RF-PCVD低温沉积无色透明类金刚石保护膜的工艺研究

采用磁约束增强射频辉光放电等离子体辅助化学气相沉积法(RF-PCVD)低温沉积出无色透明的类金刚石保护膜(DLC),主要研究了炉压P0、射频功率Pf、自生负偏压Uz、磁感应强度B、电极间距d、反应气体、镀膜时间t等工艺参数对成膜的影响.试验结果表明,外加磁场B制约了带电粒子逃逸出电极空间,提高了反应气体的离化率及等离子体浓度和活性,并使非独立变量Pf和Uz成为独立变量,有利于工艺调节.当极间距大时,需适当提高Pf,Uz和C-H流量才可得到无色、较硬的DLC膜.在比功率密度大于0.009 W·cm-2·Pa-1、C-H浓度即体积分数0.9%～1.4%及膜厚小于90nm的条件下,可沉积出无色透明、硬度较高的DLC膜.     

电弧离子镀NiCrAlYSi涂层抗高温氧化行为

采用电弧离子镀技术,在镍基高温合金DZ22B表面沉积一层NiCrAlYSi抗高温氧化涂层。利用SEM、XRD、EDS和电子探针等,分析了涂层的微观形貌、组织结构、物相和元素分布规律。研究了涂层和基体在1050℃的静态空气环境中恒温氧化200 h的氧化动力学规律和抗氧化性能。结果表明:沉积态涂层致密均匀,无孔洞等明显缺陷。经热处理后,涂层发生了β-NiAl向γ'-Ni_3Al的转变,主要物相为γ'-Ni_3Al/γ-Ni、β-NiAl和α-Cr相。恒温氧化200 h后,与基体相比,平均氧化速度由0.096 7g/(m~2·h)降到0.0340g/(m~2·h),显著提高了基体的抗高温氧化性能。氧化初期,涂层表面形成了一层均匀致密的α-Al_2O_3保护层,阻止氧向涂层内部扩散,从而大大提高了抗氧化性能。氧化过程中,涂层与基体的界面处发生了元素互扩散现象;主要为Cr元素从涂层向基体的内扩散和Co、W和Y元素从基体向涂层的外扩散。     

TiN/AlN纳米多层膜的调制周期及力学性能研究

采用一种新型的离子束辅助非平衡反应磁控溅射设备制备了TiN/AlN纳米多层复合膜.采用XRD衍射、TEM、显微硬度计和干涉显微镜对TiN/AlN纳米多层膜的微结构和力学性能进行了表征.结果表明TiN/AlN多层膜有良好的周期;调制结构影响薄膜的择优取向,薄膜整体表现出硬度增强的效果,硬度随调制周期的变化而变化并在调制周期为7.5 nm时达到最大值.     

TiC/DLC多层膜的制备及组织形态

本文采用非平衡磁控溅射沉积技术,以甲烷气体为碳源,99.99%Ti为靶材制备了TiC/DLC多层膜。利用X射线衍射仪、电子显微镜、俄歇电子能谱仪和拉曼光谱仪等对TiC/DLC多层膜的组织、结构、形态及成分进行了分析。结果表明:Ti与C结合生成TiC晶相,过渡层中TiC相呈柱状晶生长,多层膜中的TiC分层以岛状模式生长,DLC分层以层状模式生长,TiC/DLC膜层中含有金刚石成分。TiC/DLC的多层结构受沉积参数的影响,当分层的沉积时间少于1 min时,很难获得清晰的层状结构薄膜,膜中Ti的含量随Ti靶电流的增加而增加;过渡层的引入,提高了膜与基体的结合力,并且过渡层的厚度增加,TiC/DLC膜层同基体之间的结合力增强。     

钛合金表面Ti-TiN-Zr-ZrN多层膜制备及性能

采用多靶位真空阴极电弧沉积技术,在TC11钛合金表面制备24周期的Ti-TiN-Zr-ZrN软硬交替多元多层膜。用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、结合力划痕仪、球-盘摩擦磨损试验仪、砂粒冲刷试验仪和3D表面形貌仪,研究多层膜的表面及截面形貌、相结构、厚度、硬度、膜/基结合力、摩擦磨损性能和抗砂粒冲蚀性能。结果表明:所制备TiTiN-Zr-ZrN多层膜厚度约为5.8μm,维氏显微硬度为28.10GPa,膜基结合力为56N;TC11钛合金表面镀多层膜后耐磨性提高了一个数量级,体积磨损率由7.06×10~(-13) m~3·N~(-1)·m~(-1)降低到3.03×10~(-14) m~3·N~(-1)·m~(-1);多层膜软硬层交替的结构,受砂粒冲蚀时裂纹扩展至金属软层时应力的缓冲而出现偏转,对TC11钛合金有良好的抗砂粒冲蚀保护作用。     

