脉冲电压对内花键齿Si-DLC薄膜微观结构及性能的影响EI北大核心CSCD

为提高花键齿表面硬度和耐磨性,利用空心阴极放电(HCD)产生的高密度等离子体,在内花键齿表面,采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术制备Si-DLC薄膜,并研究脉冲电压变化对花键齿表面Si-DLC薄膜微观结构及性能的影响。结果表明:拉曼光谱显示增加脉冲电压可以减少Si-DLC薄膜中的sp^(3)杂化键含量。随着脉冲电压增加,键齿表面Si-DLC薄膜厚度和沉积速率先增加后降低,在脉冲电压为-1100 V时达到最大。在相同的脉冲电压条件下,花键齿顶处Si-DLC薄膜的厚度最大,齿中处Si-DLC薄膜厚度最小。Si-DLC薄膜的显微硬度随着脉冲电压的升高逐渐降低,硬度可达800~1300 HV0.025。Si-DLC薄膜能显著降低花键齿的摩擦因数,且脉冲电压为-900 V时,制备的Si-DLC薄膜有着最优的减摩效果,沿花键齿廓方向上的Si-DLC薄膜的摩擦因数均小于0.1。Si-DLC薄膜的制备提高了花键齿表面的硬度和耐磨性,为其他机械传动部件表面耐磨薄膜的制备奠定了基础。     

脉冲偏压对直流磁控溅射沉积MoN薄膜结构及性能的影响

MoN薄膜是一种具有潜在应用价值的薄膜材料,但对于其结构和性能的研究还较少。采用直流磁控溅射技术在304不锈钢基体表面沉积MoN薄膜,研究了脉冲偏压对MoN薄膜结构和性能的影响,并系统研究了MoN薄膜在不同摩擦条件下的摩擦磨损行为。采用X射线衍射仪和扫描电镜分析薄膜的晶相结构、晶粒尺寸、表面及断面形貌,采用HMV-2T显微硬度仪测试薄膜的显微硬度。采用UMT-TriboLab多功能摩擦磨损试验机评价薄膜的摩擦磨损性能,并用扫描电镜观察磨损表面,分析其磨损机制。结果表明：脉冲偏压显著影响直流磁控沉积的MoN薄膜的晶相结构、表面形貌、断面结构、硬度和摩擦磨损性能;随脉冲偏压的增大,MoN薄膜的膜厚、硬度都先增大后减小,而薄膜的磨损率却先减小后增大,其中-500 V脉冲偏压下沉积的MoN薄膜具有最高硬度为7731 N/mm²,以及最低的磨损率为5.8×10^-7 mm³/（N·m）。此外,MoN薄膜在不同载荷和转速的摩擦条件下表现出不同的摩擦学行为。     

偏压对MPP制备AlTiSiN纳米复合涂层结构及性能的影响

目的实现对AlTiSiN纳米复合涂层微观组织结构的调控及力学性能优化。方法利用可调控脉冲磁控溅射技术,通过调控基体偏压(-50～-250 V)制备了不同偏压条件下的AlTiSiN纳米复合涂层。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散谱仪(EDS)、原子力显微镜(AFM)、薄膜综合性能测试仪及球盘摩擦试验仪,测试了涂层的微观组织结构、组成成分、表面形貌、力学性能及摩擦学性能。结果偏压对涂层元素组成影响不大。微观组织结构方面,不同偏压条件下制备AlTiSiN纳米复合涂层的晶面衍射峰宽化现象明显,呈现纳米晶组织结构。-200V条件下制备的涂层的晶面衍射峰呈"馒头峰"形态,表明涂层结晶性能出现明显下降,呈类非晶组织结构;偏压升至-250V时,高能离子对涂层生长表面的持续轰击作用,使得涂层生长表面升温明显,导致结晶性能出现明显改善。涂层表面光滑致密,表面粗糙度最低可达1.753nm。力学性能方面,随基体偏压的升高,涂层硬度在取得最大值后逐渐下降,最高硬度可达25.9 GPa,H/E*系数可达0.13。摩擦学性能方面,偏压为-200 V时,涂层磨损率取得最小值4.7×10~(-15) m~3/(N×m)。结论改变基体偏压,成功实现了涂层微观组织结构的调控生长,进而达到了优化涂层组织结构、力学性能及摩擦学性能的目的。     

偏压对45钢离子渗氮行为的影响

在直流脉冲等离子体渗氮炉内放置一由双层圆筒组成的活性屏,双层圆筒与阴极相接,由于其直径不同可以产生空心阴极放电.将45钢试样放置在活性屏内,一组试样处于悬浮状态,另一组试样施加负偏压(-50～-150 V),同时在400～550℃下进行离子渗氮处理.并用金相显微镜、XRD和显微硬度计对渗氮层进行对比分析.结果表明:偏压显著影响渗氮层的组织结构和性能.偏压试样渗氮层与悬浮试样相比,具有更厚的化合物层,表面硬度更高,扩散层更厚.     

