电弧离子镀制备(TiCr)N薄膜的微观结构及性能

利用电弧离子镀 (ArcIonPlating)方法 ,通过对独立的Ti靶和Cr靶的弧电流进行控制 ,成功地在高速钢 (HSS)基体上制备了不同成分配比的 (TiCr)N薄膜。采用X射线衍射 (XRD)分析显示 :薄膜为单一的fcc的结构、没有TiN或CrN相存在 ;薄膜呈 (2 2 0 )结构 ,薄膜的晶格常数随着Cr含量的增加而减小。透射电子显微镜 (TEM)结果表明 :(TiCr)N薄膜的晶粒尺度为2 0nm左右。显微硬度测试表明 :薄膜具有很高的硬度 ,而且随弧流比的变化 ,硬度值有一极大值。同时 ,本文探讨了 (TiCr)N薄膜的宏观残余应力、显微硬度和Cr含量之间的关系及其微观机制     

电弧离子镀梯度（Ti，Al）N涂层的结构与机械性能研究

采用电弧离子镀（AIP）技术，在航空发动机压气机用1Cr11Ni2W2MoV不锈钢上沉积了TiN涂层、（Ti，Al）N涂层和梯度（Ti，Al）N涂层。运用带能谱的扫描电镜（SEM／EDAX）、电子探针（EPMA）、X射线衍射仪（XRD）、显微硬度仪、多功能摩擦磨损实验机等仪器和热震实验对上述涂层的结构、机械性能和基体与涂层的结合性能进行了研究。结果表明，梯度涂层的Al含量由涂层／基体界面向涂层表面逐渐增多，内层Al含量为3％（原子分数），外层Al含量为47％（原子分数）；梯度涂层具有Bl型（NaCl）单相结构和（220）择优取向；梯度涂层的硬度和耐磨与（Ti，Al）N涂层相近，且明显高于TiN涂层，结合性能优于（Ti，Al）N涂层。     

多弧离子镀(Cr,Ti,Al,Zr)N多组元超硬梯度膜的结构及性能

(Cr,Ti,Al,Zr)N梯度膜性能优异。采用多弧离子镀技术,使用Ti-Al-Zr合金靶和Cr单质靶在高速钢表面制备(Cr,Ti,Al,Zr)N多元超硬梯度膜,利用扫描电镜、能谱、X射线衍射仪、硬度计、划痕仪对膜层形貌、成分、结构、硬度、附着力进行分析,并通过热震性能试验考察了膜层的抗热震性能。结果表明:制备的膜层为面心立方结构,择优生长取向为(220)面;与TiN,(Ti,Al)N,(Ti,Cr)N,(Ti,Al,Zr)N等硬质膜相比,制备的(Cr,Ti,Al,Zr)N多元梯度膜具有更高的硬度和膜/基附着力,硬度可达4400HV,膜/基附着力大于200N,实现了从硬质膜到超硬膜的转变;膜层中N含量梯度可有效减少应力集中,Cr,Al含量的增加有利于提高膜层抗热震性能;负偏压对膜层硬度影响较大,对膜层成分、结构、抗热震性能影响较小,对膜/基附着力基本无影响。     

稀土Ce对电弧离子镀涂层颗粒和致密性的改善作用

电弧离子镀涂层的颗粒和致密度直接影响涂层的力学性能和表面质量.通过在阴极靶中引入约0.5%的稀土Ce,制得了TiN、Ti(Ce)N、(Ti,Cr)N、(Ti,Cr,Ce)N和CrN电弧离子镀层.SEM分析及研究表明:电弧离子镀涂层颗粒的形态除鹅卵状外,圆球形也很常见,炉灰夹杂也是一种涂层颗粒,它对涂层质量的影响更甚于液滴;在阴极靶和涂层中引入稀土Ce可显著减少液滴颗粒,提高涂层致密性.最后,还探讨了稀土元素改善离子镀涂层表面颗粒状况和提高涂层致密度的机理.     

反应等离子喷涂TiN-TiC0.2～0.3N0.7～0.8-TiB2基陶瓷复合涂层的性能

为了制备性能优良的Ti-B-N涂层,以Ti-B4C-C-N为反应体系、选用2种粉末配方,采用反应等离子喷涂法在Q235碳钢表面制备了TiN-TiC0.2～0.3N0.7～0.8-TiB2基陶瓷复合涂层,并对其物相、截面微观结构、显微硬度及3.5％NaCl溶液中的耐蚀性能进行了分析.结果表明:制备的陶瓷涂层均由Ti的碳氮硼化物组成,不同粉末配方获得的涂层的相成分有所差异;当粉末配比(摩尔比)为Ti∶B4C∶C=4∶1∶1时,涂层厚约120 μm,主要为TiN,TiN0.3,TiC0.2N0.8,TiB2;而粉末配比为Ti∶B4C∶C=14∶3∶5时涂层主要物相为TiN,TiN0.3,TiC0.3N0.7,TiB2,涂层成分均匀,厚度约为145 μm;与基体相比,TiN-TiC0.2 ～0.3 N0.7～0.8-TiB2涂层的显微硬度显著提高;粉末配比为Ti∶B4C∶ C=14∶3∶5时陶瓷涂层在3.5％NaCl溶液中的耐蚀性能最佳.     

