CrN薄膜的制备及其抗氧化性的研究

采用热阴极离子镀技术,成功制备了高质量的CrN薄膜,对crN薄膜进行了500℃-800℃的氧化实验.用高精度天平测量其质量变化、显微硬度计测量膜层硬度、XRD、XPS测量膜层结构、划痕仪测量膜层与基体的结合力等分析研究.实验结果表明:①利用热阴极离子镀技术能够制备出CrN硬质薄膜.在不同的工艺条件下,可以制备出具有面心...     

钛合金人工心脏瓣膜瓣环表面TiN/Ti多层膜的制备与性能

为了提高钛合金人工心脏瓣膜瓣环TiO_2表面改性层的性能,利用非平衡磁控溅射技术在人工心脏瓣膜瓣环表面制备了具有不同调制周期(44,70,100 nm)的TiN/Ti多层膜过渡层;采用XRD、SEM、显微硬度计及摩擦磨损试验机研究了薄膜的物相组成、横截面形貌、硬度和耐磨性。结果表明:TiN/Ti多层膜由Ti和TiN相组成,当调制周期为100 nm时,TiN/Ti薄膜呈现明显的多层结构,具有高硬度和良好耐磨性;人工心脏瓣膜瓣环表面各个位置TiN/Ti多层膜的相结构及性能相同,可望应用于人工心脏瓣膜瓣环的TiO_2表面改性层的过渡层。     

刀具表面超晶格TiN/AlN纳米多层膜的制备和研究

采用脉冲多弧离子镀技术制备TiN/AlN纳米多层膜,随着调制周期的减小,稳定态六方AlN相逐渐转变成亚稳态立方AlN相,形成以TiN/AlN超晶格结构为主的超硬薄膜。与标准图谱的对比可知,TiN/AlN超晶格是AlN在模板立方TiN材料的影响下,在TiN层上以亚稳态相立方结构外延生长所形成。试验表明TiN/AlN薄膜具有良好的耐腐蚀性能以及使用寿命。     

17-4PH不锈钢表面TiO_2膜及其多层膜的结构与性能

利用非平衡磁控溅射技术在17-4PH不锈钢表面分别制备了TiO_2膜、TiO_2/Ti多层膜及TiO_2/Ti/TiN/Ti多层膜,采用XRD、表面轮廓仪、显微硬度仪、摩擦磨损试验机和水蒸气疲劳腐蚀试验设备研究了薄膜的物相、显微硬度、耐磨性和耐疲劳腐蚀性能。结果表明:具有表面薄膜17-4PH不锈钢的硬度、耐磨性和耐腐蚀性能均有较大提高;与TiO_2膜和TiO_2/Ti/TiN/Ti多层膜相比,TiO_2/Ti多层膜耐磨性能最好,较基体的提高了20倍以上,同时其耐疲劳腐蚀性能也最好。     

刀具表面超晶格TiN／AIN纳米多层膜的制备和研究

采用脉冲多弧离子镀技术制备TiN／AIN纳米多层膜，随着调制周期的减小，稳定态六方AIN相逐渐转变成亚稳态立方AIN相，形成以TiN／AIN超晶格结构为主的超硬薄膜。与标准图谱的对比可知，TiN／AIN超晶格是AIN在模板立方TiN材料的影响下，在TiN层上以亚稳态相立方结构外延生长所形成。试验表明TiN／AIN薄膜具有良好的耐腐蚀性能以及使用寿命。     

力学薄膜的多层化强化

采用多层膜系是进一步提高诸如TiN等力学薄膜性能的有效方法之一,综述了有关方面的研究情况,目前已经投入应用的各种氮化物薄膜是最简单的多层膜的原型,其内设的过渡层可改善膜/基附着力;多层膜性能与组层结构有关,适当的层间厚度（调制周期）可显著提高多层膜的力学性能,适当的亚层组合可获得同时兼具高硬度和良好韧性的力学薄膜。     

沉积温度对磁控溅射Ti/TiN多层膜光学和电学性能的影响

采用直流反应磁控溅射法于不同温度下在Si(111)基底上制备了Ti/TiN多层膜,采用X射线衍射仪和原子力显微镜对膜的物相和表面形貌进行了分析,研究了沉积温度对膜结构及其光学、电学性能的影响。结果表明:不同沉积温度下制备的Ti/TiN多层膜均由钛和TiN相组成,多层膜与单层TiN膜一样,其表面粗糙度随沉积温度的升高而减小,电阻率随沉积温度的升高显著降低;其表面形貌则比单层膜更加致密和均匀;多层膜红外反射率与其电阻率有关,当电阻率减小时,红外反射率增大。     