基体脉冲偏压对TiN/Cu纳米复合薄膜组织结构、力学及耐磨性能的影响

本文采用轴向磁场增强电弧离子镀在高速钢基体上沉积了TiN/Cu纳米复合薄膜,研究了基体脉冲偏压幅值对薄膜成分、结构、力学性能及耐磨性能的影响。结果表明,薄膜中铜含量随着脉冲偏压幅值的增加先增加而后降低,在一个较低的范围内(1.3-2.1at.%)。X射线衍射结果表明所有的薄膜均出现TiN相,并未观察到Cu相。薄膜的择优取向随着脉冲偏压幅值的增加而改变。薄膜的最高硬度为36GPa,是在脉冲偏压幅值为-200V时得到的,对应了1.6at.%的Cu含量。与纯的TiN薄膜相比,Cu的添加明显增强了薄膜的耐磨性能。     

空心阴极离子镀TiAlN复合薄膜结构及抗氧化性能的研究

利用IPB30/30T型空心阴极离子镀膜机并改变蒸发源料中Ti、Al的比例,在不锈钢表面沉积了不同Al含量的TiAlN薄膜;电子探针分析结果表明涂层为内层富铝,外层富TiN的梯度涂层;X-ray衍射分析表明,薄膜相结构主要为δ-TiN的B1NaCl结构,薄膜的择优取向随着镀料中Al含量的增加由(111)向(220)转变.与TiN相似,TiAlN薄膜为柱状晶结构,但Al的引入使薄膜中使针孔数量和直径减小,致密性改善.600℃～800℃下静态空气中恒温氧化实验表明,TiN和TiAlN薄膜氧化时都在表面形成金红石结构的TiO2,但添加Al的薄膜具有比TiN薄膜更好的抗氧化性.扫描电镜观察表明,添加Al的薄膜表面的氧化膜平整致密,无孔洞;而TiN薄膜在氧化过程中形成数量众多的孔洞.600℃时在NaCl和水蒸气的综合作用下,不锈钢基体材料腐蚀严重,TiN涂层对不锈钢基体有一定的保护作用,但其表面腐蚀产物部分脱落,出现大量的腐蚀空洞,而TiAlN涂层表面腐蚀产物均匀致密,无明显空洞.加入Al引起薄膜结构的改善可能是薄膜抗氧化性和抗腐蚀性提高的原因.     

脉冲偏压对TiAlCN薄膜结构与力学性能的影响

利用多弧离子镀-磁控溅射复合技术通过改变脉冲偏压在Si片与SS304基体表面制备了TiAlCN薄膜,研究了不同脉冲偏压对薄膜结构和力学性能的影响。薄膜成分、表面形貌、相结构及力学性能分别利用能量弥散X射线谱(EDS)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和纳米压痕仪等设备进行表征。结果表明,随着脉冲负偏压的增加,薄膜中Ti元素的含量先减小后增大,而Al元素有相反的变化趋势。适当增大脉冲偏压,薄膜表面颗粒、凹坑等缺陷得到明显改善。物相分析表明TiAlCN薄膜主要由(Ti,Al)(C,N)相,Ti4N3-x相和Ti3Al相组成。薄膜平均硬度与弹性模量随脉冲负偏压的增加先增大后减小,在负偏压-200 V时达到最大值分别为36.8 GPa和410 GPa。     

偏压对TiAlN涂层微观结构、力学和摩擦学性能的影响（英文）

采用磁过滤真空阴极弧在ZL109合金表面沉积由TiAl和TiAlN组成的TiAlN多层涂层,并系统研究偏压对涂层微观结构和性能的影响。结果表明,涂层具有以TiAlN相为主的多相结构。随着偏压的增大,由于原子迁移率和晶格畸变的增加,TiAlN择优取向由(200)晶面向(111)晶面转变。同时,涂层的硬度、弹性模量和附着力表现出相同的变化趋势,即先增大后减小。当偏压为75 V时,TiAlN涂层具有最高的硬度(～30.3 GPa)、弹性模量(～229.1 GPa)、附着力(HF 2)和最低的磨损率(～4.44×10^-5 mm³/(N·m))。与未涂覆ZL109合金相比,TiAlN涂层合金表面的力学和摩擦学性能得到有效提高。     

