调制周期对TiN/TiAlN多层薄膜微观结构和摩擦性能的影响

采用电弧离子镀方法制备了TiN/TiAlN多层薄膜,研究了调制周期对薄膜多层结构和摩擦磨损性能的影响。结果表明:在相同的沉积时间内,随调制周期的增加,多层薄膜的层数减少,每一层的厚度增加,层与层之间的区分更加清晰。摩擦磨损测试结果表明:由于多层薄膜的调制结构,引起薄膜对磨层的变化,当多层薄膜的调制周期为54 nm时,多层薄膜的摩擦系数最小;当调制周期为112 nm时,多层薄膜的摩擦系数最高;当调制周期为164 nm时,多层薄膜的磨痕宽度最小。在摩擦磨损过程中,GCr15钢球的磨损面一直处于快速磨损阶段,对磨痕能谱线扫描结果发现磨屑的主要成分是Fe和FeOx。     

气相沉积 Ti / TiN 多层薄膜的力学及耐腐蚀性能研究

目的研究多层薄膜的界面对薄膜性能的影响。方法通过直流磁控溅射法在45#钢表面制备Ti N及Ti/Ti N多层薄膜,采用扫描电镜和XRD衍射分析仪对薄膜表面形貌及相结构进行观察和分析,使用纳米压痕仪、电子薄膜应力分布测试仪对Ti N及Ti/Ti多层薄膜的力学性能以及残余应力大小进行研究,并运用电化学设备对Ti N及不同调制周期的Ti/Ti多层薄膜的耐腐蚀性能进行研究。结果制备的Ti N及Ti/Ti N多层薄膜表面光滑且结构致密,Ti N晶粒细小且为非晶相;薄膜力学性能良好,内部均存在残余压应力。随着调制周期的减小,弹性模量和硬度先减小后增大,内部残余应力逐渐减小且分布不均匀程度逐渐增大。薄膜在H_2SO_4中的腐蚀试验表明:当Ti/Ti N多层薄膜调制周期为1μm时,多层薄膜的耐腐蚀性能不如Ti N薄膜,随着Ti/Ti N多层薄膜随调制周期的减小,多层薄膜的耐腐蚀性能逐渐升高;当调制周期为0.5μm时,Ti/Ti N多层薄膜的耐蚀性能已超过Ti N薄膜。结论 Ti/Ti N多层薄膜界面的增多有助于减小薄膜的残余应力,并且可提高薄膜的耐蚀性能。     

不同黏度合成油下CrN/TiN多层薄膜的摩擦学特性研究

目的 探究在不同黏度合成酯润滑油的作用下,CrN/TiN多层薄膜的摩擦学性能及协同润滑机制。方法 选用聚α烯烃(PAO)与三羟甲基丙烷辛癸酸酯(TME)复配,得到不同黏度梯度的合成油。利用全自动黏度测定仪、倾点测试仪、开口闪点测定器和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)分别对合成油的运动黏度(40、100 ℃)、倾点、闪点和表面官能团进行表征。利用反应磁控溅射技术在316不锈钢和单晶硅片基底表面制备CrN/TiN多层薄膜。采用X射线衍射仪和FIB-TEM表征手段对薄膜的微观结构进行分析,并用纳米压痕仪和划痕仪测试了薄膜的力学性能。利用球–盘式摩擦试验机表征薄膜在干摩擦和油润滑条件下的摩擦学性能,利用XPS对摩擦实验后的磨痕元素价态进行表征。结果 CrN/TiN薄膜具有典型的面心立方结构(FCC)、异质多层结构,且其硬度可达32.2 GPa。在干摩擦条件下,与裸316基体相比,经表面镀制CrN/TiN薄膜后平均摩擦因数由0.95降至0.71,磨损深度由25.0 μm降至16.8 μm。在合成油作用下,316不锈钢-GCr15钢球(钢–钢摩擦副)、CrN/TiN多层薄膜-GCr15钢球(CrN/TiN多层薄膜–钢摩擦副)2种摩擦配副的摩擦因数和磨损率随着合成油黏度的增加均呈现降低趋势,且在同一黏度条件下薄膜试样的磨损率更低。结论 CrN/TiN多层薄膜在PAO与TME复配获得的一系列不同黏度合成油的作用下,随着合成油黏度的增加,薄膜的磨损率和磨损深度逐渐下降,其减摩抗磨性能得到显著提升。通过磨痕表面的XPS分析可知,合成油中极性的酯基吸附在滑动界面,增强了油膜的承载性能,从而减缓了对偶间的摩擦阻力。     

