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.     

非平衡磁控溅射沉积CrN用于液压杆件的研究

目前液压杆件基本上采用电沉积的方法在基体表面沉积一层Cr膜,以此来满足其耐热、耐磨和抗腐蚀要求,但电沉积Cr不但浪费能源而且对环境和人体健康有着极大的伤害.本文利用非平衡磁控溅射的方法在45#钢表面获得6μm左右的Cr-CrN多层膜,通过对膜层进行物理性能测试、盐雾试验以及装车磨损寿命试验,结果表明利用非平衡磁控溅射方法在液压杆件基体上沉积CrN不仅可取代电沉积Cr,而且使用寿命大大提高.     

可控阴极弧制备的梯度及调制多层CrN/Cr薄膜的组织结构和力学性能研究

采用可控阴极弧的沉积方法在GCr15基体上制备了梯度和调制多层结构的氮化铬/铬(CrN/Cr)薄膜,对不同的CrN/Cr薄膜的组织结构、力学性能和耐磨性能进行了研究。通过扫描电镜、能量散射谱、X射线衍射、纳米压痕、划痕试验、微摩擦磨损测试仪及形貌测试仪对薄膜的组织结构、成份、力学性能、结合强度及耐磨性能进行了分析。结果表明:制备的薄膜厚度约5.5μm,梯度结构及调制多层CrN/Cr薄膜呈现明显的立方CrN(111)(200)取向,薄膜力学性能(包括硬度,模量,结合强度等)及耐磨性能均与不同的结构及调制周期相关。梯度结构的CrN/Cr薄膜硬度达到25 GPa,结合强度55 N,磨损率为32.754×10-6mm3/N·m,力学及耐磨性能明显优于其它多层结构,说明梯度结构可有效地改善CrN/Cr薄膜的性能。     

电弧离子镀Cr/CrN多层膜的耐腐蚀性研究

采用电弧离子镀技术制备了Cr/CrN多层膜,通过控制每个Cr层和CrN层的沉积时间获得不同调制比,从微观组织和腐蚀行为两方面研究了调制比对Cr/CrN多层膜的影响。结果表明,引入Cr层对CrN薄膜沉积过程中生长的柱状结构有抑制作用,孔隙率更低,结构更加致密。动电位极化曲线和电化学阻抗谱表明,与纯CrN薄膜相比,Cr/CrN多层膜的腐蚀电位增加了约100 mV,腐蚀电流密度降低一个数量级以上,多层膜的耐腐蚀性能得到明显提升。     

多弧离子镀TiN/TiCrN/CrN多元多层复合膜的制备及性能研究

采用XH-800多弧离子镀设备在硬质合金刀具表面制备TiN/TiCrN/CrN多元多层复合膜.利用XRD、SEM、显微硬度计、多功能材料表面性能测试仪等对其组织结构与性能进行了研究.结果表明:膜层表面均匀,未出现龟裂现象,色泽光亮度好;膜的相结构组成为TiN和Cr2N,随着Cr靶电流的增大,TiN的择优取向由(200)向(111)转变,膜层出现单质Cr;膜层厚度为5.02μm,具有明显多层特征;显微硬度2536 HV;结合力65 N.     

射频磁控溅射沉积Al/Al2O3纳米多层膜的结构及性能

运用射频磁控溅射技术在Si(100)基片及40Cr钢基体上制备了调制周期λ=60 nm,调制比η=0.25～3的Al/Al2O3纳米多层膜.通过X射线衍射、X射线光电子能谱、扫描电镜、原子力显微镜、维氏显微硬度仪及MFT-4000多功能材料表面性能测试仪对多层膜的结构、硬度、膜基结合强度及摩擦性能进行了研究.结果表明:Al/Al2O3多层膜中Al层呈现(111)择优取向,Al2O3层以非晶形式存在,多层膜呈现良好的调制结构.薄膜与衬底之间的结合强度较高,均在40N左右,摩擦系数均低于衬底的摩擦系数,表明Al/Al2O3多层膜具有一定的减摩作用.η=0.25的Al/Al2O3多层膜具有最高的硬度值(16.1GPa),摩擦系数最低(0.21),耐磨性能最好.     

