溅射工艺参数对TiAlSiN涂层硬度及膜基结合力的影响

近年来超硬涂层的出现,为高速切削、干式切削的高质量刀具的发展,提供了契机。本文开展了磁控溅射法制备TiAlSiN涂层的工艺研究,在不同工艺下,获得了厚度2.0~4.0μm的TiAlSiN涂层,运用纳米压入硬度测试仪、划痕仪和洛氏硬度计等对涂层性能进行表征,研究了制备工艺参数对涂层硬度、膜基结合力的影响规律。结果表明:随着氮氩比、沉积温度和基体负偏压的增大,纳米硬度和弹性模量都是先升高后降低。靶基距为8 cm、温度为100℃、氮氩比为1/3、靶电流为1.5 A、基体负偏压为-100 V时涂层的平均纳米硬度超过40 GPa,达到了超硬水平;涂层与高速钢基体的膜基结合力随着靶基距的加大而降低,随着磁控电流的增大而增大;在沉积温度和基体负偏压由低到高变化时,涂层结合力变化趋势一致,都是先升高后降低。     

4Cr13不锈钢表面镀TiN薄膜组织结构及性能的研究

采用多弧离子镀技术在4Cr13不锈钢上沉积TiN薄膜,在其他参数不变的条件下,研究不同弧电流下薄膜的组织、结构及性能。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计、划痕仪和往复式摩擦磨损仪分别对薄膜进行表面形貌观察,物相分析,以及表面硬度、结合力、耐磨性检测。实验结果表明:弧电流对薄膜的表面形貌有明显的影响,随着弧电流的增大,薄膜表面的液滴数目和尺寸逐步增大;薄膜的相结构主要由TiN相组成,在(111)面有较强的择优取向,且随着弧电流的增大,衍射峰强度略有增加;随着弧电流的增大,薄膜的硬度先增大后减小,硬度值最大为2897HV;随着弧电流的增大,薄膜的结合力先增大后减小,当弧电流为105A时,薄膜的结合力最大,为75N;随着弧电流的增大,薄膜的摩擦系数先减小后增大,当弧电流为105A时,薄膜的耐磨性最好。     

弧电流对多弧离子镀TiAlN涂层表面形貌和性能的影响

为优化TiAlN涂层的沉积参数,采用多弧离子镀技术在不同弧电流条件下于锆合金表面制备TiAlN涂层。利用扫描电子显微镜、能量色散X射线谱、高温热处理炉、划痕仪和X射线衍射仪分析弧电流对TiAlN涂层表面形貌、元素成分、高温抗氧化性、膜基结合力及物相结构的影响。结果表明:随着弧电流的升高,TiAlN涂层表面大颗粒数目逐渐增多,但涂层变得更加致密、孔隙率逐渐降低;弧电流为70 A时所制备的涂层高温抗氧化性能最好;膜基结合力随着弧电流的增加呈现出先增大后减小的趋势,弧电流为60 A时所制备的涂层膜基结合力最大,为32 N;弧电流为50 A时,涂层中物相Ti3AlN在(111)晶面、物相AlN在(100)晶面表现出择优取向。     

高功率脉冲磁控放电等离子体注入与沉积CrN薄膜研究

采用高功率脉冲磁控放电等离子体离子注入与沉积的方法在不锈钢基体上制备了高膜基结合力的CrN硬质薄膜,并研究了不同的Ar/N流量比对薄膜形貌、结构及性能的影响.采用扫描电子显微镜、X射线衍射对其表面形貌和结构进行分析,发现制备的薄膜表面光滑、致密,相结构单一,主要是CrN(200)相.对薄膜的结合力、硬度、弹性模量、耐磨...     

ADC12铝合金表面氮化铝(AlN)涂层的制备及其耐磨性能研究

为了提高ADC12铝合金材料的耐磨性能，利用多功能离子渗氮炉在ADC12铝合金表面进行离子渗氮，制备氮化铝(AlN)涂层。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜对表面AlN涂层的相结构与微观形貌进行表征；利用WS-2005涂层附着力自动划痕仪、WTM-2E可控气氛微型摩擦磨损试验仪和3D光学显微镜研究AlN涂层与基体的膜基结合力、摩擦系数、比磨损率和摩擦磨损机理。结果显示：表面AlN涂层的相结构为面心立方，没有发现有Al₂O₃衍射峰存在。随着渗氮时间的延长和渗氮温度的升高，表面AlN涂层的厚度逐渐增大，膜基结合力先增大再减小，在510℃、4 h时膜基结合力最大，为56.60 N。相对于基体来说，AlN涂层样品在负载1 N、进行摩擦磨损试验10 min后，摩擦系数变小，比磨损率降低，表面AlN涂层厚度越厚，减缓磨损效果越明显。ADC12铝合金表面离子渗氮所得氮化铝(AlN)涂层具有优异的耐磨损性能。     

