电弧离子镀TiN工艺优化及TiN/TiC多层膜性能

采用电弧离子镀技术制备TiN薄膜,研究了不同氮分压以及基体偏压下薄膜的表面质量、微结构、相组成、硬度以及结合力,优化工艺参数并制备TiN/TiC多层膜,比较了多层膜以及TiC单层膜的硬度以及摩擦性能的差异。结果表明,经过对不同工艺参数下薄膜的形貌结构以及性能比较,确定采用0.6 Pa氮分压以及-100 V基体偏压作为TiN优化工艺参数,在该工艺基础上制备的TiN/TiC多层膜与单层TiC薄膜相比具有更高的硬度以及更低的摩擦系数。     

α-Al_2O_3层厚度对TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN涂层抗氧化性能的影响

为获得抗氧化性能更为优越的TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN复合涂层,本文采用中温化学气相沉积(MT-CVD)在WC-Co硬质合金基体表面沉积不同厚度α-Al_2O_3层的TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN多层涂层,并在1 000℃下对涂层试样进行氧化实验。通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等手段研究α-Al_2O_3层厚度对TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN涂层抗氧化性能的影响,确定可显著提高涂层抗氧化性能的α-Al_2O_3层厚度,同时探索涂层的抗氧化机理。结果表明:随着α-Al_2O_3层厚度的增加,TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN多层涂层试样氧化后质量增量减少,涂层氧化增厚降低。当α-Al_2O_3层厚度为6.5μm时,TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN涂层的抗氧化性能显著提高。随着涂层厚度的增加,涂层阻止O向涂层内部扩散及Al、Ti向外部涂层扩散能力增强,抗氧化性能更优越。     

304不锈钢表面单层/多层TiN基涂层制备及耐磨蚀性能研究

目的探究钢基表面TiN基涂层在海洋环境中的耐磨蚀性能。方法采用电弧离子镀技术,在304不锈钢和单晶硅表面分别沉积TiN、TiBN、TiBN/TiN涂层,并对3种涂层样品的表面–截面形貌、摩擦系数、在人工海水中的电化学性能和摩擦腐蚀行为进行测试。结果形貌表征和干摩擦测试结果显示,TiBN和TiBN/TiN涂层有着比TiN柱状晶更加致密的微观结构,3种涂层的摩擦系数相差不大,比304SS的摩擦系数低。在人工海水环境中的电化学测试结果表明,TiBN/TiN涂层的耐腐蚀性能最佳,TiBN涂层次之,TiN涂层则表现出比304不锈钢基底更差的耐腐蚀特性。在发生摩擦腐蚀的过程中,3种涂层的电位（OCP）均发生了下降。结论利用电弧离子镀技术在304不锈钢表面沉积的单层/多层TiN基涂层,在人工海水环境下,发生的摩擦会增加涂层发生腐蚀的趋势,结构致密,表面易形成钝化膜的涂层,其耐磨蚀性较好。     

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。     

反应等离子喷涂TiN/AlN涂层在润滑状态下摩擦磨损性能的研究

对用反应等离子喷涂法制备的TiN/AlN涂层在油润滑条件下的摩擦磨损特征进行了研究,并就轻、重载荷下的磨损机理进行了探讨。结果表明:油润滑条件下,涂层磨损体积显著降低。在轻载荷下,以疲劳磨损为主;在重载荷下,以脆性剥落和磨粒磨损为主。     

反应等离子喷涂TiN/AlN涂层在润滑状态下摩擦磨损性能的研究

对用反应等离子喷涂法制备的TiN／AlN涂层在油润滑条件下的摩擦磨损特征进行了研究，并就轻、重载荷下的磨损机理进行了探讨。结果表明：油润滑条件下，涂层磨损体积显著降低。在轻载荷下，以疲劳磨损为主；在重载荷下，以脆性剥落和磨粒磨损为主。     

离子镀TiN/Ti(CN)多层涂层的力学性能与切削性能

采用多层结构的方法可以提高TiN刀具涂层力学性能和切削性能.采用离子镀技术制备了TiN(0.5μm)/Ti(CN)(0.5μm)/TiN(0.5μm)多层涂层.利用光学显微镜、原子力显微镜和微力学探针表征了涂层的微结构和力学性能,并研究了涂层对硬质合金铣刀切削性能的影响.结果表明,TiN/Ti(CN)多层涂层表面平整、厚度均匀、与基底结合良好,硬度为28.5GPa.高速干式切削试验表明,与普通硬质合金铣刀相比,涂层铣刀的使用寿命提高5倍.     

