PCVD制备Ti1-xAlxN硬质薄膜的结构与硬度

用直流等离子体增强化学气相沉积(PCVD)方法获得了Ti1-xAlxN硬质薄膜;考察了Al含量x及高温退火对薄膜微观结构转变过程及其硬度的影响.结果表明,制备的Ti1-xAlxN薄膜由3-10 nm晶粒组成.随Al含量x增加,薄膜硬度升高,x超过0.83时,硬度开始急剧下降;结构分析证实x小于0.83,Ti1-xAlxN薄膜是固溶强化;x=0.83,薄膜中出现六方氮化铝相(h-AlN).热稳定性实验表明,Ti1-xAlxN薄膜的纳米结构和硬度在N2环境下可以维持到900℃.     

脉冲直流PCVD制备Ti（C，N）薄膜及其组织结构分析

用工业型脉冲直流等离子体化学气相沉积(PCVD)设备,针对不同混合气体CH4所占比例,在H13模具钢表面沉积了Ti(C,N)薄膜。用SEM观察薄膜断口形貌,用XRD及XPS分析薄膜相组成和价态。结果表明：一定量碳元素的加入,抑制了TiN薄膜中柱状晶的生长,并且阻止了TiN晶粒的长大。Ti(C,N)的相结构可能为TiN和TiC两相混合,但在C(或N)含量较低的膜层中,c(或N)原子也会以置换的方式存在于TiN(或TiC)单相组织中。     

Ti（C，N）薄膜的复合硬度与本征硬度的研究

本文对不同性质的膜─基体系通过确定Ｃ的具体取值对Ｊｏｅｎｓｓｏｎ－Ｈｏｇｍａｒｋ模型予以修正，研究厂等离子体增强化学气相沉积Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）薄膜的硬度及其随成分组织的变化。Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）薄膜具有较小的晶粒尺寸和较高的残余压应力，其硬度远高于一般的整体材料，在确定的。工艺条件下，其值上要取决于膜的含碳量，大体成线性增加关系。     

A1含量对（Ti，A1）N薄膜抗氧化性能的影响

研究了Ａ１含量对（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ薄膜高温抗氧化性能的影响，并与ＴｉＮ薄膜进行了对比试验．试验结果表明：（Ｔｉ，ＡＩ）Ｎ薄膜的抗氧化性能明显优于ＴｉＮ薄膜；随着薄膜中Ａ１含量的增加，薄膜的抗氧化能力得到改善，特别是当氧化温度≥８００℃后效果更为显著．这是因为（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ薄膜在高温下氧化时，在薄膜表面形成的是稳定致密的Ａ１２Ｏ３的缘故．     

脉冲直流PCVD制备新型Ti-Si-C-N纳米复合超硬薄膜

用工业型脉冲直流等离子体化学气相沉积（PCVD）设备，在高速钢（W18Cr4V）基材表面沉积新型四元Ti-Si-C-N复合超硬薄膜。结果表明：Ti-Si-C-N薄膜是由面心立方结构的TiN和TiC纳米晶、Ti（C，N）固溶体及存在于晶界的非晶Si3N4和α-C组成，形成TiN／TiC／Ti（C，N）／α-C／α-Si3N,复相结构，这种复相结构存在着[111]，[220]和[200]混合择优取向。SiCl4和CH4流量变化是影响薄膜相组成和硬度变化的主要工艺参数。随Si含量的增加，薄膜的显微硬度先升后降，表面形貌由致密的细颗粒状变为粗大的枝条状；C元素的加入能抑制柱状晶的形成，对硬度影响较小。     

硬质多元氮化物薄膜研究进展

综述了硬质多元氮化物薄膜的研究进展,主要是从硬质薄膜的发展历程上,介绍了每一代薄膜的产生及其特点。同时介绍了硬质多元氮化物薄膜的结构及其性能特点。着重从如何提高薄膜硬度和韧性方面进行了详细介绍,对几种硬化机制进行了论述,包括晶粒细化、晶界强化、固溶强化及离子轰击/应力硬化。同时还介绍了提高薄膜韧性的方法,包括引入一个韧性相(包括金属相)、利用相变韧化、引入压应力韧化、优化涂层结构等。同时还指出,硬度和韧性都是硬质薄膜获得实际应用的重要指标。单纯追求高硬度或高韧性是不可取的,因为硬质薄膜一般脆性较大,而韧性好的薄膜却缺乏足够的硬度。从工程应用的角度来说,既要得到较高的硬度,而且韧性不能损失太多。最后指出,今后的发展方向要将硬化和韧性的研究集中在纳米尺度上,即如何在纳米尺度上进一步理解薄膜的变形。     

直流PCVDTi（CxN1—X）硬质膜及其应用

对不同成分的PCVD－Ti（CXN1－X）膜的组织结构及性能进行了研究。结果表明，Ti（CN）膜的高硬度、高致密组织和膜表面因吸附氧而形成的与TiN不同的表面结构是Ti（CN）膜性能优于TiN膜的重要因素。在冷挤压模上应用结果也表明，用PCVD法制备的Ti（CN）膜和TiC膜的使用效果要比TiN膜好得多。     

