复合电铸层的微观组织和显微硬度

简单介绍CO2超临界流体(SCF-CO2)复合电铸的实验方法,采用扫描电镜(SEM)、数字显微硬度计对Ni-A12O3和Ni-金刚石复合电铸进行研究,分析SCF-CO2环境下制备的Ni-Al2O3复合电铸层(N1)和Ni-金刚石复合电铸层(N2)的表面微观组织,探讨强化颗粒(纳米A12O3和微米金刚石颗粒)、压力对N1和N2显微硬度的影响.结果表明,SCF-CO2环境下制备的N1表面光亮、平整,A12O3颗粒的分散效果好;随着Al2O3颗粒添加量增加,N1的显微硬度先逐渐上升后快速下降,在其添加量为60g/L、压力为14 MPa时,N1显微硬度最大,为11.4 GPa,是大气环境下制备的Ni-A12O3复合电铸层的2倍多,此时Nl中Al2O3颗粒的复合量为9.9％(质量分数).SCF-CO2环境下制备的N2表面含有黑色金刚石颗粒、微观组织呈胞状均匀分布;随着金刚石颗粒添加量增加,N2的显微硬度呈现先快速上升后逐渐下降的趋势,在金刚石颗粒添加量为60 g/L、压力为10MPa时,显微硬度最大,可达到9.1 GPa,当压力高于14 MPa后,N2的显微硬度快速下降.     

Study on Properties of Ti(C,N)/TiN Multi-Element-layer Films Plus Nanometer Lubrication Dry Films

STARTING from the binary TiN wear-resistancecoating system,multi-element PVD superhard films,e.g.(Ti,Al)N films,(Ti,Cr)N films and Ti(C,N)films,may possess better tribological properties'1"41.Forexample,Ti(C,N)films showed higher hardness andbetter thermal-wear resistance properties than TiNfilms[4-5].However,due to mismatch of physical andmicro-structural properties of the multi-element filmsand the substrate,premature failure may occur duringfilm deposition process or in applicatio…     

Influence of Al Content on the Microstructure and Properties of the Cr Al N Coatings Deposited by Arc Ion Plating

Four Cr Al N coatings with various Al content were prepared by arc ion plating technology under different target currents.The effect of the Al content on the microstructure,chemical compositions,element chemical bonding states and mechanical properties of the Cr Al N coatings was analyzed.X-ray diffraction results show that the primary phase of the Cr Al N coating is fcc-(Al,Cr)N when the Al content is about 44.02 at.%.However,when the Al content increases to about 53.34 at.%,hcp-Al N phase emerges in the coating.And the hcp-Al N phase becomes the main phase in the Cr Al N coating with Al content of about 69.55 at.%.Cross-sectional images show that all the four coatings possess dense structures and the deposition rate of Al atom is higher than that of Cr atom.The hardness of the Cr Al N coating with Al content about 44.02 at.%is the largest(3149.72 HV)due to the solid solution hardening effect of the Al element.When the hcp-Al N phase is generated in the Cr Al N coating,the hardness declines.The tribological experiment shows that the wear resistance of the Cr Al N coating decreases gradually with increasing Al content when sliding against 100Cr6 steel ball.     

原位合成Al_3Ti颗粒增强铝基复合涂层(英文)

以直径200μm、纯度99.5%的钛丝丝网为反应源,通过熔渗-原位反应法制备一种Al3Ti金属间化合物颗粒增强铝基表面复合涂层。差热分析结果表明,在890°C下,Ti丝和Al熔体间发生反应。采用XRD、SEM以及显微硬度和磨损测试对所得到的复合涂层进行表征。结果表明:当保温时间为20min时,钛丝反应完全,原位合成为块状和条状的Al3Ti颗粒;颗粒的显微硬度大约为基体显微硬度的4.5倍;在载荷10N的干滑动磨损条件下,与没有增强的Al基体相比较,保温20min所制备的复合涂层表现出较好的耐磨性,其磨损机制为粘着磨损和磨粒磨损共存。     

Ti-Si-Al-N纳米复合膜的组织与性能

采用磁控反应溅射法制备了一系列Al含量不同的Ti-Si-Al-N纳米复合薄膜,采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜及配套能量色散谱仪研究了Al含量对薄膜组织结构、硬度及高温抗氧化性的影响.结果表明:Ti-Si-Al-N薄膜点阵常数随Al含量的增加呈下降趋势;Al含量增加到6.48at%时出现h-AIN相,此时薄膜具有最高的硬度,约33GPa;薄膜的抗氧化温度提高到约900℃,但Al含量较高易导致薄膜晶粒在高温下长大.     