Ti_2AlN薄膜的制备及性能表征

三元氮化物Ti_2AlN因其优良的性能而广泛被科研工作者所关注,但对Ti_2AlN薄膜材料的制备及性能研究较少。采用多弧离子镀技术和真空退火工艺制备Ti_2AlN薄膜,同时对薄膜的耐腐蚀性和高温抗氧化性进行测试及机理分析。试验结果及分析表明:在优化制备工艺下可以制备出耐腐蚀性和抗高温氧化性较好的Ti_2AlN薄膜,与TiN薄膜进行耐腐蚀性能对比,发现Ti_2AlN薄膜具有更加优良的耐腐蚀性能;与TiN薄膜抗高温氧化温度极限值550℃相比,Ti_2AlN薄膜在800℃高温时仍具有明显的抗氧化性能,Ti_2AlN薄膜在高温时表面生成具有致密连续性的Al_2O_3氧化物,使其具有优于TiN薄膜的抗氧化性能,当超过800℃时,基体和氧化层之间产生较大应力差而导致氧化层的脱落和剥离。采用多弧离子镀技术和真空退火工艺可制备出耐腐蚀性和高温抗氧化性优良的Ti_2AlN薄膜,可为Ti_2AlN薄膜的研究提供理论支撑。     

TiN薄膜的残余应力调控及力学性能研究

残余应力是制约物理气相沉积（Physical vapor deposition,PVD）硬质薄膜厚度的关键因素。采用多弧离子镀技术在高速钢基体上制备了厚度从3.7 m到15.5 m的TiN薄膜,结合曲率法和有限元法研究残余应力及结合性能随膜厚的变化规律。结果表明,随着膜厚的增加,基片弯曲程度加剧,而薄膜平均残余应力降低;膜层内残余应力的整体水平决定了界面切应力大小,薄膜结合性能随界面切应力的增加而降低。增加基体偏压、降低工作气压均导致薄膜内部残余应力的升高。当残余压应力较高时,TiN薄膜具有细小、致密的柱状晶结构,并呈现（111）择优取向,薄膜硬度及断裂韧度较高,耐磨性能良好。研究结果提示我们,通过残余应力的调控可提高硬质薄膜的力学特性。     

Al/TiN软硬交替多层膜的制备及摩擦磨损性能研究

软硬交替的多层膜体系具有超硬、强韧、耐磨、自润滑的优势,能大大提高金属切削刀具在现代加工过程中的耐用度和适应性。设计Al/TiN软硬交替纳米多层膜体系,并采用直流磁控溅射和阴极弧磁过滤等离子体沉积相结合的技术,室温下在单晶硅Si（100）衬底上制备一系列不同TiN层厚度纳米多层膜,研究其结构、形貌、力学及摩擦磨损性能。结果表明：该涂层具有良好的多层结构,多层膜中Al呈非晶态或纳米晶态,TiN结晶质量随其厚度增加得到提高;Al/TiN多层膜硬度均高于混合法则计算的硬度值,出现了硬度增强效应;该多层膜体系虽具有较高的摩擦因数,但表现出较好的韧性。     

The study of the adhesion of a TiN coating on steel and titanium alloy substrates using a multi-mode scratch tester

A titanium nitride (TiN) coating was deposited by magnetron sputter ion plating onto steel and titanium alloy polished substrates. The adhesion of the coating on each substrate material was investigated using a newly developed multimode scratch tester. Progressive loading scratch tests, constant load scratch tests, multiple scratch tests in the same track and indentation tests were all performed. It was shown that the modified scratch tester can be used to identify not only coating detachment during progressive load scratch tests, but also other failure events such as cracking and cohesive damage to the coatings. By using the additional modes of operation, it was possible to study the fracture mechanisms in more detail i.e. chipping in the scratch track was cohesive for the TiN coated steel and adhesive for the TiN coated Ti alloy.     

高速钢表面镀覆薄膜的腐蚀机理研究

利用AIP-01型多弧离子镀膜机在高速钢基体上制备了TiN及(Ti，Cr)N复合薄膜，对制得的薄膜进行盐水全浸泡试验，研究了带有宏观熔滴颗粒的TiN及(Ti，Cr)N复合薄膜的腐蚀机理。结果表明：高速钢表面镀覆薄膜后耐腐蚀性能显著提高，复合薄膜中随Cr含量的增大，薄膜耐腐蚀性能提高，薄膜的腐蚀包括小孔腐蚀和电偶腐蚀。     

TiN/Ti涂层在波箔轴承中的摩擦磨损性能

采用真空离子镀的方法在304不锈钢基体上喷涂厚度为3μm的TiN/Ti薄层,利用硬度计、三维形貌仪、划痕试验仪对涂层基本力学性能进行分析,通过球盘试验机分析涂层试样的摩擦磨损性能,根据波箔轴承性能测试实验台的测试结果:研究TiN/Ti涂层对基体表面耐磨减摩性能的影响。研究结果表明:TiN涂层硬度可达HV1500,是基材硬度的5.5倍;TiN/Ti涂层平均摩擦因数为0.23,相对不锈钢304基材的平均摩擦因数0.71,降低了68%,磨损量也仅为基材的18.75%;GCr15与PTFE对磨的最大摩擦力矩可达2.4 N·mm,而TiN/Ti与PTFE对磨的最大摩擦力矩仅为1 N·mm,仅为GCr15的41.7%。TiN/Ti涂层表现出了优异的承载能力和耐磨减摩性能。     