PCVD制备新型Ti-Si-C-N纳米复合超硬薄膜及其微观结构表征

用脉冲直流等离子体增强化学气相沉积（PCVD）方法,在高速钢试样表面沉积出一种新型Ti-Si-C-N薄膜材料.研究了不同SiCl4流量对薄膜成分、微观组织形貌以及薄膜晶体结构的影响.X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）分析结果表明：Ti-Si-C-N薄膜是由Ti（C,N）/a-C/a-Si3N4组成的纳米复合结构,薄膜的晶粒尺寸在2-25 nm范围内;当Ti-Si-C-N薄膜中N含量很少时,Ti（C,N）结构转变为TiC,薄膜的表面形貌由颗粒状转变为粗条状.     

确保硬质阳极氧化硬度与厚度的探讨

硬质阳极氧化能使铝及铝合金获得耐蚀,耐磨、绝缘性好,硬度高的涂层、对航空航天产品具有使用价值,但其厚度与硬度不易保证,本文着重探讨这个问题。     

Ti-Si-N纳米复合超硬薄膜的高温热稳定性

用脉冲直流等离子体增强化学气相沉积（PCVD）方法在高速钢（HSS）基体上制备了Ti—Si-N薄膜，重点从不同温度退火后薄膜相结构、晶粒尺寸和显微硬度的变化等方面，探讨了不同Si含量的Ti-Si-N薄膜的高温热稳定性。结果表明：Ti-Si-N薄膜在900℃以内退火处理后，晶粒尺寸和显微硬度并无明显突变，尤其是Si含量较低时，在800℃，晶粒尺寸和显微硬度几乎没有变化，表明Ti-Si-N薄膜具有非常良好的高温热稳定性，这可能与薄膜相形成在高温下仍为调幅分解有关。     

掺杂Ti对Fe－N薄膜结构与磁性的影响

用对向靶溅射仪制备出含多量Ｆｅ（１６）Ｎ２相的（Ｆｅ，Ｔｉ）－Ｎ薄膜，研究了掺杂Ｔｉ对Ｆｅ－Ｎ薄膜结构与磁性的影响，在溅射Ｆｅ－Ｎ薄膜时加入适量的Ｔｉ可提高Ｆｅ－Ｎ薄膜中Ｆｅ（１６）Ｎ２相的含量．Ｔｉ含量（原子分数）在０—２５％时薄膜饱和磁化强度均高于纯Ｆｅ的值；Ｔｉ浓度为１０％时，薄膜磁化强度高达２．６８Ｔ，比纯Ｆｅ的饱和磁化强度值高２０％．     

脉冲偏压电弧离子镀Ti/TiN纳米多层薄膜的结构与硬度

采用脉冲偏压电弧离子镀设备在高速钢基体上沉积Ti／TiN纳米多层硬质薄膜,通过仅改变偏压幅值的方法进行对比实验。XRD分析和薄膜断截面SEM形貌显示出薄膜的纳米多层组织结构;硬度测试表明纳米多层薄膜硬度随脉冲偏压升高而升高。在-900V时超过同等条件制备的TiN单层薄膜,硬度高达34．1GPa;分析表明硬度的提高主要与脉冲偏压工艺对薄膜组织的改善有关;用脉冲偏压电弧离子镀可以制备纳米多层硬质薄膜,并且在工艺控制上相对简单。     

直流磁控溅射制备Zr-B-O薄膜及其热稳定性

利用直流磁控溅射技术在Si(100)基底上制备了不同偏压的Zr-B-O和Cu/Zr-B-O薄膜体系,采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)等对薄膜样品的微观组织形貌和热稳定性进行表征分析.结果 表明:不同偏压得到的Zr-B-O薄膜均为非晶结构,薄膜表面平整,膜厚均匀,膜基结合良好,薄膜方阻随偏压增加而减小;当退火温度低于750℃时,Cu膜表面完整连续,方阻较小,750℃退火后,由于Cu膜严重聚集并出现孔洞导致薄膜不连续而使电阻增加,但未发生Cu与Si的扩散,说明非晶Zr-B-O薄膜仍可以有效阻挡扩散.     

非平衡磁控溅射掺Ti类金刚石薄膜的结构分析

采用非平衡磁控溅射沉积技术在SCM415渗碳淬火钢基片上沉积了无氢Ti掺杂类金刚石(Ti-DLC)薄膜和无氢高纯类金刚石(DLC)薄膜,通过调节Ti靶的溅射功率使获得的Ti-DLC薄膜Ti含量(原子分数)为1.9%-34%.利用Raman分光光谱仪、XPS,XRD、显微硬度计及纳米划痕仪分析研究了Ti-DLC的组织结构、显微硬度及薄膜附着力.结果表明,利用非平衡磁控溅射得到的Ti-DLC薄膜,在Ti含量小于25%时,Ti-DLC薄膜仍具有类金刚石薄膜的sp2,sp3结构,但Ti的掺杂促进了sp3键向sp2键的转变.掺杂的Ti以TiC纳米晶的形式存在于非晶态的DLC中.掺杂Ti后薄膜的硬度明显降低,而薄膜附着力明显改善;但是当Ti含量超过3%后,薄膜附着力无明显变化,硬度逐渐回升.     

