轰击能量对离子束增强沉积Cr—N薄膜微观结构和硬度的影响

采用离子束增强沉积（ＩＢＥＤ）技术，在不同能量氮离子的轴助轰击下制备了Ｃｒ－Ｎ薄膜，通过ＳＥＭ观察、ＸＲＤ分析和显微硬度测定，发现离子轰击能量对Ｃｒ－Ｎ薄膜的表面形貌、相组成和硬度有显著的影响；随着能量的升高，膜表明形貌由岛形颗粒状转变成蜂窝状；一定能量轰击下获得的Ｃｒ２Ｎ和ＣｒＮ混相结合有最高的薄膜硬度；高达１６ｋｅＶ的氮离子轰击可诱发非晶化的出现，并对膜有一定的强化作用。在此基础上探讨了离子轰     

离子能流密度对类金刚石薄膜成膜的影响

着重讨论了离子轰击能量影响类金刚石薄膜成膜过程的机理 ,特别引入了离子能流密度即在单位时间内成膜表面的单位面积上接收到的离子轰击能量的概念 ,这就能更加正确地解释离子轰击在成膜过程中所起的作用。采用了具有特色的等离子体分解碳氢化合物结合高能离子轰击基片的方法制备类金刚石薄膜。这种兼有PVD和CVD各自优点的PCVD方法 ,能独立地分别调节轰击基片的离子能量和离子流密度。实验结果表明 ,存在一个离子能流密度的阈值。超过该阈值 ,才能得到结构致密、均匀 ,与基片结合强度好 ,硬度很高的类金刚石薄膜 ,扫描电镜对膜层形貌的显微成像和维氏硬度测试展示了离子能流密度对成膜的影响。作为佐证 ,还对薄膜进行了喇曼光谱测试和分析。     

镀膜参数对离子束增强沉积氮化硼薄膜中立方相含量的影响

本文介绍用离子束增强沉积（ＩＢＥＤ）法在硅片上制备氮化硼（ＢＮ）薄膜及镀膜参数对膜中立方氮化硼（ｃ－ＢＮ）含量的影响的试验研究，主要研究轰击离子束密、镀膜速率、轰击束中氩气的含量及衬底温度的影响。用红外（ＩＲ）谱对膜进行了分析，结果指出：（１）在给定的轰击束能量与束密下氮化硼薄膜中立方相的含量是随镀膜速率而变化的，且存在一个最佳镀膜速率值；（２）提高离子轰击束密，则此最佳镀膜速率值也相应增大；（３）镀膜速率又是随轰击束密及轰击束中氩气含量的增大而减小的；（４）衬底温度在４００℃以下时，膜中ｃ－ＢＮ相的含量随温度提高而增加。     

低能离子束轰击对非晶Ni-P薄膜组织与性能的影响

用X－射线衍射仪（XRD），俄歇电子能谱分析仪（AES），电子探针（EPMA），差示扫描量热仪（DSC）和超微显微硬度计研究了低能氮离子束对非晶Ni-P合金镀层进行轰击的晶化规律，分析了在低能氮离子束作用下的非晶薄膜的组织结构和显微硬度，结果表明，用能量为3．0－4．0keV，束流为80－200mA的低能氮离子束对非晶Ni-P镀层进行轰击，镀层中可以晶化析出Ni和Ni3P相，并在Ni(111）晶面上出现择优取向。随低能氮离子束的轰击能量和束流的增大，Ni-P非晶镀层中Ni和Ni3P的晶化温度下降，束流对晶化温度的影响比加速电压的影响大。载能粒子对非晶薄膜的作用，产生氮离子注入效应，使表层的含氮量增加。随束流的增加，显微硬度增加减缓，而随氮离子束加速电压增加，显微硬度增加明显，在4000V加速电压的氮离子束轰击下，显微硬度达到HV2131，比一般退火晶化方法所得到的显微硬度显著提高。     

