多弧离子镀(Cr,Ti,Al,Zr)N多组元超硬梯度膜的结构及性能

(Cr,Ti,Al,Zr)N梯度膜性能优异。采用多弧离子镀技术,使用Ti-Al-Zr合金靶和Cr单质靶在高速钢表面制备(Cr,Ti,Al,Zr)N多元超硬梯度膜,利用扫描电镜、能谱、X射线衍射仪、硬度计、划痕仪对膜层形貌、成分、结构、硬度、附着力进行分析,并通过热震性能试验考察了膜层的抗热震性能。结果表明:制备的膜层为面心立方结构,择优生长取向为(220)面;与TiN,(Ti,Al)N,(Ti,Cr)N,(Ti,Al,Zr)N等硬质膜相比,制备的(Cr,Ti,Al,Zr)N多元梯度膜具有更高的硬度和膜/基附着力,硬度可达4400HV,膜/基附着力大于200N,实现了从硬质膜到超硬膜的转变;膜层中N含量梯度可有效减少应力集中,Cr,Al含量的增加有利于提高膜层抗热震性能;负偏压对膜层硬度影响较大,对膜层成分、结构、抗热震性能影响较小,对膜/基附着力基本无影响。     

多弧离子镀(Ti,Al,Zr)N多元超硬梯度膜的制备及力学性能研究

采用多弧离子镀技术并使用合金靶Ti-Al-Zr制备(Ti,Al,Zr)N多元超硬梯度膜。利用扫描电镜、X衍射仪对(Ti,Al,Zr)N膜层表面、断面形貌、成分、结构进行观察测定;系统考察了沉积工艺对(Ti,Al,Zr)N膜层质量、膜/基附着力和硬度的影响;并对膜层抗热震性进行了研究。通过与TiN,(Ti,Al)N,(Ti,Zr)N等硬质膜进行比较,发现采用Ti-Al-Zr合金靶制备的(Ti,Al,Zr)N多元梯度膜有更高的硬度和膜/基附着力,硬度可达4000 HV,实现了从硬质膜到超硬膜的转变;膜/基附着力大于200 N,同时对沉积工艺有较强的适应性。     

(Ti,Al,Zr)N多元氮梯度硬质反应膜的组织结构和性能

采用多弧离子镀技术和Ti-Al合金靶及Zr单质靶的组合,在高速钢基体上制备了(Ti,Al,Zr)N多元N梯度硬质反应膜.分别用扫描电镜、X射线衍射仪观察测定(Ti,Al,Zr)N梯度膜膜层的表面、断面形貌、成分以及相结构,研究了(Ti,Al,Zr)N多元氮梯度硬质反应膜的组织结构和性能.结果表明,与TiN、(Ti,Al...     

金属组元配比对(ZrTiAl)N膜相组成和硬度的影响北大核心CSCD

采用多弧离子镀技术制备了不同金属组元配比的(ZrTiAl) N硬质反应膜,进而考查金属组元配比对(ZrTiAl) N硬质反应膜的相组成和硬度的影响规律。为保证(ZrTiAl) N膜层中Zr、Ti、Al组元含量配比的规律性变化,对膜层沉积过程中弧源靶及电流分别进行了设定。通过扫描电镜进行(ZrTiAl) N膜层表面形貌和断面形貌观察及成分测定。X射线小角度衍射方法用于膜层相结构测试分析。采用VICKERS 402 MVD硬度仪测定膜层的表面硬度。所制备的(ZrTiAl) N膜层保持了膜层表面形貌、断面形貌以及膜层厚度的一致性。(ZrTiAl) N膜层均为单一固溶体型(ZrTiAl) N面心立方相组成,具有单一的(111)面择优生长取向,其点阵常数随金属组元配比的变化基本符合Vegard定律。在金属组元配比的较大变化范围内,(ZrTi Al) N膜层的相组成和择优生长取向未改变,均具有较高的硬度。在以Zr N为基的(ZrTiAl) N膜层中,Ti N和Al N的含量较大并且接近相等时,膜层容易达到硬度极大值。     

