IBED Si3N4和TiN薄膜的成份、结构与摩擦学性能

本文考察了工艺参数对离子束增强沉积(IBED)氮化硅、氮化钛薄膜的成分和徽观组织的影响。测定了薄膜的硬度以及薄膜与基体之间结合力，分析了成分和结构与薄膜的硬度和结合力的关系。考察了在不同载荷和速度条件下Si3N4、TiN薄膜和52100钢试样的摩擦系数和耐磨性。结果显示，与无膜的52100相比，IBED Si3N4和IBED TiN的耐磨性成倍提高，探讨了薄膜的磨损机理。     

TiN薄膜的合成及其性能研究

用电子束蒸发沉积钛和40keV氮离子束轰击交替进行的办法合成了TiN薄膜。用RBS,AES,TEM,XPS,和X射线衍射研究TiN薄膜的组分和结构表明:用离子束增强沉积制备的TiN薄膜主要由TiN相构成;晶粒大小为30—40um,无择优取向;而非离子束轰击沉积的薄膜则是无定形的;用离子束增强沉积制备的TiN薄膜,其氧含量明显小于无离子束轰击薄膜的值;在TiN薄膜和衬底之间存在一个界面混合区,厚度为40um左右。机械性能测试表明,TiN薄膜具有高的显微硬度,低的摩擦系数。     

氮气辅助氙离子束增强沉积TiN薄膜及其机械性能

本文提出一个合成TiN硬质薄膜的新方法,在氮气氛中,电子束蒸发沉积Ti的同时,用40keV的氙离子束对其进行轰击而合成TiN薄膜,该方法优于PVD和CVD之处在于合成温度低,薄膜与基体结合力强,其临界载荷达4.2kg,Knoop硬度达2200kg/mm~2,具有良好的耐磨损性能,报道了所合成的TiN薄膜在工业上应用的一些结果。     

离子束增强沉积CrN膜层及其微动摩擦学性能研究

以不同氮离子辅助轰击能量制备CrN膜层．利用纳米压入仪及显微硬度计分别测试单晶Si片上膜层的硬度及断裂韧度K1C．使用XRD、XPS及EPMA分析离子轰击能量对镀层组织结构的影响。结果表明，采用能量较低的氮离子轰击得到的涂层，由于金属Cr的存在，涂层硬度虽有所降低，但断裂韧度K1C数值较高。选择较低的4keV辅助轰击能量，在M2高速钢基体上沉积CrN涂层，膜层在空气介质中表现出优异的耐磨减摩特性.但在水介质条件下，由于膜层接触区域的去钝化，再钝化使腐蚀和磨损相互加速，导致CrN膜层摩擦系数，尤其是磨损量明显高于基材。     

离子束增强沉积TiN薄膜界面结合强度的研究

利用划痕法测定了离子束增强沉积ＴｉＮ薄膜的界面结合力。结果表明，由于在离子束增强沉积过程中ＴｉＮ薄膜和基体之间生成一层厚约３０￣４０ｎｍ的过渡层，从而大大改善了涂层的界面结合强度，其临界载荷可达１４０Ｎ，为一般ＰＶＤ和ＣＶＤ方法所生成的ＴｉＮ膜的３￣４倍，并且发现它并不随膜厚的增加而变化。     

纳米金刚石薄膜涂覆钛合金的摩擦学性能

医用钛合金(Ti6Al4V)具有低密度、高强度、耐腐蚀等优点而应用广泛,但是其耐磨性差.采用微波等离子体化学气相沉积法在医用钛合金上沉积金刚石薄膜,经喇曼光谱检测为纳米金刚石结构,原子力显微镜测试其晶粒尺寸为40 nm左右,表面粗糙度Ra=39 nm(视场10×10μm).在SiC球为摩擦副的干摩擦实验中,在2 N载荷下,摩擦因数在0.25左右,并且没有出现任何薄膜破裂或剥落现象.实验结果表明,钛合金表面沉积纳米金刚石薄膜后明显提高了耐磨性,薄膜的表面粗糙度和形貌是影响其摩擦学性能的关键因素.     