调制周期对Cr/CrN纳米多层膜的结构与性能的影响

采用多弧离子镀技术在65Mn钢表面制备了不同调制周期的Cr/CrN纳米多层膜.采用俄歇能谱仪(AES)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、纳米硬度仪、轮廓仪和划痕仪,分析了不同调制周期Cr/CrN纳米多层膜的成分分布、微观结构、力学性能、残余应力和结合强度.结果表明,Cr/CrN纳米多层膜的表面平整致密,截面层状调制结构清晰,其调制结构为Cr层-过渡层-CrN层的"三明治"结构,调制比约为1∶ 1.多层膜由CrN、Cr2N和Cr相组成,在CrN(200)方向上出现择优取向.当调制周期为80 nm时,多层膜的硬度值相对较高.随调制周期的增大,Cr/CrN多层膜的残余应力值减小,结合强度值先增大后减小.当调制周期为120 nm时,涂层的划痕临界载荷值相对较高,为69 N.     

Si含量对CrN/TiSiN纳米多层膜显微结构和力学性能的影响

采用不同Si含量的TiSi复合靶和Cr靶,用射频磁控溅射工艺在Si基底片上沉积不同Si含量的CrN/TiSiN纳米多层膜。采用X射线衍射仪(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和纳米压痕仪研究Si含量对CrN/TiSiN纳米多层膜显微结构和力学性能的影响。结果表明:随着Si含量的增加,CrN相的结晶程度先增加后降低,涂层的力学性能先提高后降低,当n(Si):n(Ti)=7:18时获得最高硬度为31.5GPa。HRTEM观测表明,在n(Si):n(Ti)=7:18时,TiSiN层在CrN层的模板作用下呈面心立方结构,并且与CrN层形成共格外延生长结构;当n(Si):n(Ti)=11:14时,TiSiN层总体呈非晶结构,与CrN层的共格外生长结构被破坏。硬度的升高主要与TiSiN与CrN形成共格外延生长结构有关。     

多弧离子镀制备的大厚度Cr/Cr_2N/CrN多层涂层的结构和力学性能（英文）

采用多弧离子镀制备一种厚度为24.4μm的Cr/Cr2N/CrN多层结构涂层。采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线光电子能谱(XPS)、能量散射谱(EDS)、X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)对涂层进行表征,并用纳米压痕和划痕仪测试其硬度和结合力。用UMT-3MT往复式摩擦磨损试验机对涂层在大气和海水环境中的摩擦性能进行测试。结果表明,该涂层由3种相结构组成,分别是Cr相、Cr2N相和CrN相。相对于单层CrN涂层,多层涂层的结合力明显提高,该涂层的硬度为(21±2)GPa。多层结构涂层在人工海水中的耐蚀性能显著优于单层CrN涂层的耐蚀性能,且在大气和海水中多层结构涂层的摩擦因数均低于单层CrN涂层的摩擦因数。     

具有TiN过渡层的BCN薄膜制备与力学性能

用电弧增强磁控溅射(AEMS)装置在高速钢(W18Cr4V)和Si(100)基体上制备了具有TiN过渡层的BCN薄膜,用X射线衍射(XRD)仪和傅里叶红外光谱(FTIR)分析了薄膜的微观结构,用划痕仪测试了薄膜的结合力,用显微硬度计和销盘式摩擦磨损实验仪测试了薄膜的硬度和摩擦学性能。结果表明:本实验条件下制备的具有Ti N过渡层的BCN薄膜的硬度为23 GPa,薄膜与GCr15钢球对磨的摩擦系数为0.3,具有TiN过渡层的BCN薄膜的结合力和摩擦学性能较BCN单层薄膜有明显提高。     