金属组元配比对(ZrTiAl)N膜相组成和硬度的影响

采用多弧离子镀技术制备了不同金属组元配比的(ZrTiAl) N硬质反应膜,进而考查金属组元配比对(ZrTiAl) N硬质反应膜的相组成和硬度的影响规律。为保证(ZrTiAl) N膜层中Zr、Ti、Al组元含量配比的规律性变化,对膜层沉积过程中弧源靶及电流分别进行了设定。通过扫描电镜进行(ZrTiAl) N膜层表面形貌和断面形貌观察及成分测定。X射线小角度衍射方法用于膜层相结构测试分析。采用VICKERS 402 MVD硬度仪测定膜层的表面硬度。所制备的(ZrTiAl) N膜层保持了膜层表面形貌、断面形貌以及膜层厚度的一致性。(ZrTiAl) N膜层均为单一固溶体型(ZrTiAl) N面心立方相组成,具有单一的(111)面择优生长取向,其点阵常数随金属组元配比的变化基本符合Vegard定律。在金属组元配比的较大变化范围内,(ZrTi Al) N膜层的相组成和择优生长取向未改变,均具有较高的硬度。在以Zr N为基的(ZrTiAl) N膜层中,Ti N和Al N的含量较大并且接近相等时,膜层容易达到硬度极大值。     

多弧离子镀(TiZr)N硬质膜的热震失效过程

(TiZr)N膜层的热震性能对于(TiZr)N膜在刀具上的应用至关重要,目前此类研究还非常有限。采用多弧离子镀技术制备不同Ti/Zr原子比的3种(TiZr)N硬质反应膜,在600℃下采用水冷和空冷2种方式进行热震循环试验,考察了(TiZr)N硬质反应膜的成分、表面形貌和热震失效过程,讨论了表面形貌特别是表面液滴、膜层成分以及热震循环方式对(TiZr)N硬质反应膜热震性能的影响。结果表明:(TiZr)N膜层热震失效过程具有裂纹形成、裂纹扩展、形变区域形成并最终导致膜层脱落的特性;膜层中Zr含量增加,(TiZr)N膜层热震失效加剧;与空冷热震循环相比,水冷循环明显加剧了(TiZr)N膜层失效。     

硬质合金表面TiAlZrCr/(Ti,Al,Zr,Cr)N梯度膜的微结构与力学性能

采用多弧离子镀技术,使用Ti-Al-Zr合金靶和Cr单质靶,在wc-8％co硬质合金基体上制备了TiAlZrCr／(Ti,Al,Zr,Cr)N多组元梯度膜.分析了梯度膜的成分、结构和微观组织,并研究了梯度膜的显微硬度和膜／基结合力.研究结果表明,该多组元梯度膜为Bl-NaCl型的TiN面心立方结构;薄膜的成分是以TiAlZrCr合金为过渡层的(Ti,Al,Zr,Cr)N梯度膜;薄膜的组织致密均匀,是典型的柱状晶结构;沉积偏压为-50～-200V时,梯度膜均可获得比(Ti,Al,Zr,Cr)N单层膜更高的硬度(最高值为HV4000)和膜／基结合力(临界载荷大于200 N).     

离子束辅助中频反应溅射 (Cr,Ti,Al)N薄膜的研究

为了提高工模具的服役性能,采用中频反应溅射,无灯丝离子源辅助的方法沉积了(Cr,Ti,Al)N多元硬质薄膜.分别用电子能谱、X-射线衍射、显微硬度计、划痕仪和干涉显微镜分析了薄膜的成分、相组成、硬度、膜/基结合力及膜层厚度.结果表明用此法制备的薄膜为含有多相结构的(Cr,Ti,Al)N多元硬质膜,晶粒细小,沉积速率快,显微硬度高达35 GPa,结合强度高度达80 N,综合性能优异.     

