负偏压在电弧离子镀沉积TiN／TiCN多层薄膜中的作用

用电弧离子镀方法在高速钢、不锈钢与铜基体上沉积合成Ti/TiCN多层薄膜,在其他参数不变的情况下只改变负偏压,着重考察不同负偏压下薄膜的沉积深度、膜基结合强度、显微硬度以及表面形貌等,研究基体负偏压在沉积多层薄膜中所起的作用。结果表明,负偏压影响沉积温度,负偏压值越大,温度越高;负偏压值增大,表面形貌中的大颗粒数量减少,薄膜质量得到改善;负偏压在－300V左右时,膜基结合强度与硬度出现对应最佳性能点的峰值。     

基体负偏压对TiAlN/TiN膜层组织成分及硬度的影响

采用多弧离子镀技术在40Cr基体上制备TiAlN/TiN复合膜层;利用金相显微镜、扫描电子显微镜和显微硬度仪研究基体负偏压对膜层硬度的影响.结果表明:基体负偏压对膜层性能有显著影响,过高或过低的基体偏压会使得膜层表面不平整,表面显微硬度降低.基体负偏压越高,膜层中Ti、Al原子的含量就越低.     

YG8离子镀TiAlN膜层的残余应力及工艺参数研究

采用多弧离子镀技术,在硬质合金刀具YG8基体上镀覆TiAlN膜层,研究最佳工艺参数、TiAlN膜层的残余应力,以及残余应力受沉积温度等因素的影响规律。结果表明,固定靶材电流为60 A,沉积时间为50 min时,最佳膜层性能的工艺参数为沉积温度100℃,氮气分压0.8 Pa,负偏压250 V。     

阴极电弧制备TiAlN薄膜工艺参数的正交分析研究

为深入理解不同工艺参数对阴极电弧制备TiAlN薄膜性质的影响重要性,文中设计了L9(34)正交试验表,研究了基体负偏压、N2流量、阴极弧流对TiAlN沉积速率、表面粗糙度的影响,给出了工艺参数优化组合。结果表明:负偏压对TiAlN薄膜的沉积速率影响最大,其次是N2流量、弧流;对表面粗糙度的影响次序则为N2流量、弧流、负偏压。薄膜沉积速率随N2流量的升高而增大,随负偏压增加先增加后降低,随弧流的增大变化不明显。薄膜表面粗糙度随N2流量的升高逐渐减小,随负偏压的增加而增加,随弧流的增大而增大。     

基底偏压对磁控溅射TiAlSiN涂层微观结构、力学性能及摩擦学性能的影响

采用直流非平衡磁控溅射方法在M42高速钢表面沉积Ti/TiN/TiAlSiN多层薄膜,研究基底偏压对TiAlSiN的晶体结构、微观组织、力学及摩擦学性能的影响。结果表明:基体负偏压从40 V增加到80 V,TiAlSiN由致密的粗大柱状晶向致密纤维状细晶过渡、晶粒宽度由180 nm减小至60 nm;当负偏压大于60 V时,TiAlSiN层由fcc TiN+fcc AlN双相结构转变为fcc TiAlN单相结构;涂层硬度和弹性模量随偏压增大呈现上升趋势,当负偏压为80 V时,涂层的硬度和弹性模量分别为34.1 GPa和378 GPa;涂层的摩擦学性能随偏压的增大而先增强后降低,当负偏压为40 V时,涂层磨损率为5.0×10~(-6)mm~3/Nm,当负偏压为50 V时,涂层则降低至5.0×10~(-6)mm~3/Nm,为最低值,随着负偏压增加到80 V时,磨损率较高,约9.0×10~(-6)mm~3/Nm。     