电弧离子镀制备（TiCr）N薄膜的微观结构及性能

利用电弧离子镀（Arc Ion Plating）方法，通过对独立的Ti靶和Cr靶的弧电流进行控制，成功地在高速钢（HSS）基体上制备了不同成分配比的（TiCr）N薄膜。采用X射线衍射（XRD）分析显示：薄膜为单一的fcc的结构、没有TiN或CrN相存在；薄膜呈（220）结构，薄膜的晶格常数随着Cr含量的增加而减小。透射电子显微镜（TEM）结果表明：（TiCr）N薄膜的晶粒尺度为20nm左右。显微硬度测试表明：薄膜具有很高的硬度，而且随弧流比的变化，硬度值有一极大值。同时，本探讨了(TiCr)N薄膜的宏观残余力、显微硬度和Cr含量之间的关系及其微观机制。     

氮化物硬质涂层中Cr、Ti和Al元素对摩擦磨损特性的影响

利用四靶闭合场非平衡磁控溅射(CFUBMS)技术在石英玻璃和抛光不锈钢片两种基底上制备含有Cr、Ti和Al元素组合的各种氮化物涂层.采用摩擦磨损仪测试涂层摩擦系数,应用金相显微镜对各个涂层磨痕形态进行分析,结果表明TiN、CrN、TiAlN、CrAlN以及CrTiAlN涂层的摩擦系数依次减小,耐磨特性依次提高;结合涂层的X射线光电子能谱分析,可以得到含有Al元素涂层中形成了AlN的结构,提高涂层的硬度,增加耐磨特性;在涂层中含有Cr元素形成了氧化物Cr2O3可以提高涂层自排屑能力,减小摩擦系数,增加耐磨特性,含Ti元素形成的氧化物TiO2则不利于涂层的摩擦磨损特性;由于CrTiAlN本身具有比三元氮化物更高的涂层硬度,且含有Al和Cr元素,因此该涂层具有最好的摩擦磨损性能.     

TiN,TiC和Ti(C,N)涂层的性能及影响因素研究

TiN和TiC同属于NaCl形式的晶体结构,是同构互溶性的.Ti(C,N)是两者的固溶体.TiN和TiC及Ti(C,N)涂层具有优良的力学和摩擦学性能,作为硬质耐磨涂层,已用于切削刀具、钻头和模具等场合,具有广泛的应用前景.综述了国内外关于这3种涂层的研究成果.研究了影响其性能的若干因素,比较了它们的性能差异,为进一步优化涂层的性能及合理地选用涂层提供了参考.进一步的研究方向是高、低温及恶劣环境下涂层的性能以及更大载荷下涂层的摩擦学性能等.一些重要结果如下:(1)对TiN涂层而言,用CAPD比用CAIP制备时,涂层的摩擦因数小、结合强度大、硬度小;脉冲电压从550 V增大到750 V时,涂层脆性增加、结合强度减小;在多弧离子镀工艺中,500 ℃是最佳沉积温度,此时涂层的硬度和结合强度均最大.(2)对用反应磁控溅射制备的TiC涂层而言,用C2H2比用CH4制备时,涂层的硬度大;CH4分压在0.02～0.04 Pa范围内为最佳,此时TiC涂层的硬度和弹性模量最大,分别是30.9 GPa和343.0 GPa.(3)对Ti(C,N)涂层而言,随CH4:N2或C2H2:N2流量比的增大,其硬度增大;CH4:N2分压比对摩擦因数和磨损量的影响还与载荷的大小有关;TiCxN1-x涂层的硬度和弹性模量随x值而变化,当x为0.6左右时,硬度取最大值45 GPa,当x值为0.43左右时,弹性模量取最大值630 GPa.     

35CrMo钢表面化学气相沉积多层硬质涂层的结构与性能研究

采用化学气相沉积法在35CrMo钢基表面制备TiC/TiN双层、TiC(CN)/TiN和TiC/Ti(CN)/TiN/Al2O3多层硬质涂层,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计、多功能表面力学性能试验仪和摩擦磨损试验仪测试分析了涂层的组成结构、粗糙度和表面力学性能.结果表明:三种硬质涂层表面较均匀、致密,具有高硬度、低摩擦系数等特点,较大提高了35CrMo钢的耐磨擦磨损性能.相比TiC/TiN双层,多层涂层具有更好的力学和耐磨性能,其中多层TiC/Ti(CN)/TiN的摩擦系数最小,耐磨损性能最好,原因主要归于TC/Ti(CN)/TiN涂层具有较高的显微硬度(2559HV)和良好的膜基界面结合力(70N).     

高温化学气相沉积TiC/Ti(CxN1-x)/TiN层的组织结构及摩擦磨损性能

Ti(CxN1-x)涂层具有硬度大、强度高、耐磨等性能,而目前采用化学气相沉积法在不锈钢表面制备Ti(CxN1-x)多层涂层的报道较少。用高温化学气相沉积法在316L不锈钢表面分别制备了TiN单层涂层和TiC/Ti(CxN1-x)/TiN多层涂层,比较分析了2种涂层的显微形貌、相结构、硬度、界面结合力及耐磨性能。结果表明:TiC/Ti(CxN1-x)/TiN多层涂层结构致密,厚约10μm;TiN单层及TiC/Ti(CxN1-x)/TiN多层涂层均提高了316L不锈钢的硬度、耐磨性;与TiN单层涂层相比,TiC/Ti(CxN1-x)/TiN多层涂层的显微硬度和界面结合力更好,摩擦系数更低,磨损量更小,耐磨减摩性能更好;2种涂层的磨损破坏机制较一致,主要为磨粒磨损和摩擦氧化。