脉冲N离子束轰击对TiAIN膜层和W18Cr4V高速钢结合力的影响

用电弧离子镀在刀具表面制备TiAlN膜层有利于提高其硬度和耐磨性能,但却降低了膜基结合力,影响其使用寿命。采用UVN0．5D2I脉冲离子束辅助电弧离子镀沉积设备,在W18Cr4V高速钢基材上沉积TiAlN膜层。研究了基材N离子束轰击及在膜层沉积过程中N离子束辅助轰击对TiAlN膜层结合力的影响。结果表明：膜层沉积之前,N离子轰击与基材原子发生了相互作用,造成了原子级洁净的表面,形成了大量的高密度形核点,且形成了含有N元素的改性层;在膜层沉积初期,脉冲N离子束轰击形成了由W,Cr,V,Fe,N,Ti,Al元素组成的具有一定厚度的“扩散层”,其与“改性层”的共同作用是膜基结合力提高的主要原因,膜基结合力最高为80N。     

脉冲N离子束轰击对TiAlN膜层和W18Cr4V高速钢结合力的影响

用电弧离子镀在刀具表面制备TiAlN膜层有利于提高其硬度和耐磨性能,但却降低了膜基结合力,影响其使用寿命。采用UVN 0.5D2I脉冲离子束辅助电弧离子镀沉积设备,在W18Cr4V高速钢基材上沉积TiAlN膜层。研究了基材N离子束轰击及在膜层沉积过程中N离子束辅助轰击对TiAlN膜层结合力的影响。结果表明:膜层沉积之前,N离子轰击与基材原子发生了相互作用,造成了原子级洁净的表面,形成了大量的高密度形核点,且形成了含有N元素的改性层;在膜层沉积初期,脉冲N离子束轰击形成了由W,Cr,V,Fe,N,Ti,Al元素组成的具有一定厚度的"扩散层",其与"改性层"的共同作用是膜基结合力提高的主要原因,膜基结合力最高为80 N。     

脉冲偏压对304不锈钢表面多弧离子镀CrAlN薄膜结构和耐蚀性能的影响

目前,鲜见有关脉冲偏压对多弧离子镀Cr Al N薄膜耐蚀性能影响的报道。以不同的脉冲偏压在304不锈钢表面多弧离子镀Cr Al N薄膜。采用扫描电镜、显微镜、X射线衍射仪、硬度仪、粗糙度仪分析了Cr Al N薄膜的表面形貌、相结构、硬度、表面粗糙度及耐蚀性能,分析了脉冲偏压对相关性能的影响。结果表明:随着脉冲偏压幅值的增大,Cr Al N薄膜表面大颗粒及凹坑尺寸和数量减少,薄膜质量提高;Cr Al N薄膜主要由(Cr,Al)N相组成,随着偏压增加,Cr Al N薄膜出现(220)择优取向;Cr Al N薄膜表面粗糙度随脉冲偏压增大而减小,显微硬度随脉冲偏压的增大而增大;Cr Al N薄膜在3.5%Na Cl溶液中的耐蚀性随着脉冲偏压的增大而增大,脉冲偏压为400 V时,Cr Al N薄膜与基体304不锈钢的腐蚀速率之比为0.34,薄膜的综合性能最好。     

磁控溅射CrNx薄膜的制备与力学性能

采用反应磁控溅射法在不同的氮分压下制备了一系列CrNx薄膜，并利用EDS和XRD表征了薄膜的成分和相组成，采用力学探针测量了薄膜的硬度和弹性模量。研究了氮分压对薄膜成分，相组成和力学性能的影响。结果表明，随氮分压的升高，薄膜的沉积速率明显降低，薄膜中的氮含量量增加，相应地，相组成从Cr Cr2N过渡到单相Cr2N,再逐步经Cr2N CrN过渡到单相CrN,并在Cr:N原子比为1：2和1：1时，薄膜的硬度出现极值（HV27．1GPa和HV26.8GPa),而薄膜的弹性模量则在Cr2N时呈现350GPa的最高值。     