N/Ti原子比对TiN膜微结构及性能的影响综合分析

TiN硬质膜是很多现有的多组元氮化物硬质膜的基础.N/Ti原子比对TiN硬质膜具有重要影响.结合TiN硬质膜的制备工艺方法,分析了膜层中N含量变化的影响因素及控制方法,详细讨论了N/Ti原子比对TiN膜相组成、硬度、耐摩擦磨损性能、光电性能的影响关系.     

(Ti,Al,Zr)N多元硬质膜的退除方法与工艺研究

利用多弧离子镀技术并使用Ti-Al(原子百分比50∶50)合金靶与Zr单质靶组合在高速钢基体上镀覆(Ti,Al,Zx)N硬质反应膜.使用螯合剂、氧化剂、缓蚀剂及氢氧化钠配制膜层退除液,通过改变退除液各组元的浓度、退除液PH值和退膜温度等影响因素,考查(Ti,Al,Zr)N硬质反应膜的退除效果.分析了高速钢基体和退膜前后试样的表面形貌、成分和粗糙度.比较了退除液组元的不同组合、不同浓度、退除液不同PH值条件下镀膜试样表面形貌随时间的变化,进而确定了退除液的最佳组元组合及最佳退除膜层工艺,实现了高速钢基体上(Ti,Al,ZOr)膜的完全退除,退膜后的试样表面光亮,无腐蚀损伤.     

多弧离子镀(Ti,Al,Zr,Cr)N多组元氮化物膜的研究

采用多弧离子镀技术,使用Ti Al Zr合金靶和Cr靶,在W18Cr4V高速钢基体上沉积(Ti,Al,Zr,Cr)N多组元氮化物膜.利用扫描电镜(SEM)、电子能谱仪(EDS)和X射线衍射(XRD)对薄膜的成分、结构和微观组织进行测量和表征;利用划痕仪、显微硬度计测评薄膜的力学性能.结果表明,获得的多组元氮化物膜仍具有B1 NaCl型的TiN面心立方结构;薄膜的成分除-50V偏压外,其它偏压下的变化均不明显;增大偏压可减少薄膜表面的液滴污染,提高薄膜的显微硬度及膜/基结合力,最高值可分别达到HV3300和190N.     

(Ti,Al, Cr)N膜系的研究进展

总结了(Ti,Al,Cr)N膜系的沉积方法并讨论了化学成分、N2流量以及基底偏压等工艺参数对薄膜产生的影响,针对(Ti,Al,Cr)N膜系的相组成与膜层成分、抗氧化性、耐腐蚀性、显微硬度、抗摩擦磨损性能以及膜基结合力等方面进行了详细阐述.在此基础上,对(Ti,Al,Cr)N膜系的未来发展进行了展望,以期为多组元氮化物硬质膜的研究提供参考.     

Al/Ti摩尔比对(CrTiAl)N硬质膜相结构和硬度的影响

采用多弧离子镀技术,设计沉积工艺和调整阴极弧源靶组合以及对应的弧源电流,制备出以CrN为基形貌和厚度相同、A1/Ti摩尔比不同的系列(CrTiAl)N硬质膜.测试膜的成分、组织形貌、相组成和表面硬度,研究了A1/Ti摩尔比对其相结构和硬度的影响.结果 表明:不同A1/Ti摩尔比的(CrTiAl)N膜其相组成相同,都呈现...     

多弧离子镀制备TiN/TiAlN多层薄膜性能研究

采用多弧离子镀技术选取钛靶电流分别为60A、70A、80A和基体偏压分别为-240V、-300V、-360V在高速钢基体上制备Ti N/Ti Al N多层薄膜。使用划痕仪、显微硬度计、摩擦磨损试验机和马弗炉对膜层的膜基结合力、显微硬度、摩擦磨损性能和热震性能进行检测。结果表明:在钛靶电流为70A和基体偏压为-240V时膜基结合力最高,同时显微硬度也较高;在基体偏压为-300V的条件下,钛靶电流为70A时的摩擦系数最小,其耐磨性能良好;基体偏压为-240V时的抗热震性能良好。     