磁控溅射电流对刀具表面Al/Cr-DLC膜组织和力学性能的影响

为获得膜基结合力更高的刀具,选择Al/Cr金属作为过渡层,分析了不同溅射电流下Al/Cr-DLC膜的组织和力学性能,膜厚都在1.50～ 1.70 μm左右.结果 显示:随着溅射电流增加,过渡层厚度变化不明显;增大溅射电流后,膜层中的Cr、Al比例也随之增加,过渡层可以促进元素更快扩散;各膜层拉曼光谱都在1000～2000 cm-1区间形成了非晶碳的非对称峰.随着溅射电流的增大,Cr、Al元素在膜中的含量也明显提高.增大溅射电流后,膜层中形成了更高比例的Al和Cr,而ID/Ic的比值先增大再减小,最大比值出现于3.0 A电流下.逐渐增大溅射电流的过程中,残余应力先减小再升高,最低残余应力出现于溅射电流为3.0 A下.当膜层中存在过渡层时,内应力发生了显著降低.当溅射电流由1.0A升高至3.0 A时,膜层的硬度和弹性模量都出现了降低.     

偏压对磁控溅射制备Ni掺杂TiB2基涂层结构及力学性能的影响

采用双靶非反应磁控溅射,通过改变基底偏压,制备了一系列Ni掺杂TiB2基的涂层.通过X射线能谱仪确定其成分,利用X射线衍射、扫描电镜对涂层的结构进行分析,并通过纳米压痕、维氏压痕、划痕以及摩擦磨损分别对涂层的硬度、模量、断裂韧性、膜基结合力和摩擦学性能进行了表征.结果表明:此工艺下制备的TiB2-Ni涂层中均存在六方相的TiB2结构,并且生长结构非常致密,无明显的柱状生长结构,表面粗糙度低;硬度均大于40 GPa;涂层均具有较好的断裂韧性;且随着偏压增大断裂韧性和结合力都有所提高;同时所制备涂层摩擦系数均在0.5～0.6,磨损率在同一数量级.     

N2流量对刀具硬质合金表面磁控溅射TiAlSiN涂层组织和摩擦性的影响北大核心CSCD

运用脉冲直流磁控溅射的方法在刀具硬质合金表面制备TiAlSiN复合涂层,实验测试N2流量对刀具硬质合金表面磁控溅射TiAlSiN涂层组织和摩擦性的影响。研究结果表明:TiAlSiN涂层出现TiSiN和AlN衍射峰。当N2浓度很高时,可以对晶粒生长起到阻碍作用,从而获得更加致密的组织结构。当设定较小N2流量时,涂层获得了最高硬度;当N2流量到达100 mL/min时,硬度提高到25.2 GPa,弹性模量保持稳定。随着N2流量的增加,涂层残余应力表现出增加,涂层结合力表现为先增大后减小。随着N2流量的增加,涂层摩擦系数表现出增加,磨损率表现出减小。在N2流量100 mL/min条件下,摩擦系数到达最大值0.55,磨损率到达最小值2.12。设定较低的N2流量,生成许多磨屑,形成犁沟;设定更高的N2流量,表现出更好的耐摩擦磨损性能。     

占空比对SiCp/Al基复合材料微弧氧化膜层组织及性能的影响

以NaAlO₂+NaOH为电解液体系，在恒压模式下对SiC体积分数为45%,粒径为5μm的SiCp/Al基复合材料表面进行微弧氧化处理，研究了占空比对SiCp/Al基复合材料微弧氧化膜层组织及性能的影响。用SEM分析微弧氧化膜层的形貌；用X射线衍射仪分析膜层的相组成；采用粗糙度仪、维氏硬度仪、划痕仪对膜层粗糙度、显微硬度及结合力进行了分析；用电化学工作站分析膜层的耐蚀性。结果表明：随着占空比的增大，微弧氧化膜层变得连续，厚度呈现增加趋势，粗糙度逐渐增加，孔隙率逐渐降低。占空比对微弧氧化膜层的物相有一定影响。SiCp/Al基复合材料微弧氧化膜层与基体的结合力随占空比的增加先增大后减小。不同占空比下制备的微弧氧化膜层均能提高SiCp/Al基复合材料的耐蚀性，占空比为70%时制备的微弧氧化膜层耐蚀性最好。     