氮流量对孪生靶磁控溅射沉积氮化铬薄膜性能的影响

采用中频孪生靶反应磁控溅射在金属镍基底上制备氮化铬薄膜。利用X射线衍射仪、显微硬度计、扫描电子显微镜、原子力显微镜、磨擦磨损试验仪和电化学工作站等系统研究了氮气流量(即氮/氩流量比)对薄膜的相结构、显微硬度、表面形貌、附着力、耐磨性和耐腐蚀性的影响。结果得到随氮/氩流量比的增加,CrN_x薄膜成分经历了一个由Cr→Cr+Cr N→Cr+Cr_2N+Cr N的演化过程,薄膜形貌由致密、球状颗粒向类长方体规则形状的面心结构转化;而薄膜的表面粗糙度则呈现出在低氮时稍微下降,高氮含量时又快速增加的趋势,在N_2/Ar流量比为23/53时,粗糙度达到最小;耐磨性、硬度都呈现随着氮流量的增加先上升后下降;薄膜耐腐蚀性能随氮的加入明显得到改善。综合性能分析认为,制备2.5μm厚的氮化铬薄膜时在N_2/Ar(流量比)为23/53较为合适。     

氮气分压对电弧离子镀CrN_x薄膜组织结构的影响

利用电弧离子镀技术在钛合金表面制备CrNx薄膜,分析讨论氮气分压对薄膜表面形貌、相组成和微观结构的影响。结果表明,随着氮气分压的升高,CrNx薄膜表面熔滴的数量及尺寸减少,表面平整度得到明显改善;薄膜的物相组成在氮气分压为1.0 Pa时由Cr2N相变为CrN相;同时因氮气分压改变粒子、离子的轰击作用,影响薄膜表面的能量状态,CrNx薄膜晶体的择优生长由(200),(220)变为(111)。在氮气分压为1.5 Pa时可获得高沉积效率、高致密度、高硬度,并具有纳米晶体结构的单相CrN薄膜。     

离子束增强沉积制备TiB_2薄膜及其性能研究

用离子束增强沉积法（IBED）在硅及铜基体上沉积了TiB2薄膜，研究了轰击离子束能量和束流对薄膜的微结构及力学性能的影响。用俄歇电子谱（AES）分析了膜的成分及其界面状况，用X射线衍射（XRD）研究了膜的微结构，并测定了膜的硬度及进行了膜的高温氧化试验。结果指出：（1）离子束轰击使薄膜晶化，从而影响到膜的硬度及抗高温氧化性能；（2）离子束增强沉积的二硼化钛薄膜是一种耐高温氧化的高硬膜。     

偏压对阴极电弧离子镀AIN薄膜的影响

在不同基体负偏压作用下,用阴极电弧离子镀等离子体物理气相沉积（PVD）方法在单晶Si(100）基片上获得六方晶系的晶态AIN薄膜。用X射线衍射仪分析了沉积膜的物相组成和晶格位向随偏压的变化。在扫描电子显微镜（SEM）下观察沉积膜的显微组织形貌。结果表明,在较小偏压下,AIN膜呈（002）择优取向,表面致密均匀;在较大偏压下,AIN膜呈（100）择优取向,表面形貌则粗糙不平,AIN薄膜的择优取向及表面形貌受到不同偏压下不同离子轰击能量的影响。     

Effect of the nitrogen ion energy on the MBE growth of thin gallium nitride films

The influence of the energy of bombarding nitrogen ions on the growth of thin gallium nitride (GaN) films under molecular beam epitaxy (MBE) conditions has been simulated using the method of balance kinetic equations. The dependence of the GaN film growth rate on the ion energy is determined and changes in the structure of films grown at different ion energies are explained. Theoretical estimates satisfactorily agree with the available experimental data.     

多弧离子镀沉积过程中等离子体参数对薄膜沉积的影响

采用平面探针测试了衬底附近的电流密度，弧电流和衬底偏压的增加均有助于增加到达衬底附近的离子的数量。弧电流增加引起村底的温升，衬底偏压对衬底温度影响较小。采用多弧离子镀技术沉积Cr-N薄膜，衬底偏压对薄膜的硬度影响较小；弧电流增大，薄膜的硬度随之降低。XRD分析表明，弧电流较高时，不利于Cr—N相的形成，薄膜中以Cr的宏观液滴为主，薄膜硬度较低。     

离子束增强沉积制备碳化硼及C-B-Ti化合物薄膜的结构与力学性能的研究

利用离子束共混制备具有高硬度、高熔点及良好化学稳定性的C，B化合物（如：碳化硼、硼化钛等），对于采用离子束增强沉积技术进行材料表面改性有重要意义。利用对烧结碳化硼化合物靶进行溅射沉积，同时利用不同能量的Ar 进行轰击的方法，制备了碳化硼及碳、硼、钛混合薄膜，并对它们的结构与力学性能进行了研究。     