基体偏压对高功率脉冲磁控溅射AlCrN涂层结构及其性能的影响

为了获得性能更加优异的刀具涂层,采用高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS)在Ar/N_2混合气氛下制备了AlCrN涂层,研究了不同基体偏压对于涂层的结构和力学性能的影响.XRD图谱表明:AlCrN涂层中存在立方CrN(200),CrN(220)和六方AlN(110)的衍射峰,其中CrN(220)的衍射峰在偏压大于等于-60 V时才会出现,六方AlN(110)的衍射峰在偏压大于等于-100 V时才会出现;Al元素加入会使所有CrN的衍射峰都向更低的角度偏移.随着基体偏压的升高,涂层表面的大颗粒数量和尺寸都呈现逐渐减小趋势.AlCrN涂层的硬度及弹性模量随着偏压的上升先增加后减小,在偏压为-150 V时均达最大值32.5±2.0 GPa和490±111.0 GPa.随着基体偏压增加,涂层的临界载荷先上升后减小,在偏压为-100 V时有最大值约40 N.     

离子源对中频反应磁控溅射AlN薄膜结构和性能的影响

采用离子源辅助中频反应磁控溅射技术在单晶硅及硬质合金基体上沉积AlN薄膜,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计、薄膜结合强度划痕试验仪等对薄膜结构及性能进行表征,着重研究了离子源对中频反应磁控溅射AlN薄膜结构和性能的影响.结果表明:离子源的辅助沉积有利于AlN相的合成,当离子源功率大于0.7 kW时,AlN沿(100)晶面择优取向明显,当离子源功率为1.3 kW时,所沉积膜层有向非晶化转变的趋势.同时,随着离子源功率的增加,所沉积的AlN薄膜致密度和膜、基结合力均显著提高,而膜层沉积速率和硬度则呈先上升后降低的规律.     

硬质薄膜的研制及其在模具上的应用

材料的磨损、腐蚀及其它环境损伤是机械工业面临的基本问题之一,近年来,由离子参与和等离子体增强的各种气相沉积技术的应用为解决这一问题提供了有效的途径,许多技术已实现工业化生产。本文综述了各种硬质薄膜的发展状况、性能及应用情况,并总结了广州有色金属研究院在这方面的研究开发工作。     

掺杂元素对TiAlN涂层结构及性能的影响

TiAlN涂层具有良好的化学稳定性、高的热硬性、良好的抗氧化性、高的膜/基结合力以及优异的耐磨性,是目前应用范围最广的工具表面硬质涂层之一,适合各种干切削场合并逐步替代Ti N涂层。随着高速切削的快速发展,TiAlN涂层逐渐难以满足现代刀具高速切削的要求,针对TiAlN基多元涂层的研究在近几年得到了国内外广泛的关注,通过掺杂微量元素对TiAlN涂层结构及性能进行优化是提升TiAlN涂层综合性能的有效方法。本文重点讨论Si、Cr、Y、V和B等元素对TiAlN涂层结构和性能的影响,为TiAlN硬质涂层进一步开发应用提供一定的依据。     

电弧离子镀NiAlHf涂层的抗高温氧化性能

目的通过电弧离子镀技术,获得抗氧化性能优良的NiAl涂层。方法采用电弧离子镀技术,在弧流为110 A,偏压为-50 V的参数下沉积NiAlHf涂层。通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对涂层的物相结构和形貌进行分析,通过能谱仪(EDS)分析涂层的成分。采用恒温氧化增重实验对涂层的氧化动力学进行分析。结果由电弧离子镀技术制备的NiAl涂层致密均匀,无大颗粒、孔洞等缺陷。涂层主要由β-NiAl相组成,活性元素Hf固溶在主相中。NiAlHf涂层表现出良好的抗高温氧化性能,动力学曲线符合抛物线规律,在1150℃下恒温氧化200h的平均氧化速率为0.0841g/(m^2×h),远优于传统MCrAlY涂层体系。NiAlHf涂层在氧化初期形成保护性的α-Al2O3氧化皮以及少量亚稳态的θ-Al2O3,随后θ-Al2O3逐渐转变为稳态的α-Al2O3。Hf在涂层表面富集从而形成HfO2,对氧化皮形成了钉扎作用,增强了氧化皮的粘附性,提高了涂层的抗氧化性能。随着氧化的进行,涂层中的β-NiAl相逐渐转变为γ'-Ni3Al相。结论 NiAlHf涂层在1150℃下仍具备优良的抗高温氧化性能,对下一代耐更高温度涂层开发,电弧离子镀NiAl涂层的技术推广及工业化应用有一定的指导作用。