氮含量对脉冲偏压电弧离子镀CNx薄膜结构与性能的影响

用脉冲偏压电弧离子镀设备在保持脉冲偏压一致和工作气压恒定的条件下,控制不同氮流量在硬质合金基体上制备了不同氰含量的CNx薄膜.用SEM,GIXRD,XPS,激光Raman谱和纳米压入等方法分别研究了薄膜的表面形貌、成分、结构与性能.结果表明,随着氮流量的增加,薄膜中氮含量先是线性增加然后趋于平缓,薄膜呈非晶结构且为类金刚石薄膜,其硬度与弹性模量随着氮含量增加先增加后下降,在x=0.081时出现最大值,分别为32.1 GPa和411.8 GPa.分析表明,通过氮含量的改变而使sp3键含量发生改变是影响薄膜性能变化的重要因素.     

空心阴极放电复合稀土氧化物对Ti6Al4V合金离子渗氮组织及性能的影响

目的 改善Ti6Al4V合金的耐磨和耐蚀性能,探究辅助渗氮手段的引入对Ti6Al4V合金离子渗氮组织和性能的影响。方法 利用空心阴极放电(Hollow Cathode Discharge,HCD)及稀土氧化物(Y2O3纳米颗粒)辅助在720 ℃对Ti6Al4V合金进行4 h离子渗氮处理。通过光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度测试仪、往复式摩擦磨损实验仪以及电化学工作站,对比研究常规离子渗氮、HCD辅助离子渗氮以及HCD复合稀土氧化物辅助离子渗氮3种条件下Ti6Al4V合金的渗氮组织和性能。结果 HCD复合稀土氧化物辅助离子渗氮条件下,Ti6Al4V合金表面生成约126 μm厚的渗氮层,分别是常规离子渗氮条件和HCD辅助离子渗氮条件的3.1、2.4倍。化合物层中,TiN含量显著增加,渗氮层表面硬度达到1 067.9HV0.05。渗氮层整体硬度明显提高,且硬度梯度降低。Ti6Al4V合金的摩擦系数从常规离子渗氮时的0.4降至0.2。同时,TiN含量的提高,使Ti6Al4V合金在3.5% NaCl溶液中的自腐蚀电流降低,极化电阻增大,耐蚀性能得到改善。结论 HCD复合Y2O3辅助可显著提高氮势,促进氮向Ti6Al4V合金内快速扩散,提高合金的硬度,改善合金的耐磨性能和耐蚀性能。     

空心阴极放电及其在辉光离子渗金属中的应用

本文论述了空心阴极效应及其在辉光放电离子渗金属方面的一些应用,为进行辉光离子渗金属时源极和阴极的形状尺寸设计提供参考。     

Duhocamis放电特性之空心阴极与热阴极的协同效应

Duhocamis(双空心阴极金属离子源)是在GSI间热阴极PIG离子源基础上,利用空心阴极圆筒取代空心阳极圆筒,磁镜场取代均匀磁场的强流金属离子源。通过系列变化空心阴极与间热阴极电源电压的弧放电试验,了解其对离子源工作及金属等离子体形成的贡献和影响。试验结果分别给出了空心阴极与间热阴极弧放电特性曲线,它们的弧压对弧流关系具有不同的弧阻抗特性;通过磁分析器对等离子体中各种离子成分比例的分析,进一步显示出空心阴极与间热阴极弧放电两者相互强化和联动的协同效应;尤其空心阴极电位从零开始变化的弧放电试验,揭示了离子源从PIG空心阳极放电向双空心阴极放电转换的过程;协同效应不仅证实空心阴极作为赖以产生金属离子的溅射电极,而且对于确立离子源工作模式与优化产生所需金属离子的放电条件至关重要。     