保温时间对Ti/TiN/TiCN涂层结构、残余应力及耐磨性的影响

目的 改善镁合金表面硬度和耐磨性能。方法 采用磁控溅射法在AZ31表面制备复合Ti/TiN/TiCN涂层,在不同保温时间下对沉积后的复合涂层进行退火处理。借助X射线荧光光谱(XRF)测试复合涂层表面平均元素含量,采用X射线小角掠入射(GIXRD)技术研究涂层物相组成和残余应力,利用扫描电镜(SEM)观察涂层表面形貌和磨痕形貌,借助销盘式摩擦磨损试验机和纳米压痕仪评估涂层的耐磨性能。结果 退火涂层的晶粒尺寸增加,内部缺陷减少,涂层更致密,残余应力显著下降。退火前后涂层的物相均为FCC的TiCN,不同保温时间下的涂层具有不同的择优生长取向。随着保温时间的延长,涂层表面Ti、C含量先增后减,N元素含量先减后增,涂层表面硬度下降,摩擦因数增大,耐磨性能下降。沉积涂层的韧性较好,摩擦因数波动较大,磨损机制以刮擦磨损为主。退火30 min后,涂层的磨损率最低,磨损机制以磨粒磨损和黏着磨损为主。退火90 min后,涂层的磨痕最宽,韧性最差,磨损率最高,磨损机制以磨粒磨损和氧化磨损为主。结论 退火有助于降低残余应力,但退火时间不宜过长,时间超过30 min,涂层的耐磨性能下降。     

负偏压在电弧离子镀沉积TiN／TiCN多层薄膜中的作用

用电弧离子镀方法在高速钢、不锈钢与铜基体上沉积合成Ti/TiCN多层薄膜,在其他参数不变的情况下只改变负偏压,着重考察不同负偏压下薄膜的沉积深度、膜基结合强度、显微硬度以及表面形貌等,研究基体负偏压在沉积多层薄膜中所起的作用。结果表明,负偏压影响沉积温度,负偏压值越大,温度越高;负偏压值增大,表面形貌中的大颗粒数量减少,薄膜质量得到改善;负偏压在－300V左右时,膜基结合强度与硬度出现对应最佳性能点的峰值。     

多层复合渗镀TiN耐蚀性的研究

采用双层辉光渗金属技术,在碳钢表面形成具有扩散层和沉积层的TiN复合渗镀层.对复合渗镀、PVD以及复合渗镀 PVD三种工艺制备的TiN层表面形貌、成分及在10%H2SO4和3.5%NaCl溶液中的耐蚀性能进行了对比试验研究.结果表明:复合渗镀 PVD法沉积的TiN薄膜呈较为均匀、致密、细小的组织,Ti和N原子由表层呈梯度向内分布.与PVD法沉积的TiN层不同,是属于冶金扩散结合层,渗镀层厚度可达10 μm以上.在10%H2SO4和3.5%NaCl溶液中,渗镀层的腐蚀速度分别为0.156g/(m2·h)和0.025g/(m2·h),显示出了优异的耐蚀性.     

等离子渗氮Ti合金基体上的TiN涂层的砂浆冲蚀特性

在射流冲蚀装置中研究了等离子渗氮Ti合金基体上的TiN涂层在砂浆介质中的冲蚀行为.砂浆冲击速度为6.4～15.2m/s.结果表明:在低冲击速度下,TiN涂层具有很高的抗冲蚀性能.随着砂浆速度的提高,TiN涂层被砂浆击穿甚至开裂,对基体的保护作用降低.涂层穿孔后,位于冲蚀区中部显露的渗氮基体形成塑性形变条片,边缘区则由于砂浆对基体的切削作用而被冲蚀.     

超音速等离子喷涂Mo涂层的载流摩擦磨损性能

采用超音速等离子喷涂技术在45CrNiMoVA钢表面制备Mo涂层，利用场发射扫描显微镜（SEM）、X射线能谱分析仪（EDS）观测涂层显微形貌与组织成分，分析了载流摩擦中的电接触模型及电弧成因，利用滑动式摩擦试验机研究了电流强度对涂层粗糙度、表面温升及摩擦磨损性能的影响。结果表明：制备的Mo涂层组织致密、氧化程度低，与基体结合方式为“机械铆合”；随电流增加，摩擦副间电弧能量急剧升高，起弧率与表面粗糙度先降低，后上升。其中收缩电阻和微电容产生的自感电动势促进了电弧形成；摩擦副表面的温升由摩擦热、焦耳热、电弧热共同决定，与电流强度呈正相关；摩擦因数受表面粗糙度、材料剪切强度、表面膜等因素共同影响，随电流增加呈下降趋势。此外，载流条件下会出现黏着磨损、氧化磨损、电弧烧蚀等磨损，加剧了涂层剥落与磨粒磨损，但形成的摩擦膜可以有效保护涂层，降低磨损率。     

