类金刚石薄膜的拉曼光谱研究

利用脉冲碳等离子体源可以直接在Ｓｉ片和Ｇｅ片镀制类金刚石薄膜。被镀制的类金刚石薄膜一般采用激光拉曼光谱仪进行定性分析。实验结果表明：ＳＰ＾３成分含量与ＳＰ＾２成分含量之比,与放电回路的电压有关,在一定电压范围内,随电压的增加,ＳＰ＾３与ＳＰ＾２之比增大,从而选择出镀制类金刚石薄膜的最佳工艺参数。     

水分子诱导类金刚石薄膜表面的变化

利用等离子体增强化学气相沉积技术在单晶硅表面制备了类金刚石(DLC)薄膜,并将其分别浸泡在经磁场处理和未经磁场处理的去离子水中。利用X射线光电子能谱仪、原位纳米力学测试系统和高速摩擦磨损测试仪分析和比较在水和磁化水中浸泡后DLC薄膜表面的变化情况。结果表明:磁场作用将改变经过DLC薄膜表面微孔或缺陷渗进薄膜内的水分子个数,进而诱导DLC薄膜表面发生变化。在含水环境中,比如液体水中,水分子参与反应并诱导C=C键朝向C-C或C-H键转化,并且氢原子将进入薄膜内中和膜内自由基,进而导致其硬度,摩擦因数升高。     

聚碳酸酯镜片表面沉积类金刚石耐磨涂层

采用射频辉光放电等离子体化学气相沉积(RF-PCVD)法在聚碳酸酯(PC)表面沉积类金刚石(DLC)薄膜.研究了功率、气体浓度和沉积时间等条件对薄膜性能的影响,优化了工艺条件;用X射线光电子能谱测定了薄膜的组成;评价了薄膜的耐磨性能和附着性能.结果表明PC镜片表面沉积附着性好的DLC薄膜能提高材料表面的耐磨性能.     

微波等离子体改性对金刚石薄膜表面亲水性的影响

采用微波等离子体法,分别使用H和O等离子体对金刚石薄膜表面进行改性处理.通过扫描电子显微镜(SEM),原子力显微镜(AFM),X射线光电子能谱(XPS),并结合接触角随时间变化的曲线,初步评价了改性前后薄膜表面显微结构和成分的变化对亲水性的影响.结果表明:同一条件下制备的金刚石薄膜表面形貌、粗糙度差异不会影响表面亲水性;改性前金刚石薄膜亲水性差,H、O等离子体改性后薄膜表面接触角由原来的81°下降到20°以下,形成了亲水性良好的表面;暴露在空气中后,接触角在前3天的变化很大,这种变化与薄膜表面成分的改变密切相关.     

Cr基过渡层对钛合金表面类金刚石薄膜摩擦学性能的影响

采用磁控溅射技术在钛合金(Ti6Al4V)表面制备Cr、Cr/Cr N和Cr/Cr N/Cr NC过渡层结构的类金刚石(DLC)薄膜。采用扫描电子显微镜、拉曼光谱仪与原子力显微镜分析薄膜的结构和表面形貌,利用纳米压痕仪、薄膜内应力测试仪、划痕测试仪、摩擦试验机和二维轮廓仪研究薄膜的硬度、内应力、结合力和摩擦磨损性能。结果表明:随着Cr基梯度过渡层的引入,DLC薄膜的内应力逐渐下降,结合力逐渐上升。Cr/Cr N/Cr NC/DLC薄膜具有优异减摩抗磨性能,摩擦因数和磨损率低至0.09±0.02和(1.89±0.15)×10-7 mm3/N·m。试验结果对钛合金表面高性能DLC薄膜制备及应用具有一定的参考价值和指导意义。     

硬质合金刀具上的类金刚石薄膜硬度的研究

采用射频辉光等离子体法制备了类金刚石薄膜,研究了影响类金刚石薄膜硬度的各种因素,包括:极板间距、甲烷浓度、射频功率和膜层厚度等,分析了各种生长参数对类金刚石薄膜硬度的影响机理,找出了最佳的生长参数。     