MoS2-Ti自润滑复合薄膜的高温摩擦学性能研究

目的探究Ti含量对MoS₂-Ti复合薄膜高温摩擦学性能的影响,制备高温摩擦性能良好的MoS₂-Ti复合薄膜。方法采用射频和直流双靶共溅射技术沉积了不同Ti含量的MoS₂-Ti复合薄膜,研究了Ti含量对MoS₂-Ti薄膜微观结构和力学性能的影响,进一步探究了MoS₂-Ti复合薄膜在大气环境下的高温摩擦学性能。采用能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM),对薄膜的成分、晶相结构及微观形貌进行分析。利用显微维氏硬度计测试薄膜的力学性能,通过UMT-TriboLab摩擦磨损试验机评价薄膜的摩擦磨损性能。此外,采用SEM、拉曼光谱仪(Raman)和X射线光电子能谱仪(XPS),对薄膜的磨痕形貌及对偶球转移膜的成分进行分析。结果Ti掺杂促进了MoS₂薄膜以(002)晶面择优取向生长,且提高了薄膜的致密度,薄膜硬度从70HV提升到350HV。MoS₂-Ti复合薄膜在高温环境下的摩擦性能,随Ti含量的增加呈先上升后下降的趋势,其中Ti原子数分数为6.81%的MoS₂-Ti复合薄膜具有较低的摩擦因数和磨损率。通过对转移膜的成分进行分析,发现处于300℃高温环境下,Ti原子数分数为13.51%的MoS₂-Ti复合薄膜由于在摩擦过程中生成的氧化物较多,其耐磨性能开始下降。结论Ti含量对MoS₂-Ti复合薄膜的高温摩擦学性能有明显的影响,掺杂适量Ti能显著提高MoS₂薄膜在大气环境下的高温摩擦学性能。     

Decomposition kinetics in Ti1-xAlxN coatings as studied by in-situ X-ray diffraction during annealing

The influence of the microstructure of the as-deposited cathodic arc evaporated Ti_1-xAl_xN coatings and, in particular, the influence of the intrinsic lattice strains on their thermal stability were investigated by in-situ synchrotron high temperature glancing angle X-ray diffraction (HT-GAXRD) experiments up to 850 °C. The microstructure of the as-deposited coatings was adjusted by the bias voltage (U_B = −40 V, U_B = −80 V and U_B = −120 V) and by the [Al]/([Ti] + [Al]) ratio (0.4, 0.5 and 0.6) of the used Ti–Al targets. The microstructure evolution during annealing was described in terms of the phase composition of the coatings, the aluminium content, aluminium distribution and residual lattice strains in fcc-(Ti,Al)N. Independent of the deposition parameters ([Al]/([Ti] + [Al]) ratio and bias voltage), all coatings contained a mixture of fcc-(Ti,Al)N, fcc-AlN and w-AlN after annealing at 850 °C. The [Al]/([Ti] + [Al]) ratio was found to control the amount of fcc-(Ti,Al)N, whereas the bias voltage was mainly responsible for the relative amount of fcc-AlN and w-AlN. Finally, the interplay between lattice strains and the kinetics of the spinodal decomposition of fcc-(Ti,Al)N was illustrated.     

激光熔注制备Al-Cr/7075Al梯度复合涂层的性能

采用激光熔注技术在7075铝合金表面制备了Al-Cr/7075Al梯度复合涂层。采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X-射线衍射(XRD)和显微硬度计等研究了复合涂层的微观结构、物相及显微硬度。结果表明:Al-Cr/7075Al梯度复合涂层与基板结合良好,无裂纹、孔隙等明显缺陷;复合涂层的表面硬度为324.2 HV0.2,是7075铝合金基体的2.28倍,涂层的硬度分布沿熔池深度方向逐渐递减,呈梯度分布;复合涂层中的增强体是由Al0.983Cr0.017、Al86Cr14、AlCr2、和Cr等混合组成,受熔池温度、熔液黏度等影响,增强体含量沿熔池深度方向逐渐减少,也呈梯度分布;Al、Cr之间的反应机理为液-固反应、固-固反应2种;复合涂层的强化机制主要是增强体承载、界面传载和位错强化。