N_2流量对刀具硬质合金表面磁控溅射TiAlSiN涂层组织和摩擦性的影响

运用脉冲直流磁控溅射的方法在刀具硬质合金表面制备TiAlSiN复合涂层,实验测试N_2流量对刀具硬质合金表面磁控溅射TiAlSiN涂层组织和摩擦性的影响。研究结果表明:TiAlSiN涂层出现TiSiN和AlN衍射峰。当N_2浓度很高时,可以对晶粒生长起到阻碍作用,从而获得更加致密的组织结构。当设定较小N_2流量时,涂层获得了最高硬度;当N_2流量到达100 mL/min时,硬度提高到25.2 GPa,弹性模量保持稳定。随着N_2流量的增加,涂层残余应力表现出增加,涂层结合力表现为先增大后减小。随着N_2流量的增加,涂层摩擦系数表现出增加,磨损率表现出减小。在N_2流量100 mL/min条件下,摩擦系数到达最大值0.55,磨损率到达最小值2.12。设定较低的N_2流量,生成许多磨屑,形成犁沟;设定更高的N_2流量,表现出更好的耐摩擦磨损性能。     

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。     

厚度对TiN薄膜力学性能的影响

采用电弧离子镀方法制备了不同厚度TiN薄膜,并对其硬度、结合力、残余应力、摩擦磨损特性等力学性能进行了系统性研究,以揭示硬质薄膜厚度对其力学性能的影响规律。结果表明,随着厚度增加,薄膜表面大颗粒增加,膜基界面剪切力增大,薄膜硬度逐渐增加,结合力逐渐下降,摩擦系数略有下降;而薄膜应力沿层深分布趋势基本一致,都呈钟罩形分布;磨损率随薄膜厚度变化不大,即薄膜越厚越耐磨。     

过渡层对TiAlSiN涂层性能的影响

研究不同的过渡层对TiAlSiN涂层结合力和高温抗氧化性的影响。利用划痕仪测定临界载荷,用体视显微镜观察划痕形貌;利用高温热处理炉对试样进行800℃高温抗氧化实验和1200℃淬火实验,并观察宏观形貌;利用X射线衍射仪对涂层进行物相分析。结果表明:基材进行氮化处理对涂层膜基结合力的提升和高温抗氧化性能的提高有一定的加强作用,Cr过渡涂层对涂层膜基结合力和高温抗氧化性能的提高较大,其氧化速率远低于经过氮化处理的锆合金表面涂层的氧化速率,膜基结合力大约33N;通过物相分析,涂层均生成了对应的物相,当氮化剂量达到一定值后,会生成硬度较高的Zr N物相。     

摩擦条件对掺钨DLC膜摩擦磨损性能的影响

本研究利用SEM、AES、XRD、Raman谱仪、纳米压痕仪、划痕仪和球-盘磨损实验机对掺钨DLC膜的微观结构和摩擦学性能进行了研究,结果表明:掺钨DLC膜光滑致密,具有纳米晶碳化钨和非晶碳组成的复相结构;其硬度和弹性模量为19-23GPa和200-228GPa,膜/基结合力好;摩擦系数随着载荷的增加略有增加,转速对摩擦系数的影响较小;当载荷大于1.96N时,磨损率随着载荷增加急剧增大,磨损率随着转速的增加存在一个极小值;DLC膜的磨损主要是由基体塑性变形引起的梯度掺钨DLC膜内部不同亚层之间的剥离和DLC膜的断裂引起的。     

N_2流量对车用钢表面磁控溅射CrTiAlN涂层性能的影响

目前,关于N_2流量对磁控溅射CrTiAlN涂层性能影响的研究不多。在SDC99冷作模具钢表面以不同N_2流量条件磁控溅射CrTiAlN涂层,采用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度仪、显微镜和摩擦磨损试验分析涂层性能。结果表明:随着N_2流量的降低,涂层中Cr元素含量也随之下降,而N元素含量则逐渐增大,CrN(211)晶面的衍射峰缓慢增加,而CrN(200)衍射峰明显增加;CrTiAlN涂层硬度较基材提高约25%,随N_2流量降低,涂层的硬度逐渐增大;在60 m L/min的N_2流量下制备的CrTiAlN涂层和基体间结合力最佳,涂层对表面磨粒磨损情况起到最佳改善效果,此时磨痕的"犁沟"深度与宽度都减小,涂层耐磨性得到显著提高。     