生物医用类金刚石薄膜的力学性能评价

用射频等离子体增强化学气相沉积在钛合金表面制备类金刚石薄膜,利用原子力显微镜、纳米力学探针、划痕仪、滑动摩擦和微动摩擦等研究了涂层的表面形貌和力学性能。结果表明：随涂层厚度的增加,表面粗糙度先增后降,最后趋于稳定,硬度和划痕临界载荷提高,室温空气条件下的滑动摩擦系数减小;对于确定的膜厚,随相对湿度增加,摩擦系数降低,这有利于其在体液环境中的应用。     

功能梯度类金刚石薄膜的脉冲激光制备

长期以来,高质量的纯类金刚石薄膜的成功制备一直受其巨大内部压应力的阻碍,因为这种压力应力导致严重的附着问题。厚度大于５００ｎｍ的类金刚石薄膜中压应力常使薄膜与基体剥离。作者采用功能梯度的设计概念,应用准分子脉冲激光沉积方法,成功制备了厚度超过１．０μｍ的高质量类金刚石薄膜。薄膜中的ＳＰ＾３碳原子含量超过６０％。纳米硬度测试表明,薄膜的弹性模量高达５００ＧＰａ,纳米硬度高达６０ＧＰａ,薄膜与基体间附     

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.     

脉冲激光沉积类金刚石薄膜涂层研究

利用ＹＡＧ脉冲激光器的３５５ｎｍ和５３２ｎｍ波长制备类金刚石薄膜，采用电极放电法来激发激光等离子体出射簇，发现可较好地提高薄膜的红外透过率；薄膜的红外吸收谱中没有Ｃ－Ｈ吸收带，具有较好的金刚石特性；薄膜可作为红外光学元件和有机小型机械的耐磨涂层。     

类金刚石薄膜改性钛合金的扭动摩擦磨损特性

以Ti6Al4V合金、类金刚石薄膜(DLC膜)改性Ti6Al4V合金分别与超高分子量聚乙烯(UHMWPE)配副,模拟颈椎间盘的轴向旋转运动,并在改装后的多自由度磨损试验机上进行扭动摩擦试验。结果表明:随着循环周次的增加,两对摩擦副均呈现出摩擦扭转力矩、摩擦耗散能、磨损量相应增大的趋势。与Ti6Al4V合金相比,DLC薄膜改性后的Ti6Al4V合金摩擦副接触界面间摩擦扭转力矩降低了51.6%、摩擦耗散能降低了48%,进入完全滑移状态的时间缩短,具有更好的耐磨性。Ti6Al4V合金的磨损机制表现为严重的磨粒磨损,经DLC薄膜改性后的钛合金的磨损形式以应力集中产生的脆性剥落为主。DLC薄膜增大了对磨副UHMWPE的磨损,UHMWPE的磨损机制是粘着磨损和磨粒磨损综合作用的结果。     

空气等离子体基注入Ti6Al4V合金摩擦学性能研究

采用空气等离子体基离子注入技术对Ti6Al4V合金进行了表面改性。注入负脉冲电压分别为10kV,30kV,50kV,注入剂量为0.6×1017ions/cm2。用X射线光电子能谱仪对注入层元素分布进行了分析,结果表明:改性层的外层为TiO2,外层与内层基体之间存在Ti2O3、TiO、TiN;采用球盘磨损试验机对注入层的摩擦学性能进行了研究。结果表明:随着注入电压的增加,摩擦因数减小,耐磨性能提高。且以50kV注空气最为显著,摩擦因数较基体降低了3倍多,磨损体积与比磨损率较基体均下降了1个数量级以上。注入层硬度比基材Ti6Al4V也有明显提高。     