偏压对电弧离子镀沉积类金刚石膜的影响

采用电弧离子镀方法,在Si(100)基底上沉积了类金刚石(DLC)膜．用激光Raman谱和X射线光电子能谱(XPS)对不同偏压下沉积的类金刚石膜的结构进行了分析．结果表明,Raman谱的D峰和G峰的强度之比ID／IG随着脉冲负偏压的增加先减小后增大,sp^3键含量随着负偏压的增加先增加后减小．偏压为-200V时,ID／IG值最小为0．70,sp^3键含量最大为26．7％．纳米压痕仪测量结果表明,随着咏冲负偏压增加,硬度和弹性模量先增加后下降．偏压为-200V时,DLC膜的硬度和弹性模量最大,分别为30．8和250．1GPa．     

偏压对GLC镀层的结构及应力的影响研究

采用磁控溅射离子镀技术制备了类石墨镀层（GLC）,利用扫描电子显微镜（SEM）测量了镀层的厚度、X射线衍射仪（XRD）研究了材料的物相和应力,并结合透射电子显微镜（TEM）观察和分析了材料的组织结构。研究结果表明：不同偏压下得到的镀层结构相同,均为非晶为主的类石墨镀层,并且随着偏压增大,膜厚逐渐减小;在所研究的偏压下,应力变化规律是随着偏压的增加,样品与基体的复合应力先增大,后减小,其中～65V时达到最大值。     

负向电压对纯钛微弧氧化膜层结构特征的影响

采用微弧氧化技术,以β-甘油磷酸钠和乙酸钙混合溶液为电解液,在固定正向电压(450 V)和氧化时间(5 min)等参数情况下,研究了负向电压对纯钛表面微弧氧化膜层的相组成和形貌的影响规律.结果表明:负向电压为100～200V时,微弧氧化膜层较均匀,膜层由二氧化钛和磷酸三钙组成;负向电压升至300V,膜层表面被严重烧蚀,其主要物相为钛酸钙.     

沉积温度对AlCrTiN涂层组织结构与性能的影响∗

AlCrTiN 涂层具有优异的综合性能,然而沉积温度对其组织结构与性能的影响还需进一步研究。 采用电弧离子镀和脉冲直流磁控溅射复合沉积技术,改变沉积温度(300 ℃和 400 ℃ )制备两种不同的 AlCrTiN 涂层。 结果表明:两种 AlCrTiN 涂层主要相均为 fcc-(Al,Ti,Cr)N 相,沿(111)晶面择优生长。 沉积温度为 400 ℃ 时,涂层具有更高的硬度和弹性模量,更低的残余应力、摩擦因数和磨损率,表现出更好的力学性能和抗摩擦磨损性能。 两种涂层经过 700 ℃保温 1 h 后,由于涂层内原子扩散和缺陷愈合,硬度和结合力进一步提高。 切削性能测试表明:300 ℃ 和 400 ℃ 温度下制备的涂层铣刀寿命分别为无涂层铣刀的 3. 2 倍和 3. 5 倍。 无涂层铣刀的失效形式以磨粒磨损为主,涂层铣刀的失效形式为磨粒磨损、黏着磨损和氧化磨损。 研究成果对高性能 AlCrTiN 四元涂层的制备、理论研究与工程化应用具有指导意义。     

沉积偏压对AlCrTiN纳米复合涂层力学与抗高温氧化性能的影响

沉积偏压对涂层的结构与性能具有重要影响,为研究其对AlCrTiN纳米复合涂层成分、组织结构、力学与抗高温氧化性能的影响规律,采用磁控溅射技术,改变沉积偏压(-30、-60、-90、-120 V)制备四种AlCrTiN纳米复合涂层。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、纳米压痕仪等仪器表征涂层的组织结构、成分、力学性能和抗高温氧化性能。研究结果表明：不同偏压下制备的AlCrTiN纳米复合涂层均为NaCl型fcc-(Al,Cr,Ti)N相结构。随着沉积偏压增大,涂层由沿(111)晶面择优生长转变为无明显的择优生长取向,晶粒尺寸降低,残余应力和硬度增大。偏压为-90 V与-120 V时,涂层表面更加致密,具有更高的硬度和弹性模量。在800℃与900℃氧化1 h后,所有涂层表面均生成一层连续致密的Al₂O₃膜。随着沉积偏压增加,氧化膜厚度逐渐降低,表明抗高温氧化性能逐渐增强,这是因为高偏压下涂层组织更致密,且晶粒更细小。研究成果对AlCrTiN纳米复合涂层的综合性能提升与工程化应用具有一定指导意义。