三靶共溅射纳米复合Cr-Al-Si-N涂层的 制备及摩擦学性能研究

目的 利用高功率脉冲磁控溅射技术离化率高、溅射离子能量高等优点,在Cr-Al-N涂层中添加Si元素研制a-Si3N4包裹nc-(Cr,Al)N的纳米复合涂层,通过改变反应沉积时的N2/Ar比来调控涂层成分与结构,实现纳米复合Cr-Al-Si-N涂层性能优化。方法 采用高功率脉冲与脉冲直流复合磁控溅射技术制备Cr-Al-Si-N涂层。利用扫描电镜、X射线衍射仪、能谱仪、应力仪、纳米压痕仪、划痕测试仪和摩擦试验机,研究N2/Ar比对涂层成分、结构、力学性能以及摩擦学行为的影响。结果 涂层主要由面心立方结构的CrN与AlN相组成,且沿(200)晶面择优生长。当N2/Ar流量比为3∶1时,涂层与基体结合最好,临界载荷约为36.5 N;摩擦系数和内应力较低,分别为0.5和-0.48 GPa。当N2/Ar流量比为4∶1时,H/E值和H3/E*2值升至最高,分别为0.11和0.24 GPa,磨损率最低,约为1.9×10-4 μm3/(N?μm)。结论 当N2/Ar流量比为4∶1时,三靶共溅射制备的Cr-Al-Si-N涂层硬度较高,耐磨性能最好。     

真空退火温度对AlCrSiN/Mo自润滑涂层结构与性能的影响

采用高功率脉冲磁控溅射与脉冲直流磁控溅射复合镀膜技术制备AlCrSiN/Mo自润滑涂层,通过真空退火处理改善其结构和性能。利用扫描电镜、X射线衍射仪、电子探针分析仪、纳米压痕仪、划痕测试仪及摩擦磨损试验机,系统研究真空退火温度对涂层组织结构、力学性能及耐磨性能的影响。结果表明:所有AlCrSiN/Mo涂层均是a-Si3N4非晶相包裹nc-(Al,Cr,Mo)N的纳米复合结构。经真空退火后,涂层表面颗粒尺寸明显增大,对应纳米硬度与临界载荷均出现下降,而耐磨和减摩性能得到显著改善。当退火温度为700℃时,涂层的综合性能最佳,纳米硬度为18.3GPa、摩擦因数为0.51、磨损率为3.4×10^-4μm^3·(N·μm)^-1,此时特征值H/E和H3/E*2亦最高。     

Ti-B-N纳米复合涂层的设计、制备及性能

利用脉冲直流磁控溅射技术研制Ti-B-N涂层,通过降低反应气体N₂流量,减少涂层中a-BN (a代表非晶)软质相的含量,增大TiB₂靶溅射功率,提高硬质相TiB₂的含量,形成nc-(Ti₂N, TiB₂)/a-BN (nc代表纳米晶)纳米复合结构,实现涂层增韧和强化。系统研究了TiB₂靶溅射功率对Ti-B-N涂层成分、微观结构和性能的影响,利用EDS、HRTEM、SEM、XRD、纳米压痕仪和划痕测试仪对涂层进行表征和测试,利用球-盘式摩擦磨损试验机测试涂层摩擦学性能。结果表明,随着TiB₂靶溅射功率增加,Ti-B-N涂层结构逐渐由nc-Ti₂N/a-BN演变成hcp-TiB₂/a-BN;Ti-B-N涂层的纳米硬度也逐渐增加,当TiB₂靶溅射功率为2.4 kW时,涂层硬度最高,约为33.8 GPa;此时Ti-B-N涂层的摩擦系数和磨损率也最低,分别为0.55和2.1×10...     

高功率脉冲和脉冲直流磁控共溅射CrAlN薄膜的研究

目的通过掺杂适量Al元素来固溶强化Cr N薄膜,从而提高薄膜的抗氧化性能和热稳定性。方法采用高功率脉冲磁控溅射和脉冲直流磁控溅射复合镀膜技术制备了Cr Al N薄膜,利用XRD、纳米压痕仪、应力仪、摩擦磨损试验机系统地研究了不同基体偏压对CrAlN涂层结构和力学性能的影响。结果所有CrAlN涂层均以fcc-(Cr,Al)N相为主,且随着基体偏压的增加,沿(111)晶面生长的衍射峰逐渐减弱,并向小角度偏移;薄膜压应力显著增加,最大值为-2.68GPa;薄膜硬度先上升后下降,在基体偏压为-30V时,硬度达到最大值22.3 GPa;H/E值和H~3/E~(*2)值随着基体偏压的增加,近似线性增大,当偏压为-120 V时,均达最大值0.11、0.21 GPa,同时摩擦系数和磨损率逐渐减小。结论当基体偏压为-120 V时,CrAlN薄膜具有最佳的耐磨性能,H/E和H~3/E~(*2)在一定程度上可评价涂层的耐磨性。     

氧气流量比对脉冲磁控溅射Zr-B-O-N涂层性能的影响

利用“预氧化”机制提升Zr-B-N涂层的耐热能力,通过在Zr-B-N涂层中掺杂氧元素来提高其耐热和抗氧化能力。利用脉冲磁控溅射技术制备一系列具有不同O含量的Zr-B-O-N涂层,研究反应溅射时氧气流量对涂层微观结构和机械性能的影响。借助扫描电子显微镜(SEM)和高分辨透射电镜(TEM)观察涂层的微观结构,X射线衍射技术(XRD)识别涂层的物相组成,采用纳米压痕技术测试涂层硬度,摩擦磨损试验机测试涂层摩擦系数。结果表明:工艺优化后的Zr-B-O-N涂层具有典型的纳米复合结构,即a-(BN,B₂O₃)/nc-(ZrO₂,Zr₃N₄);随着氧气流量比增加,涂层沉积速率由45.86降至22.2 nm/min;而硬度近似线性降至最低值10.37 GPa,当氧气流量比为10%时,硬度再次上升至较高值15.84 GPa,主要与涂层中非晶组织相增多及晶体结构的演变有关;摩擦系数与氧气流量比近似呈现反比例函数,最小值约为0.7。