Surface Modification of Ti6Al4V by Plasma Copper and Nickel Alloying Process

利用等离子表面合金化技术对Ti6Al4V表面进行Cu/Ni合金化处理,采用SEM研究了温度对合金层微观结构的影响,采用GDS和XRD对合金层的成分和相组成进行测试。结果表明,850℃制备的合金层与基体冶金结合,厚度约7μm,主要由Ti,Ti2Ni,TiNi,Cu0.81Ni0.19和CuTi相组成。抗菌结果表明,合金化试样在12 h内展现了优良的抗菌性能。表面合金层也显著提高了钛合金的耐磨性能。     

Ti6Al4V合金表面类金刚石多层膜的耐蚀及摩擦磨损性能

采用磁过滤直流阴极真空弧源沉积技术在Ti6Al4V合金表面制备类金刚石多层膜,采用原子力显微镜和纳米压痕仪观测其表面形貌及硬度;采用微磨粒磨损试验机及三电极电化学测试系统考察类金刚石多层膜在模拟体液环境中的摩擦学和耐蚀性能,并与Ti6Al4V合金进行对比。结果表明：类金刚石多层膜由致密分布的纳米颗粒组成,表面粗糙度为4.86 nm,硬度和弹性模量分别为54.82和342.27 GPa;在模拟体液中类金刚石膜显著提高了Ti6Al4V合金的抗磨能力和减摩性能,其磨损率仅为Ti6Al4V合金磨损率的11.7%~22.6%。随着载荷增加,Ti6Al4V合金和类金刚石膜的腐蚀电位降低,腐蚀电流增加;类金刚石多层膜可有效提高Ti6Al4V合金的耐蚀能力。     

Ti6Al4V辉光等离子渗铝摩擦磨损性能研究

利用双层辉光等离子渗金属技术在Ti6Al4V上渗铝以提高材料的摩擦磨损性能,对渗铝层的相结构和显微硬度进行了测试.采用球盘滑动磨损试验机对渗层进行摩擦磨损性能测试.结果表明:渗铝后渗层由Al3Ti和Al组成,材料的硬度值较基体Ti6Al4V有了很大的提高;材料摩擦因数和磨损体积减小,耐磨性得到提高.通过磨痕形貌分析可知,渗层磨损机制为粘着磨损.可见采用辉光等离子渗铝技术改善了材料的摩擦磨损性能.     

射频等离子体方法制备球形化TC4 (Ti6Al4V)合金粉末

本文通过射频等离子方法制备了高度球形化的TC4(Ti6Al4V)合金粉末。主要探究仪器送粉喷嘴高度、产生等离子体的功率、反应室的压力、原料粉体的粒径分布、送粉速率以及载气的气流速率等对于粉体球化率的影响,通过调节上述因素形成对比实验并得到不同实验条件下的球化粉体。通过SEM图像可观察粉体的形貌变化并计算比较粉体的球化率,通过XRD图可知球化前后粉体相结构不发生变化,观察球化粉末横截面可知粉末为实心球体且表面光滑,同时可发现球化后粉末流动性明显提高,松装密度大,粒径分布窄,适合3D打印等应用技术对于合金粉体的要求。实验中,调节送粉喷嘴高度为12.5cm,反应室压力为14.7psia,送粉速率为1.742g／min,产生等离子气的功率为27.2kW且控制原料粉体的平均粒径在38～63微米时可使得球化率达到99%,明显高于其他球化粉末制备方法。     

Ti6Al4V钛合金表面真空渗氧处理

目的在Ti6Al4V钛合金表层制备硬度高、耐磨性好的硬化层。方法结合真空技术,以高纯的O2为介质,在Ti6Al4V钛合金表面制备致密的渗氧硬化层,采用X衍射仪分析渗氧层的相组成,用金相显微镜观察渗氧层和磨痕组织,用显微硬度计测试渗氧层的显微硬度,用MM-U10A端面磨损试验机研究渗氧层的耐磨性。结果渗氧层物相主要由TiO_2、TiO、Ti_3Al及Al_2O_3组成,温度较低时,形成的渗氧层较薄,温度增加,渗氧层厚度迅速增加,硬度及耐磨性也随之增加。温度为760℃时,表面硬度为基体硬度的2.5倍以上,大于750HV,有效硬化层厚度达60μm以上,其磨损失重仅为未渗氧原样的1/4,表面磨痕细密,没有撕裂情况发生,渗氧层保持完整。温度继续增加,氧化物开始聚集长大,渗氧层组织开始变得疏松,硬度及耐磨性开始下降。结论 Ti6Al4V钛合金表面真空渗氧处理可显著提高其表面硬度,耐磨性改善明显。     