脉冲偏压电弧离子镀Ti/TiN纳米多层薄膜的结构与硬度

采用脉冲偏压电弧离子镀设备在高速钢基体上沉积Ti／TiN纳米多层硬质薄膜,通过仅改变偏压幅值的方法进行对比实验。XRD分析和薄膜断截面SEM形貌显示出薄膜的纳米多层组织结构;硬度测试表明纳米多层薄膜硬度随脉冲偏压升高而升高。在-900V时超过同等条件制备的TiN单层薄膜,硬度高达34．1GPa;分析表明硬度的提高主要与脉冲偏压工艺对薄膜组织的改善有关;用脉冲偏压电弧离子镀可以制备纳米多层硬质薄膜,并且在工艺控制上相对简单。     

直流溅射沉积CrAlN和CrN薄膜微观结构与摩擦性能分析研究

采用直流反应溅射在304不锈钢表面沉积CrAlN和CrN薄膜。利用X射线衍射仪（XRD）,扫描电子显微镜（SEM）,X射线光电子能谱仪（XPS）,原子力显微镜（AFM）等表征Al元素的加入对CrN薄膜成分与组织结构的影响。采用摩擦磨损试验机和3 mm的Si3N4作为对偶球测试其在不同环境下的摩擦性能,并利用Nanomap 500LS三维轮廓仪表征磨痕轮廓。研究结果表明,CrN薄膜主要物相是CrN和Cr2N相,CrAlN薄膜主要物相是CrAlN和Cr2N相。CrN薄膜的（200）晶面的CrN相呈择优取向,而CrAlN薄膜的（200）晶面的CrAlN相也呈择优取向。在CrAlN沉积的过程中,部分的Cr原子被Al原子替代形成有利于细化晶粒和提高薄膜的综合性能。因此,在所有的实验环境中,CrAlN薄膜都比CrN薄膜具有更好的抗磨损性能和低的磨损率。     

多弧离子镀制备Cr/CrN多层厚膜的微观结构和力学性能

通过多弧离子镀（MAIP）在室温下将具有不同调制比（1:2、1:3、1:5）的多层Cr/CrN厚涂层沉积在A100钢基底上。腔室温度在沉积过程中由室温逐渐升高到160~170 ℃。设计调制结构是为了使膜/基结合强度和机械性能最大化。调制比为1:2的Cr/CrN多层涂层表现出最高的膜/基结合强度（L_c=63.8 N）,这可能归因于最高的材料硬度(H)/弹性模量(E)和H³/E²数值比（分别为0.083和0.138）。Cr层越厚,多层Cr/CrN厚涂层的塑性和摩擦学性能越好。干摩擦试验表明,与单层CrN相比,Cr/CrN多层涂层的平均摩擦系数和比磨损率分别最高降低了24%和94%。随着Cr层变厚,磨损机理从表面疲劳磨损转变为磨料磨损,这种现象可归因于硬度和塑性的协调变化。     

Microstructure and Corrosion Resistance of CrN and CrN/TiN Coated Heat-Resistant Steels in Molten Aluminum Alloy

The components of the equipment for processing the Al melts into the molded parts can be markedly corroded by the molten Al. In this study, a 4 μm CrN coating or CrN/TiN multilayer coating for providing the physical and chemical barriers between the molten reactive Al and the steel substrate were deposited by Cathodic Arc Evaporation onto 10 mm-thick heat-resistant steel plates. The dipping tests were conducted in a 700℃ A356 melt for 1 to 21 h at intervals of 3 h. The damage of the coated steel was eva...     

直流溅射沉积CrN薄膜组织结构与摩擦性能分析研究

采用直流反应溅射在304不锈钢表面沉积CrN薄膜。利用X射线衍射仪（XRD）,扫描电子显微镜（SEM）,原子力显微镜（AFM）,显微硬度计,磨损试验机与三维轮廓仪等表征氮气流量对CrN薄膜组织结构与摩擦性能的影响。研究结果表明,随着氮气流量的增加,CrN (200)晶面呈择优取向,薄膜的沉积速率随着氮气流量的增加逐渐降低。另外,薄膜的表面粗糙度随着氮气流量的增加呈先降低后增加的趋势。随着氮气流量从15 sccm增加至30 sccm时,薄膜的显微硬度先从527.34 HV增加至1042.26 HV,当氮气流量再增加至35 sccm时,薄膜的显微硬度却降低至918 HV。磨损试验表明,当氮气流量为30 sccm 时薄膜具有最小的摩擦系数0.93和磨损率2.02×10-15m3·(N·m)-1,显示最佳的磨损性能。     