类金刚石碳膜的结构特性与耐磨性能

采用双离子束增强沉积（IBED）和离子束直接沉积（IBD）技术，在CHn 能量为200~550eV和3～25keV范围内沉积的类金刚石薄膜具有光滑平坦的表面和非晶结构。X光电子谱和Raman光谱分析、以及显微硬度测量的结果表明，随着轰击离子能量的降低，薄膜的金刚石特性增强；在200～550eV能量范围内制备的DLC膜具有明显的sp3键特征和很高的显微硬度。沉积在GCr15钢上的DLC膜与GCr15钢的摩擦学对比实验表明，DLC膜具有很低的摩擦系数、比磨损率和高的抗磨损指数，这证明采用上述两种方法制备的DLC膜具有优良的抗摩擦磨损性能。     

离子束增强沉积工艺参数对Cr-N膜层组织结构的影响

利用离子束增强沉积技术, 在 Ｓｉ （１１１） 和 Ｇ Ｃｒ１５ 轴承钢基体上沉积 Ｃｒ Ｎ 镀层研究氮分压、 Ｎ^＋ ＋ Ｎ^＋_２ 离子轰击能量和 Ｎｉｏｎｓ Ｃｒ ａｔｏｍｓ 到达比对镀层组织结构的影响结果表明, Ｃｒ- Ｎ 镀层组织对氮分压敏感, 随着氮分压的增加, 镀层中 Ｃｒ Ｎ 组份增加, 金属 Ｃｒ 及 Ｃｒ_２ Ｎ 组份减少; 随着氮离子轰击能量的增加, Ｃｒ- Ｎ 镀层中 Ｃｒ Ｎ （２００） 择优生长; 但当 Ｎ ｉｏｎｓ/Ｃｒ ａｔｏｍｓ 比从１４５ ×１０ ^{－ ２} 增至５.８７ ×１０ ^{－ ２} 时, 镀层中 Ｃｒ Ｎ 组份非但没有增多, 反而使镀层中的 Ｃｒ 以 Ｃｒ_２ Ｏ_３ 形态存在.     

离子束增强沉积界面共混工艺对Cr-N镀层结合强度的影响

采用连续压入法以及球滚接触疲劳法评定不同界面共混工艺所制Ｃｒ－Ｎ镀层膜基结合 强度,并对两种方法试验结果进行分析对比．试验结果表明,在其它参数相同条件下,随着氮离 子轰击能量从１０、２０ｋｅＶ提高到４０ｋｅＶ,动反冲共混界面结合强度则有明显降低的趋势,Ｐ_ｃ 值测量值分别为６５０、７００、３３０Ｎ．当轰击能量为２０、１０ｋｅＶ时,Ｃｒ－Ｎ镀层在△Ｔ_ｒｚ＝４４２ＭＰａ 时,循环疲劳周次达到５．０×１０^６时,镀层未剥落,表现出很高的动态结合强度,而４０ｋｅＶ动反 冲共混界面在△Ｔ_ｒｚ＝４４２ＭＰａ时,循环疲劳周次仅为９．０×１０^５．较低能量（１０、２０ｋｅＶ）氮离子 动态共混界面具有更理想的膜层一基体结合强度．两种方法测试结果具有一致性．当膜层－基 体结合力较高时;压入法评定膜层－基体结合强度更简便、适用．     

低能氮离子束辅助真空电弧沉积Zr-Cu-N薄膜的研究

利用等离子体辅助真空电弧沉积技术,在高速钢和单晶硅基体上制备Zr-Cu-N复合薄膜.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和超微显微硬度计研究了低能氮离子束流对Zr-Cu-N涂层结构、表面形貌和硬度的影响.结果表明:用低能氮离子束辅助真空电弧沉积Zr-Cu-N膜,ZrN结构在(111)晶面出现择优取向,并对Zr-Cu-N膜层有一定的强化作用,膜层表现出较高的显微硬度和转好的耐磨性能.