氧化钕对2A12铝合金微弧氧化膜层性能的影响

在含有不同浓度氧化钕（Nd₂O₃）微粒的电解液中,利用微弧氧化技术在2A12铝合金表面制备膜层。研究不同浓度的Nd₂O₃微粒对微弧氧化膜层硬度、厚度以及膜基结合力的影响,为通过微弧氧化在2A12铝合金表面制备性能良好的膜层提供理论依据。采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）分析了膜层截面形貌和膜层的相组成,采用TT-230涡流测厚仪、HVS-1000数字维氏硬度仪和MFT-4000型多功能材料表面性能试验机分别对膜层厚度、硬度和膜基结合力进行测试。结果表明：膜层主要由α-Al₂O₃、γ-Al₂O₃和SiO₂相组成;随着Nd₂O₃微粒浓度的增加,膜层硬度、厚度和膜基结合力均呈现出先增加后减小的趋势,并且在Nd₂O₃微粒浓度为0.3 g/L时,膜层的显微硬度、厚度和膜...     

Ar/N2气体比例对ZrN/WN纳米多层膜的结构和性能的影响

选择Zr和W的氮化物作为个体层材料,利用FJL560CI2型超高真空射频磁控与离子束联合溅射系统制备ZrN,WN及一系列的ZrN/WN多层薄膜.通过X射线衍射仪,俄歇电子能谱和纳米力学测试系统分析了该体系合成中Ar/N2气体比例对多层膜结构与机械性能的影响.结果表明多层膜的纳米硬度值普遍高于两种个体材料混合相的硬度值;当流量比FArFN2=5时W2N的(111)峰加强并出现(200)峰,结晶出现多元化,多层膜体系的硬度、应力、弹性模量以及膜基结合性能均达到最佳效果.     

离子束流密度和基底温度对TiN纳米薄膜性能的影响

采用低能离子束辅助沉积技术在Si片上制备了TiN纳米薄膜.考察了离子束流密度和基底温度对薄膜性能的影响.研究表明:随着离子束流密度的增大,TiN薄膜的纳米硬度上升,膜基结合力变化不大,薄膜的耐磨性获得了很大改善;制膜时的基底温度升高,薄膜的硬度也会上升,但膜基结合力下降,摩擦系数增大,薄膜的耐磨性下降.     

靶电流密度对热丝增强等离子磁控溅射制备Cr_2N薄膜结构与性能的影响

采用等离子体增强平衡磁控溅射技术在316L奥氏体不锈钢基体表面制备了不同靶电流密度条件下的Cr_2N薄膜,并检测分析了靶电流密度对薄膜表面形貌、相结构、力学性能、膜基结合力和摩擦磨损性能的影响。结果表明,薄膜呈致密柱状结构,以Cr_2N(111)择优取向为主。当靶电流密度为0.132 mA/mm~2时,WN相与Cr_2N并存;随着靶电流密度的增加,薄膜厚度逐渐增加,硬度、弹性模量略有下降,膜基结合增强。薄膜与基体结合处呈脆性失效。靶电流密度0.132 mA/mm~2时,最高薄膜硬度及模量分别为33及480GPa,且磨损量最小。靶电流密度0.264mA/mm~2时,最大膜机结合力为36.6N。经过镀Cr_2N薄膜后,试样表面硬度、耐磨性明显提高。     

钝化处理对Co-Cr-Mo合金摩擦性能的影响

利用高温钝化处理方法,在Co-Cr-Mo合金表面得到钝化膜。标准摩擦试验考察了不同温度钝化试样在牛血清白蛋白溶液润滑下的摩擦学特性。表面轮廓仪、硬度测试仪、扫描电镜及X-射线衍射光谱仪分别表征了钝化膜的表面形貌、硬度及化学组成物质,并探讨了摩擦磨损机理。结果表明:钝化后试样表面均有尖晶石状Cr2O3晶体生长现象。钝化膜厚度及表面粗糙度、硬度均随钝化温度升高而增大。由于试样钝化后硬度增加,接触面间摩擦剪切力减小,从而引起摩擦系数值的降低。钝化试样表面耐磨性提高,其磨损形貌受到初始表面粗糙度及钝化膜与基材的结合力的综合影响。