基体负偏压对四面体非晶碳膜结构和性能的影响

采用自主研制的45°单弯曲磁过滤阴极电弧沉积系统于Si基体表面制备了四面体非晶碳(ta-C)膜,研究了基体负偏压对薄膜沉积速率、成分、力学性能及摩擦学性能的影响规律。结果表明,随基体负偏压升高,ta-C膜sp3键含量呈先增后减的变化趋势,在-50V时达到最大值(约64%);其硬度和弹性模量呈相似的变化规律,在-50V偏压下获得最大值(48.22GPa和388.52GPa)。ta-C薄膜的摩擦学性能与其sp3碳杂化键的含量密切相关,在-50V偏压下制备的薄膜具有最小平均摩擦因数值(0.10)。可见,采用单弯曲磁过滤阴极弧电弧制备ta-C薄膜的力学和摩擦学特性主要受薄膜中sp3键含量的制约。     

基体负偏压对四面体非晶碳膜结构和性能的影响

采用自主研制的45°单弯曲磁过滤阴极电弧沉积系统于Si基体表面制备了四面体非晶碳(ta–C)膜,研究了基体负偏压对薄膜沉积速率、成分、力学性能及摩擦学性能的影响规律。结果表明,随基体负偏压升高,ta–C膜sp3键含量呈先增后减的变化趋势,在-50 V时达到最大值（约64%）;其硬度和弹性模量呈相似的变化规律,在-50 V偏压下获得最大值(48.22 GPa和388.52 GPa)。ta–C薄膜的摩擦学性能与其sp3碳杂化键的含量密切相关,在-50 V偏压下制备的薄膜具有最小平均摩擦系数值（0.10）。可见,采用单弯曲磁过滤阴极弧电弧制备ta–C薄膜的力学和摩擦学特性主要受薄膜中sp3键含量的制约。     

基体偏压对TiAlN涂层性能的影响

基体偏压是多弧离子镀沉积TiAlN涂层工艺中的一个重要参数,它对涂层的结构以及涂层生长速度有重要影响.通过改变沉积过程中的基体偏压,发现TiAlN涂层表面熔滴的密度和直径随基体负偏压的增加而减小,涂层的显微硬度随着基体负偏压的增加而增加,孔隙率随着基体负偏压的升高而降低.     

电弧离子沉积钽膜及微结构研究

目的研究电弧离子沉积钽膜的沉积工艺及微观结构,分析钽膜生长机理。方法采用电弧离子沉积法在石墨基体上沉积钽膜,研究了沉积工艺(如弧电流、负偏压等参数)对钽膜的物相组成、沉积速率、表面形貌的影响。结果电弧离子沉积钽膜的物相由α-Ta相和极少量β-Ta相组成。弧电流、负偏压、靶间距等沉积参数对钽膜厚度、沉积速率和膜-基结合力的影响很大,在弧电流为220 A、负偏压为300 V、靶间距为200 mm时,钽膜沉积速率为0.1μm/min,沉积速率适宜,膜-基结合力达到69 N,结合力高。钽膜厚度均匀,在靠近基体侧形成了晶粒细小、组织致密的过渡层,厚度约0.6~0.9μm,其余为细小柱状晶结构。钽膜表面颗粒尺寸随负偏压的升高而减小,负偏压为300 V时,颗粒尺寸细小均匀(仅3~5μm),钽膜表面无细小孔隙和裂纹。结论电弧离子沉积法可以在石墨基体上沉积出组织致密、厚度均匀且膜-基结合力高的钽膜。沉积初期主要通过沉积、移动、扩散等过程形成稳定核,随着沉积时间的延长,稳定核逐渐长大成岛,并在三维方向以岛状生长形成连续膜,为典型岛状生长模式。     