钛合金表面TiN/CrN纳米多层薄膜的制备及耐磨、耐腐蚀性能

纳米多层涂层在钛合金磨蚀防护领域具有重要应用。本实验采用电弧离子镀膜技术,在TC4钛合金表面制备TiN、CrN及TiN/CrN纳米多层涂层,分别对涂层的微观形貌、相结构、硬度、膜基结合力、摩擦磨损性能和电化学腐蚀性能进行了系统研究。结果表明,TiN/CrN纳米多层涂层沿(111)面择优取向生长,结构致密,调制周期为25 nm,硬度为24 GPa,多层结构打断柱状晶生长,有效阻断腐蚀介质扩散到基体的通道。相较于TiN、CrN涂层,TiN/CrN膜基结合力有显著提高。TiN/CrN涂层磨损率为3.44×10~(-7)mm~3·N~(-1)·m~(-1),自腐蚀电流密度(i_(corr))为3.16×10~(-8)A/cm~2,显著低于TC4及TiN、CrN涂层,说明TiN/CrN纳米多层涂层的耐磨/耐腐蚀性能优于TiN、CrN单层涂层,并能对TC4基体在摩擦腐蚀环境下提供更好的防护。     

真空阴极离子镀法制备Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜

过去,在不锈钢上沉积10μm以上多元多层软硬交替Ti/TiN/Zr/ZrN厚膜用以提高材料耐腐蚀性能的报道不多.采用阴极电弧离子镀结合脉冲偏压的方法制备了厚度选15 μm的Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜.运用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、显微硬度计、划痕仪等考察了多层膜的形貌、厚度、相组成、硬度以及膜/基结合力,并利用电化学方法评价了基体、单层TiN薄膜以及多层膜的电化学腐蚀性能.结果表明:制备的Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜界面明晰、结构致密、晶粒细小;膜/基结合力大于70 N,显微硬度达28 GPa;多层膜比单层TiN膜在提高1Cr11Ni2W2MOV基体的抗腐蚀能力方面具有更显著的作用.     

直流磁控溅射Cr(Al)N薄膜的结构与性能比较研究

采用相同的基底偏压和靶基距离,以N2流量和靶材溅射功率为变量,以热作模具用钢H13和Si片为基底,用直流磁控溅射的方法沉积了CrN和CrAlN膜层.对这2种膜层用SEM测其表面形貌,用X射线衍射测其膜层结构,用M-400-H1测其表面显微硬度,用WS-97划痕仪测其膜层/基体之间的结合强度,用UMT-2摩擦磨损试验机测其表面摩擦磨损性能.在分析溅射变量对2种膜层的影响趋势的同时,也分析了Al元素加入后所获得的CrAlN与CrN在结构、力学性能(硬度和膜/基粘结强度)和摩擦性能上的变化趋势.     

TC4钛合金表面电弧离子镀TiN/CrN纳米多层薄膜研究

用电弧离子镀技术在TC4钛合金基体上通过改变偏压制备了4组TiN/CrN薄膜,对薄膜的表面形貌、厚度、相结构、硬度、膜基结合力和摩擦系数等组织、性能进行了测试表征。结果表明,薄膜是由TiN相和CrN交替叠加构成的纳米多层薄膜,薄膜的调制周期为60 nm,总的厚度约为480 nm。与基体钛合金相比,镀膜后样品的表面性能与偏压幅值密切相关并有显著提高:显微硬度从基体的3 GPa提高到16.5~24.7 GPa;摩擦系数从基体的0.35大幅度降低到0.14~0.17;薄膜与基体结合牢固,膜基临界载荷在60~80N之间。经电弧离子镀TiN/CrN纳米多层薄膜处理后,TC4钛合金可以满足沙粒和尘埃磨损条件下的耐磨性能要求。