硬质合金基体金刚石薄膜摩擦学性能研究的进展

硬质合金基体表面沉积金刚石薄膜可以提高其硬度和耐磨性,延长其使用寿命,有效保护和节约钨、钴等稀有金属。作为一种多晶膜,金刚石薄膜的摩擦系数直接影响了其在摩擦学领域的应用。对近年来硬质合金基体表面CVD金刚石薄膜的摩擦磨损性能的研究状况进行了阐述,分析了CVD金刚石薄膜在摩擦实验过程中的摩擦磨损机制,并对金刚石薄膜在摩擦学领域中的应用研究进行了展望。     

离子束增强沉积TiN薄膜界面结合强度的研究

采用划痕法测定了离子束增强沉积ＴｉＮ薄膜的界面结合力。结果表明，由于在离子束增强沉积过程中ＴｉＮ薄膜和基体之间生成一层厚约３０～４０ｎｍ的过渡层，从而大大改善了涂层的界面结合强度，其临界载荷可达１４０Ｎ，为一般ＰＶＤ和ＣＶＤ方法所生成的ＴｉＮ膜的３～４倍，并且发现它并不随膜厚的增加而变化。     

低温磁控溅射与普通多弧离子镀TiN薄膜的摩擦学性能比较

采用低温磁控溅射和普通多弧离子镀分别在冷作模具钢基体上制备了TiN薄膜，用纳米压痕法测量了薄膜的表面硬度，并比较了低温磁控溅射与普通多弧离子镀TiN薄膜的摩擦学性能。试验表明，低温磁控溅射TiN薄膜具有与普通多弧离子镀TiN薄膜相近的表面硬度，在多种试验条件下，低温磁控溅射TiN薄膜都有较好的摩擦学性能，摩擦副的磨损率低，摩擦因数小且变化平稳，磨损表面光滑。     

掺杂类金刚石薄膜微观结构和摩擦学性能的研究进展

类金刚石(Diamond like carbon,DLC)薄膜具有高硬度、低摩擦系数、低磨损率的特点,已广泛应用于各行各业,但也存在内应力大、热稳定性差以及摩擦学性能对环境敏感等问题,制约了DLC薄膜的应用.在DLC薄膜中,掺入异质元素能够改变薄膜成分、微观结构和sp3杂化键含量,可有效地减小薄膜内应力,提高结合力并改...     

金属和陶瓷配副件条件下TiN薄膜的摩擦学特性

多弧离子镀TiN薄膜具有广泛的应用.采用多弧离子镀技术在不锈钢衬底表面沉积了TiN薄膜.用显微硬度计测试了TiN薄膜的硬度,用往复球-盘式摩擦磨损试验机评价了在GCr15和Si3N4两种不同配副件及空气中干摩擦条件下TiN薄膜的摩擦学性能,用表面轮廓仪测试了磨痕处的磨痕轮廓,用配有能谱仪(EDS)的扫描电镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)观察和测试了磨痕形貌和磨痕处主要化学元素组成,用金相显微镜观察了配副件磨损表面形貌.结果表明:在不同配副件条件下,TiN薄膜的摩擦因数随速度和载荷的增加均出现了降低的趋势.而在相同速度和载荷下,以GCr15为配副件时TiN薄膜的摩擦因数小于以Si3N4为配副件时的摩擦因数.以Si3N4为配副件时TiN薄膜主要表现为磨粒磨损.以GCr15为配副件时TiN薄膜几乎没有磨损,而配副件GCr15主要表现为磨粒与粘着磨损.     

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。     

退火处理对DLC薄膜结构及摩擦学性能的影响

目的研究退火处理对DLC薄膜结构及摩擦学性能的影响,并讨论它们之间的相互关系。方法采用平板空心阴极等离子体增强化学气相沉积系统,以C2H2和Ar作为反应气源制备DLC薄膜,将DLC薄膜在大气环境中进行不同温度的退火处理。采用扫描电子显微镜、Raman光谱仪及金相显微镜、薄膜应力测试仪及球-盘摩擦实验仪等,对退火处理前后的DLC薄膜结构、应力及摩擦学性能等进行测试分析。结果在较低温度(?≤300℃)下退火,随退火温度的增加,薄膜中sp3-C的相对含量缓慢减少,结构没有发生明显的变化,内应力降低,薄膜的摩擦系数变化趋势相同,且随退火温度的增加,摩擦系数达到平稳的趋势发生得更早。在400℃退火温度下,DLC薄膜的结构发生了明显的改变,且表面发生了一定的氧化,初始摩擦系数较高,随摩擦时间的延长,薄膜的摩擦系数降低,同时稳定后的摩擦系数(～0.16)较低温退火的DLC薄膜高。在450℃退火温度下,DLC薄膜结构发生了明显的改变,并出现了严重的氧化,摩擦学性能严重恶化并迅速失效。结论退火温度的选择对DLC薄膜的结构及摩擦学性能具有重要影响。     