脉冲偏压对电弧离子镀Ti/TiN纳米多层薄膜显微硬度的影响

采用脉冲偏压电弧离子镀方法在高速钢基体上沉积Ti／TiN纳米多层薄膜,采用正交实验法设计脉冲偏压电参数,考察脉冲偏压对Ti／TiN纳米多层薄膜显微硬度的影响．结果表明,在所有偏压参数（脉冲偏压幅值、占空比和频率）和几何参数（调制周期和周期比）中,脉冲偏压幅值是影响显微硬度的最主要因素;当沉积工艺中脉冲偏压幅值为900V、占空比为50％及频率为30kHZ时,薄膜硬度可高达34．1GPa,此时多层膜调制周期为84nm,TiN和Ti单元层厚度分别为71和13nm;由于薄膜中的单层厚度较厚,纳米尺寸的强化效应并未充分体现于薄膜硬度的贡献中,硬度的提高主要与脉冲偏压工艺,尤其是脉冲偏压幅值对薄膜组织的改善有关．     

脉冲偏压对复合离子镀(Ti,Cu)N 薄膜结构与性能的影响

目的 (Ti,Cu)N薄膜是一种新型的硬质涂层材料,关于其结构和性能的研究报道还较少。研究脉冲偏压对(Ti,Cu)N薄膜结构与性能的影响规律,以丰富该研究领域的成果。方法将多弧离子镀和磁控溅射离子镀相结合构成复合离子镀技术,采用该技术在不同脉冲偏压下于高速钢基体表面制备(Ti,Cu)N薄膜。分析薄膜的微观结构,测定沉积速率及薄膜显微硬度,通过摩擦磨损实验测定薄膜的摩擦系数。结果在不同偏压下获得的(Ti,Cu)N薄膜均呈晶态,具有(200)晶面择优取向,当脉冲偏压为-300 V时,薄膜的择优程度最明显。随着脉冲偏压的增加,薄膜表面大颗粒数量减少且尺寸变小,表面质量提高;沉积速率呈现先增大、后减小的趋势,在脉冲偏压为-400 V时最大,达到25.04 nm/min;薄膜硬度也呈现先增大、后减小的趋势,在脉冲偏压为-300 V时达到最大值1571.4HV。结论脉冲偏压对复合离子镀(Ti,Cu)N薄膜的表面形貌、择优取向、沉积速率和硬度均有影响。     

Structural and nano-mechanical properties of nanostructured diamond-like carbon thin films

The effect of self bias on structural and nano-mechanical properties of nanostructured diamond-like carbon (ns-DLC) thin films is explored. These films are grown at different negative self biases ranging from ?100 V to ?200 V using radio frequency (13.56 MHz) plasma enhanced chemical vapor deposition technique. The generation of nanostructured morphology at room temperature in these films is confirmed by scanning electron microscopy, whereas change in microstructure produced by varying the self biases is confirmed by Raman analysis. These ns-DLC films exhibit very high hardness, which varied from 16 GPa to 31 GPa. With the help of load versus displacement curves, various other important nano-mechanical parameters such as elastic modulus, elastic recovery etc are also estimated. The nano-mechanical properties are further correlated with the Raman and SEM analyses. Owing to their versatile nano-mechanical properties, these ns-DLC films may find application as hard and protective coatings.     

不锈钢根管锉镀覆TiN、ZrN膜的沉积工艺与性能研究

目的通过在不锈钢根管锉表面镀覆Ti N、Zr N薄膜,以提高其切削性能。方法采用磁控溅射技术,调整沉积时间、基片偏压、占空比等工艺参数在不锈钢根管锉上分别沉积Ti N、Zr N薄膜。对Ti N、Zr N膜层进行SEM断面分析、XRD相组成分析、表面硬度测试、膜层附着力测试,考查了Ti N、Zr N薄膜的厚度、相组成、硬度以及附着力。通过对镀膜后的根管锉进行电化学腐蚀试验、模拟临床切削试验,分析了镀膜后根管锉的耐蚀性和切削性能。结果随着工艺参数的变化,Ti N、ZrN薄膜的厚度、相结构以及硬度均显示了规律性的变化。镀覆Ti N、Zr N薄膜的不锈钢根管锉的自腐蚀电流密度相对于未镀膜的根管锉均明显降低。确定了Ti N膜层和Zr N膜层的优化沉积工艺分别为沉积时间1 h、负偏压100 V、占空比60%和沉积时间1h、负偏压150V、占空比60%。优化工艺下镀膜的不锈钢根管锉的切削数量和切削效率显著提高。结论和未镀膜不锈钢根管锉相比,镀覆Ti N、ZrN薄膜的不锈钢根管锉的表面硬度、耐蚀性能均有显著提高。最优工艺下制备的镀覆Ti N、Zr N薄膜的不锈钢根管锉兼具切削数量、切削效率以及切削稳定性等方面的综合优势,和未镀膜不锈钢根管锉相比,切削效率提高60%～75%,切削树脂模拟根管数量达到1.7～2倍,实现了切削性能的显著提升。     