氮化钛铝薄膜的制备及其摩擦学性能的研究

用多弧离子镀方法在高速钢的基体上沉积了不同钛铝比例的氮化钛铝薄膜，研究了不同铝含量对薄膜性能的影响，采SEM、XRD、AES、表面形貌仪、显微硬度计、划痕仪对薄膜的微观结构和力学性能进行了全面测试，用球盘试验机测试了薄膜的摩擦因数，在此基础上讨论了铝在薄膜中的作用。结果表明Al的引入使膜层的硬度明显提高。所有的(Ti，Al)N试样皆由面心立方晶格(fcc)的(Ti0．5Al0．5)N相组成。随着Al含量增加，GCr15与(TiAl)N膜层之间的摩擦因数下降，减摩性能提高，耐磨性能增强。(TiA1)N涂层可以显著提高硬质合金刀具的使用寿命。     

不同氮含量BCN薄膜的微观结构与摩擦学行为

用电弧增强反应磁控溅射方法(AEMS)在高速钢(W18Cr4V)基体上制备出具有耐磨减摩性能的BCN薄膜。用X射线衍射仪(XRD)、高分辨透射电镜(HRTEM)和X射线光电子能谱(XPS)研究了氮含量对薄膜微观结构的影响;用显微硬度计和销盘式摩擦磨损仪研究了薄膜硬度和摩擦学行为。结果表明:用AEMS方法制备的BCN薄膜为非晶结构,薄膜中的B-N键的含量随氮含量增加而增加;薄膜中氮含量的增加使薄膜的硬度和摩擦系数升高,磨损率降低。     

纳米晶软磁薄膜Fe-Ti-N的结构、磁学性能和热稳定性研究

在高溅射功率900W下用RF磁控溅射方法制备了厚为630－780nm的e-Ti-N薄膜。结果表明：当膜成分（原子分数，％，下同）在Fe-3.9Ti-8.8N和Fe-3.3Ti-13.5N范围内，薄膜由α′和Ti2N沉淀组成，磁化强度4πMs超过纯铁，最高可达2.38T；而矫顽力Hc下降为89A／m，可以满足针对1.55Gb/cm^2高存储密度的GMR／感应式复合读写磁头中写入磁头的需要，N原子进入α-Fe使α′具有高饱和磁化强度；Ti的加入，阻止α′→α γ′的分解，稳定了强铁磁性相α′，是Fe-Ti-N具有高饱和磁化强度的原因。由于由晶粒度引起的对Hc的影响程度Hc^D与晶粒度D有以下关系：Hc^D∝D^6，晶粒度控制非常重要。N原子进入α-Fe点阵的八面体间隙，引起极大的畸变，使晶粒碎化。提高溅射功率也使晶粒度下降。两者共同作用，能使晶粒度下降到约14nm，使Hc下降。晶界是择优沉淀地点，在α′晶界上沉淀Ti2N能起钉扎作用，阻止晶界迁移，使纳米晶α′不能长大。薄膜的结构和Hc的稳定温度不低于520℃。     

硅元素对TiN薄膜性能的影响

在TiN中加人不固溶于TiN晶格的Si元素，提高薄膜的硬度、韧性和弹性回复，从而增加了刀模具的使用寿命。     

脉冲持续时间对Ti纳米晶薄膜结构及性能的影响

采用大功率脉冲离子镀技术,通过调控单脉冲持续时间的方式,对所制备的纯金属细晶粒Ti薄膜的微观结构以及相关力学性能进行了对比研究。结果表明:在较小平均电流条件下,通过调控单脉冲持续时间T_(on)(占空比)可以获得较大峰值电流,并对薄膜的微观结构产生显著影响。薄膜的表面生长形貌表现为随着单脉冲持续时间的延长,颗粒间逐渐出现明显的孔隙,圆球状团聚生长的尺寸明显增大。截面生长形貌表现为随着脉冲持续时间的延长,发生由柱状形貌向树枝状形貌过渡,并产生大量的孔隙与缺陷,薄膜致密度明显下降。力学性能表现为随着脉冲持续时间的延长,薄膜的硬度与模量都呈现出先增大后大幅降低的变化趋势,且当单脉冲持续时间为4ms左右时,薄膜的硬度与模量存在最大值。     

几种薄膜涂层硬度测试方法的比较

对薄膜涂层而言,硬度是定量分析其质量的基本指标.硬度的测试方法很多,所用测试方法不同,导致测试结果迥异.系统介绍了表面薄膜涂层硬度的几种测试方法,并对各方法的特点和适用范围进行了对比和评定.经对比可知:测试涂层的本征硬度,采用精确绘Meyer图,由公式法求得涂层本征硬度是最便捷、最准确、最科学的方法之一.