Ag离子注入Ti6Al4V合金抗Hank’s溶液腐蚀性能研究

采用注入不同剂量5×1016, 1×1017, 5×1017和9×1017ions/cm2,加速电压30 kV对Ti6Al4V合金进行Ag离子注入表面改性。使用动电位极化曲线研究Ag离子注入前后Ti6Al4V合金抗Hank’s溶液腐蚀性能,利用小角掠射X射线衍射技术研究Ag离子注入前后Ti6Al4V合金表面物相组成,用X射线光电子能谱技术分析离子注入合金表面和腐蚀样品表面元素存在的化合态。结果表明,Ag离子注入提高了合金抗Hank’s溶液腐蚀性能,腐蚀电流密度随Ag离子注入剂量的增加稍有变化。离子注入Ti6Al4V合金表面的氧化物腐蚀阻挡层、离子注入表面合金层和表面生成的Ag和TiAg有利于合金抗Hank’s溶液腐蚀性能的改善     

Ag和Ta离子双注入Ti6Al4V合金表面改性

采用先注入1×1017ion/cm2Ag离子,注入能量为64.2keV;后注入1.5×1017ion/cm2Ta离子,注入能量为146.5keV对Ti6Al4V合金进行离子双注入表面改性。采用X射线衍射分析离子双注入前后Ti6Al4V合金表面的物相;利用X射线光电子能谱研究离子双注入前后Ti6Al4V合金表面元素化合态以及离子双注入Ti6Al4V合金表面元素浓度沿深度方向的分布。结果表明,离子双注入前后Ti6Al4V合金表面都被氧化了,离子注入前合金表面存在TiO、Ti2O3和Al2O3,离子双注入后Ti6Al4V合金表面有TiO2、Ta2O5、TaOx和AgO2新相生成,且在表面还存在少量V2O5和Al2O3。离子双注入合金表面生成的氧化物层形成了扩散阻挡层,阻挡铝离子和钒离子向外扩散,从而减少Ti6Al4V合金表面铝离子和钒离子的释放量。     

Ti6Al4V表面氩弧熔覆Ti+BN复合涂层组织及耐磨性

目的 通过氩弧熔覆技术在Ti6Al4V钛合金表面制备陶瓷颗粒增强Ni基复合涂层,以改善其摩擦磨损性能。方法 将Ti粉、BN粉和Ni60A粉进行球磨混合,运用氩弧熔覆技术在Ti6Al4V钛合金表面原位合成多相陶瓷颗粒增强镍基熔覆层。通过X射线衍射分析仪、能谱分析仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜,分析熔覆层中陶瓷颗粒相的组成、形貌、尺寸、分布以及结构特点。用维氏硬度计和环-块式摩擦磨损试验机测试了熔覆层的显微硬度和摩擦磨损性能,并通过扫描电子显微镜对磨痕形貌进行分析。结果 熔覆层物相主要包括TiN、TiNi、TiB、TiB2和α-Ti。原位合成的陶瓷颗粒相弥散分布于熔覆层中,其中增强相TiN、TiB和TiB2的形貌分别以颗粒状、针状和棒状形式存在。熔覆层表面硬度可达1210~1250HV0.5。在相同磨损条件下,TC4合金基体与熔覆层的磨损量分别为34.23 mg和4.86 mg,熔覆层的磨损量明显降低。熔覆层的磨损表面无粘着痕迹,磨损机制为磨粒磨损。结论 与Ti6Al4V钛合金基体对比,熔覆层显微硬度值提高约4倍,多相陶瓷颗粒熔覆层可有效提高钛合金表面的耐磨性。