退火对氧化钒薄膜成分及热敏性能的影响

在衬底上溅射沉积一层金属钒膜,然后对其退火制备氧化钒薄膜.研究了原位退火热处理和后续退火热处理对氧化钒薄膜成分及其热敏性能的影响.XPS分析表明,原位380 ℃退火处理得到的氧化钒薄膜中4价态和5价态钒的比例为1.097:1,经后续退火处理后,该比例变为0.53:1;同时,原位退火处理得到的氧化钒薄膜的V/O比为1:2.24,经后续退火处理变为1:2.33.AFM分析后显示,经后续退火处理的薄膜晶粒尺寸有所增大.测试了薄膜方阻随温度的变化,结果显示,生成的薄膜具有明显的金属-半导体相变;原位退火热处理后的薄膜方阻(R)为5.46 kΩ/□(25 ℃),方阻温度系数(TRC)为-1.5%/℃(25 ℃);后续退火热处理后,薄膜方阻增大到231 kΩ/□(25 ℃),方阻温度系数升高为-2.74%/℃(25 ℃).此外,就氧化钒薄膜的成分、热敏性能与退火处理之间的关系进行了讨论.     

Microstructures and properties of Si_3N_4/TiN ceramic nano-multilayer films

1INTR0DUCTIONInrecentyears,ceramicsuperhardnesscompositionallymodulatedmultilayerfilmshavebeenactivelyinvestigated.Theresultsshowedthatmultilayerscanc0mbinethepropertiesoftheconstituentmaterialsandhavemoreexcellentpropertiesthanthesingle-layerfilm.Multilayerswithoptimizedinterfaceareasseemt0bem0stpromisingwithrespecttoan0ptimumhardness-to-toughness..ti.[1~5].Especiallyinceramicnano-multilayerfilms,ithasbeenattractingat-tentionbecausethehardnessoffilmsexhibitsmaximumvalue,thatis,so-calledsu…     

离子束增强沉积氮化硅膜及TiAl抗高温氧化性能的改善

用离子束增强沉积（ＩＢＥＤ）方法在金属间化合物ＴｉＡｌ上合成厚度为０．５，１，和２μｍ的氮化硅薄膜。所形成的薄膜为非晶态，膜与基底间存在混合的过渡区，膜与基底结合紧密用ＡＥＳ，ＸＲＤ和ＸＰＳ研究薄膜的组成和结构，高温循环氧化结果表明，经沉积膜的ＴｉＡｌ试样的抗氧化性能显著提高其中沉积０．５μｍ薄膜的试样表现出极好的抗循环氧化性能由ＳＥＭ及ＥＤＳ分析得出，良好的高温稳定性能、高的膜／基底结合力和形成富Ａｌ２Ｏ３和硅化物的保护层是提高ＴｉＡｌ抗高温氧化性能的主要因素．     

退火温度对锗薄膜光学性能和表面结构的影响

研究了退火温度对电子束蒸发制备的锗薄膜光学性能和表面结构的影响规律.在硅基底上制备了厚度约850 nm的Ge薄膜,分别在350、400、450和500℃下进行退火.通过红外光谱仪测试了薄膜的透射率变化,采用光谱反演法得到了薄膜折射率和消光系数的变化规律,使用X射线衍射和原子力显微镜测试了样品的结晶特性和表面形貌.结果 ...     

纳米压入技术表征薄膜（涂层）的力学性能

采用纳米压入技术测试薄膜（涂层）的力学性能日益受到关注。测试过程中可自动记录载荷－压深曲线,能够获取薄膜（涂层）的硬度、弹性模量、薄膜（涂层）自身结合强度、膜基界面结合强度、残留应力、屈服强度以及应变硬化率等力学性能数据。本文扼要介绍了纳米压入技术表征薄膜（涂层）力学性能的测试原理。     

PREPARATION OF TiN FILMS BY N_2 ASSISTED Xe~+ ION BEAM ENHANCED DEPOSITION AND THEIR MECHANICAL PROPERTIES

A new method for preparation of hard TiN films has been developed by using electronbeam evaporation-deposition of Ti and bombardment with 40 keV Xe~+ ion beam ina N_2 gas environment.The synthesized TiN films were superior to PVD and CVDones in respects of improved adhesion to substrate and low preparing temperature.Theyexhibited good wear resistance and high hardness up to 2200 kg/mm~2.Some industrialapplications have been reported.