纳米TiN粉末强化ZGMn13微观组织和力学性能的研究

采用氩气吹人法制备纳米TiN粉末强化ZGMn13样品,研究了纳米TiN对ZGMn13显微组织和力学性能的影响.结果表明,经纳米TiN粉末强化处理后的高锰钢的组织明显细化,力学性能明显提高.透射形貌分析和衍射花样标定得出:纳米级TiN以0.5916％的错配度存在于基体中,可作为异质形核剂细化高锰钢晶粒,强化基体,并分析了纳米TiN在高锰钢中的作用机理.     

ZrN及其多层膜的性质和耐腐蚀性能

用磁过滤电弧制备了ZrN和ZrN／TiN多层膜，磁控溅射制备了ZrN薄膜。结果表明，ZrN／TiN多层膜，由于纳米多层化作用，硬度高于ZrN和TiN的26GPa和2lGPa，平均值达到34．5GPa。X射线衍射分析表明，ZrN／TiN多层膜由ZrN和TiN组成。过滤电弧制备的ZrN和ZrN／TiN多层膜的结合力为8lN和77N，磁控溅射制备的ZrN薄膜的结合力为26N。极化曲线的结果显示，过滤电弧制备的ZrN和ZrN／TiN多层膜的耐腐蚀性显著优于磁控溅射制备的ZrN薄膜，讨论了两种方法制备薄膜性能差异的原因。     

TiN/TiCN/Al2O3/TiN与TiN/TiCN/Al2O3/TiCNO多层涂层的组织性能比较

目的对比TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN和TiN/TiCN/Al_2O_3/TiCNO两种多层涂层的组织性能。方法采用化学气相沉积(CVD)技术在硬质合金基体上沉积TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN和TiN/TiCN/Al_2O_3/TiCNO两种多层涂层。通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析涂层的物相和组织形貌,采用纳米力学测试系统测试涂层顶层的硬度和弹性模量,利用显微维氏硬度计和划痕仪分别测量涂层的显微硬度和结合强度,利用往复式多功能摩擦磨损试验机研究涂层的摩擦磨损性能。结果顶层TiN晶粒为柱状晶,顶层TiCNO晶粒呈细针状。与顶层TiN相比,顶层TiCNO硬度更大,抗塑性变形能力更强。与以TiN为顶层的多层涂层相比,以TiCNO为顶层的多层涂层表面粗糙度、摩擦系数较大,结合强度较低。当磨损只发生在顶层时,耐磨性取决于顶层涂层的性能,TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN的磨损体积和磨损率为TiN/TiCN/Al_2O_3/TiCNO的1.2倍。当磨损进行到顶层与Al_2O_3层界面时,结合强度对耐磨性也有重要影响,TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN的磨损体积和磨损率是TiN/TiCN/Al_2O_3/TiCNO的82%。结论与TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN相比,TiN/TiCN/Al_2O_3/TiCNO的顶层TiCNO硬度较大,抗塑性变形能力强,其顶层耐磨性较好。改善TiN/TiCN/Al_2O_3/TiCNO多层涂层表面粗糙度和结合强度将进一步提高该涂层的摩擦磨损性能。     

过滤电弧沉积的TiN/TiCrN/CrN/CrTiN多层膜

用过滤电弧技术在高速钢表面沉积了TiN／TiCrN／CrN／CrTiN多层膜，用扫描电镜(SEM)观察了截面和断口形貌及划痕后的形貌。使用俄歇电子谱仪进行剥层成分分析，用纳米压痕仪测试了多层膜和单层膜的显微硬度和弹性模量。结果表明，在调制周期大于l00nm时，多层膜的显微硬度符合Ha11—Petch关系，在80nm时，则脱离线性关系。划痕法测试多层膜的结合力达到80N。