电弧离子镀方法制备的Ti/TiN多层膜的结构与耐腐蚀性能

采用电弧离子镀技术,通过周期性变换环境气氛,在7075Al合金上制备了Ti/TiN多层膜,并研究调制周期对多层膜的结构组成和腐蚀性能的影响。结果表明:多层膜与铝合金衬底界面结合较好,基本没有孔洞等缺陷。多层膜具有明显的层状特征,层间界面清晰。多层膜中TiN与单层中TiN薄膜有着相同的晶体结构,并存在(111)择优取向,每个调制周期内的TiN层都呈柱状生长。随着调制周期变小,多层膜阳极极化曲线的腐蚀电位增加,交流阻抗谱的阻抗值增大,容抗弧的半径也增大,即膜层的耐腐蚀性增加。多层膜调制周期的减小使得薄膜中含有的层界面增多,而贯穿至衬底表面的针孔等缺陷的数量将减少,这样,腐蚀性介质经过针孔等缺陷与衬底接触的机会变少,这将使薄膜的抗腐蚀能力得到改善。     

多弧离子镀沉积Ti/TiN多层薄膜的摩擦磨损及电化学性能

软硬交替多层结构的薄膜因其优异的抗摩擦磨损性能和耐腐蚀特性使其在工程领域具有重要的应用价值。利用多弧离子镀在不锈钢和Si(100)表面沉积了Ti N单层薄膜和3种不同Ti/Ti N调制比的多层膜,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、CSM摩擦磨损试验机和电化学工作站分别分析了薄膜的结构特征、耐磨损性能和电化学性能。结果表明:多层膜层状结构明显,Ti N相出现(111)面择优取向;Ti与Ti N沉积时间比为1∶5的样品具有较低的摩擦因数(0.26)和磨损率(6.6×10–7 mm3·N–1·m–1);在3.5%Na Cl溶液中,多层膜样品的腐蚀电流密度较不锈钢基体降低了两个数量级,腐蚀电位较不锈钢基体明显提高,表明多层膜可以提高不锈钢基体的耐腐蚀性。     

铝合金表面多弧离子镀TiN涂层的耐磨性能

采用多弧离子镀在ZL109铝合金表面进行了TiN涂层处理,并对涂层的载荷耐磨性进行了分析和讨论.结果表明,ZL109铝合金表面多弧离子镀TiN涂层后,其耐磨性得到明显提高.在1 N的载荷下,连续磨损90 min时,未镀膜试样的磨痕宽度几乎是TiN试样的2倍,镀有TiN膜试样的平均摩擦因数几乎是未镀样的50%.在2 N的载荷下,由磨痕的形貌和宽度随时间的变化可见,镀有TiN涂层的试样在磨损前期,主要以粘着磨损为主,在磨损后期以磨粒磨损为主.     

钛合金表面MoS2/TiN复合涂层的摩擦性能研究

采用复合处理的工艺方法,在Ti-6Al—4V合金表面制备复合涂层。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和X射线能谱仪分析复合涂层表面相结构、表面及截面微观形貌和沿截面各元素分布状态。对不同处理后的截面硬度梯度进行了分析比较,在MM-200磨损实验机上测定了复合涂层的摩擦性能。结果显示,复合涂层是由单质的Ti,Mo和MoS2,TiN以及过渡层组成,在干摩擦、纯滑动的条件下摩擦性能优良。     

空心阴极与多弧离子镀TiN涂层高速钢摩擦磨损特性的比较研究

本文用空心阴极和多弧离子镀方法在高速钢基体材料上制备了TiN靠层，研究评价了其摩擦磨损性能，并与刀具切削性能进行对比．结果表明：TiN涂层的摩擦磨损性能优于基体材料．从摩擦磨损机制上探讨了经TiN涂层的高速钢刀具比非涂层的刀具使用寿命明显延长，加工质量明显提高的原因。     

反应等离子喷涂TiN涂层热处理后的电化学腐蚀性能

研究了热处理后TiN涂层在模拟海水中的腐蚀行为,采用电化学阻抗谱(EIS)、动电位极化曲线、扫描电镜和能谱分析等技术研究了热处理后TiN涂层电化学腐蚀参数及组织的变化。结果表明:热处理后TiN涂层的耐蚀性明显提高,自腐蚀电流仅为热处理前的13.3%,极化电阻约是热处理前的20倍;电化学阻抗谱描绘了热处理后涂层的腐蚀过程及导致涂层腐蚀的主要因素,涂层局部的孔隙腐蚀是引起电化学腐蚀参数变化的主要因素,腐蚀初期孔隙电阻由大变小,后期又会由小变大,从而使涂层的腐蚀速率发生变化;热处理会使涂层的通孔率降低为87%,主要原因是在热处理过程,TiN与大气中的O2发生了氧化反应,生成密度较TiN小的TiO2相和Ti3O相,使涂层中的部分通孔被封闭,耐蚀性得以提高。