基片偏压对电弧离子镀ZrN薄膜微结构和表面形貌的影响(英文)

在不同的基片偏压下利用电弧离子镀技术制备氮化锆薄膜,以考察基片偏压对氮化锆薄膜微结构和表面形貌的影响。利用XRD、EPMA和FE-SEM等技术对不同偏压时得到ZrN薄膜的相结构、成分和表面形貌进行表征。结果表明,薄膜中存在立方氮化锆和六方纯锆相;随着基片偏压的增大,薄膜的择优取向由(111)变为(200),最后变为(111),晶粒尺寸由30nm减小至15nm。同时发现,随着基片偏压的增大,薄膜微结构由明显的柱状特征变为致密的等轴晶特征,表明由偏压增强的离子轰击能有效抑制柱状晶生长;薄膜沉积速率和锆氮摩尔比随着基片偏压的增大先增大后减小,在-50V时达到最大。     

Influence of substrate bias on microstructure and morphology of ZrN thin films deposited by arc ion plating

Zirconium nitride thin films were fabricated using arc ion plating under negative substrate biases to investigate the influence of substrate bias on the ZrN films. The phase, composition, and surface morphology of the ZrN ?lms, with respect to substrate bias, were studied by XRD, EPMA, and FE-SEM, respectively. The results show that cubic ZrN and hexagonal Zr phases form in the ZrN films. The competition between surface energy and strain energy makes the preferred orientation change from (111) to (200) and then back to highly (111) preferred orientation as a function of substrate bias. With the increase of bias voltage, the crystallite size of ZrN films reduces from 30 to 15 nm. Meanwhile, the film microstructure evolves from an apparent columnar structure to a highly dense equiaxed structure, indicating that the ion bombardment enhanced by substrate bias can suppress the columnar growth in the ZrN films. Deposition rate and mole ratio of Zr to N increase with the increase of bias voltage and reach the maximum at –50 V, and then show a decline trend when bias voltage further increases.     

基片负偏压对Cu膜纳米压入硬度及微观结构的影响

测试了不同溅射偏压下Cu膜的纳米压入硬度，探讨了溅射偏压、残余应力及压痕尺寸效应对Cu膜硬度的影响。结果表明，随着溅射偏压的增大，薄膜晶粒尺寸及残余压应力均减小，导致薄膜的硬度增大，并在-80V达到最大值，随后有所降低。同时薄膜中的压痕尺寸效应对薄膜硬度随压入深度的分布有很大的影响。     

Effect of substrate bias voltage on the texture and microstructure of Cu thin films deposited by ion beam deposition

Cu thin films deposited by non-mass separated ion beam deposition under various substrate bias voltages were investigated. The film textures and microstructure were analyzed by X-ray diffraction and field emission scanning electron microscopy, and the resistivity of the film was measured with the Van der Pauw method. It was found that the optimum negative substrate bias voltage for Cu films was −50 V. The Cu films deposited without substrate bias voltage showed a columnar grain structure with small grains and random orientation. However, when a substrate bias voltage of −50 V was applied, the Cu films had a non-columnar structure with a strong (111) texture and large grains. The electrical resistivity of the Cu films decreased remarkably with increasing negative substrate bias voltage, and reaching a minimum value of 1.8±0.13 μΩ cm at the substrate bias voltage of −50V.