20CrNiMo钢表面磁控溅射制备TiN/ZrN多层薄膜的形貌及摩擦学性能

利用非对称双极脉冲磁控溅射技术在20CrNiMo钢表面制备了TiN/ZrN多层薄膜,利用扫描电子显微镜和原子力显微镜观察了薄膜的截面和表面形貌,用划痕仪测试了薄膜与基体的结合力,通过球-盘摩擦磨损试验机对薄膜的摩擦学性能进行了研究。结果表明:制备的TiN/ZrN多层薄膜厚度约为2.1μm,薄膜均匀且致密,表面粗糙度为13.63nm;薄膜与基体结合较牢固,临界载荷达到51.0N;薄膜具有优良的减摩性,摩擦因数为0.16,较基体20CrNiMo钢的0.33明显减小,使该钢的耐磨性能得到提高。     

不同介质下CrN_X薄膜的摩擦学特性研究

采用电弧离子镀技术在45#钢衬底表面沉积了CrNX薄膜.用显微硬度计测试了薄膜的硬度,用X射线衍射仪分析了薄膜的相结构,用球-盘式摩擦磨损试验机评价了在不同介质条件下(干摩擦、水润滑、油润滑)CrNX薄膜的摩擦学性能,用表面轮廓仪测试了磨痕处的磨痕轮廓,用扫描电镜(SEM)观察了薄膜磨痕形貌.结果表明,相对于干摩擦,水润滑和油润滑条件下,CrNX薄膜的摩擦因数和磨痕深度都有明显降低的趋势.干摩擦条件下薄膜主要表现为磨粒磨损;水润滑条件下,主要表现为腐蚀磨损;油润滑条件下由于油膜在两摩擦表面的吸附,薄膜几乎无磨损.     

电弧离子镀沉积TiN/AlN-TiAlN复合膜的耐磨性

采用高纯铝、钛靶材,通过电弧离子镀工艺在TC4基材上沉积制备了TiN/AlN-TiAlN复合多层膜,用HV-1000型显微硬度计测试了膜层的硬度,用球盘磨损试验对比研究了膜层和基材的耐磨性。结果表明:膜层硬度为2856HV,耐磨性相比基材提高6倍以上。     

Deposition of duplex Al2O3/TiN coatings on aluminum alloys for tribological applications using a combined microplasma oxidation (MPO) and arc ion plating (AIP)

Microplasma oxidation (MPO) has recently been studied as a cost-effective plasma electrolytic process to provide thick and hard ceramic coatings with excellent surface load-bearing capacity on aluminum alloys. However, for sliding wear applications, such ceramic coatings often exhibit relatively high friction coefficients against many counterface materials. Although coatings deposited by physical vapour deposition (PVD) techniques such as TiN coatings are well known for providing surfaces with a high hardness, in practice they often exhibit poor performance under mechanical loading, since the coatings are usually too thin to protect the substrate from the contact conditions. In this paper, these challenges were overcome by a duplex process of microplasma oxidation and arc ion plating (AIP), in which an alumina layer Al₂O₃ was deposited on an Al alloy substrate (using MPO as a pre-treatment process) for load support, and a TiN hard coatings were deposited (using AIP) on top of the Al₂O₃ layer for low friction coefficient. Microhardness measurements, pin-on-disc sliding wear tests, and antiwear tests using a Timken tester were performed to evaluate the mechanical and tribological properties. Scanning electron microscopy (SEM) was used to observe coating morphology, and to examine wear scars from pin-on-disc test. The research demonstrates that a hard and uniform TiN coating, with good adhesion and a low coefficient of friction, can successfully be deposited on top of an alumina intermediate layer to provide excellent load support. The investigations indicate that a duplex combination of MPO coating and TiN PVD coating represents a promising technique for surface modification of Al alloys for heavy surface load bearing application.     

离子镀TiAlN工具涂层的微结构与切削性能

研究并比较了TiAlN和TiN涂层的成分、微结构、力学性能与抗氧化性及涂层铣刀的高速切削性能和涂层钻头的切削性能。结果表明,TiAlN和TiN涂层同为单相的NaCl型结构,并都呈现择优取向的柱状晶,TiAlN涂层的硬度远高于TiN涂层的硬度,TiAlN涂层的抗氧化温度明显高于TiN涂层的抗氧化温度。在高速铣削条件下,TiAlN涂层铣刀的后刀面磨损速率仅为TiN涂层铣刀的约四分之一。在钻孔数相同时TiAlN涂层钻头的磨损量也显著低于TiN涂层钻头。TiAlN涂层刀具的使用寿命显著高于TiN涂层刀具。