中频磁控溅射TiAlN薄膜的制备与性能研究

采用中频非平衡磁控溅射离子镀技术在硬质合金基体YG6上制备TiAlN薄膜。利用XRD、EDS、体式显微镜、显微硬度仪和多功能材料表面性能测试仪等对其组织结构以及性能进行了研究分析。结果表明:低Al靶功率时,膜层以TiN、TiC形式存在,TiN的择优取向面(111),显微硬度与偏压有关;高Al靶功率时,膜层主要存在Ti3AlN、AlN相,Ti3AlN相沿(220)晶面择优取向;膜层结构致密均匀,N原子与金属原子比接近1:1;膜层厚度为1.93μm;显微硬度3145HV;结合力85N。     

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.     

柱弧离子镀和非平衡磁控溅射镀制备Ti-N-C黑色硬质膜

采用柱弧离子镀和中频孪生靶非平衡磁控溅射镀膜技术制备了Ti-N-C多层复合黑色硬质膜.采用轮廊仪扫描电子显微镜(SEM)、分光光度计、显微硬度计等手段研究了所得膜层的各项性能.结果表明,两种工艺都可以获得颜色较深的黑色硬质膜,柱弧离子镀制备黑色硬质膜的效率高、力学性能更好;中频孪生靶非平衡磁控溅射制备的黑色硬质膜表面光滑、颜色更深.     

(TiZr)N硬质膜的沉积工艺研究

本文主要研究(TiZr)N硬质膜的沉积工艺波动范围及影响。考察了阴极靶电流、N_2气流量等工艺参数对膜层组织和性能的影响。研究表明,沉积工艺参数的波动变化不会对膜层组织、力学性能产生明显影响。(TiZr)N硬质膜的沉积工艺参数可以有较大的波动范围,沉积工艺窗口具有良好的可应用性。     

(AlCrTiZrNb)N/Si3N4纳米多层膜的微观结构和力学性能研究

采用多靶磁控溅射系统,使用AlCrTiZrNb合金靶和Si靶制备了不同Si_3N_4厚度的(AlCrTiZrNb)N/Si_3N_4纳米多层膜,样品基底为单晶硅。通过X射线衍射仪(XRD)、高透射电子显微镜(HRTEM)、扫描电子显微镜(SEM)和纳米压痕仪对样品进行微观组织的表征和力学性能的测量。实验结果表明,随着Si_3N_4层厚度的增加,样品的结晶度和力学性能均先增加后减小,XRD图谱中出现面心立方相结构。在Si_3N_4层厚度为0.5 nm时,(111)衍射峰强度达到最大值。说明薄膜结晶度最强,薄膜的硬度和弹性模量也达到最高值,分别为30.6,298 GPa。通过对样品的横截面的形貌观察,发现当Si_3N_4层厚度为0.5 nm时,多层膜的多层结构生长良好。在(AlCrTiZrNb)N层的模板作用下,Si_3N_4层从非晶态转变为面心立方结构,与(AlCrTiZrNb)N层之间形成共格外延生长结构,(AlCrTiZrNb)N/Si_3N_4纳米多层膜的强化可归因于两调制层之间形成的共格界面。     

多弧离子镀Zr/ZrN多层膜的力学性能研究

采用多弧离子镀膜法制备了Zr N单层膜和不同调制比的Zr/Zr N多层膜,研究了调制比对多层膜力学性能的影响。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和微米压痕仪分别测试了薄膜的物相结构、表面形貌、硬度和结合力。结果表明：多层膜中Zr N有较高的结晶度,膜层表面形貌平整,组织结构致密,分布有球状Zr颗粒;Zr/Zr N多层膜的硬度高于单层Zr N薄膜,并随着调制比的增加先增大后减小,调制比为1∶1时,Zr/Zr N多层膜的硬度达到1541.58Hv,结合力为51.61N。