电弧离子镀与中频磁控溅射复合制备TiAlN薄膜

采用Ti靶电弧离子镀与Al靶中频磁控溅射相结合的复合工艺,分别在单晶硅抛光面和高速钢抛光面两种基体上成功地制备了TiAlN薄膜样品.电子扫描电镜(SEM)、能谱和X射线衍射(XRD)分析结果表明:此复合工艺下制备的TiAlN薄膜比TiN薄膜表面液滴尺寸更小,针状孔洞基本消除,组织更为致密均匀.TiAlN薄膜的含Al量为0.86 %(原子百分比)左右,Ti与N的含量比(原子百分比)大致为1:1,Al原子的加入使TiN结晶结构发生畸变,晶格常数变小.TiAlN薄膜的硬度比TiN薄膜的硬度,提高30 %左右.     

复合工艺制备TiAlN薄膜及其高温抗氧化性能研究

采用Ti靶电弧离子镀与Al靶中频磁控溅射相结合的复合工艺,通过调节Al靶电流,在不锈钢基体上制备了TiN薄膜和TiAlN薄膜样品,并在热处理炉内对薄膜进行高温抗氧化试验,分析了薄膜氧化前后的表面形貌、断口形貌及显微硬度.结果表明:TiAlN薄膜氧化前和氧化后的硬度均随着铝靶磁控溅射电流的增强、铝含量的提高而增加;TiAlN薄膜的高温稳定性明显优于TiN薄膜;TiAlN薄膜经800℃氧化后发生膨胀而变得疏松,内部发生了柱状晶化,致密性下降.     

负偏压对电弧离子镀复合TiAlN 薄膜的影响

采用电弧离子镀技术,以W18Cr4V高速钢为基体,调整基体负偏压,制得多个复合TiAlN薄膜试样,研究了基体负偏压对薄膜微观组织形貌、物相组成、晶格位向、硬度、厚度和沉积速率的影响。结果表明,过高或过低的负偏压会使得膜层表面不平整,显微硬度下降。当负偏压为200 V时,膜层的沉积速率最大;负偏压为150 V时,有利于薄膜(111)晶面的择优取向生长,且TiAlN膜的硬度最高。     

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.     

分离靶电弧离子镀制备TiN/TiAlN多层薄膜的微观结构和力学性能(英文)

采用分离靶电弧离子镀制备TiN/TiAlN多层薄膜。为了减少大颗粒的不利影响,利用直线型磁过滤方法来减少低熔点铝靶产生的大颗粒。结果表明,没有过滤的钛靶和磁过滤的铝靶等离子体到达基体的输出量在相同的数量级,同时,采用该方法制备的薄膜中的大颗粒数目是文献中报道的合金靶制备的薄膜大颗粒数目的1/10～1/3。Al元素的添加引起薄膜在(200)晶面的峰值降低,而在(111)和(220)晶面的峰值增强。TiN/TiAlN多层薄膜的最大硬度为HV2495,薄膜的硬度增强符合混合法则,结合力达75 N。     

磁控溅射制备TiAlN薄膜组织结构及性能的研究

本文采用射频磁控溅射法在硬质合金钻头表面制备了TiAlN薄膜。XPS测试表明,膜层的主要成分为金属氮化物,Ti/Al原子个数比约为1∶1;XRD分析表明膜层中只出现Ti3AlN的衍射峰,并且在(220)上有明显的择优取向;SEM测试表明所制备的薄膜连续、光滑、组织致密;硬度测试显示薄膜硬度HV最高达到2465;膜/基界面的结合力经测定为42.12N。     

添加Y对电弧离子镀TiAlN薄膜结构和摩擦磨损性能的影响

目的 为进一步提高电弧离子镀TiAlN薄膜的摩擦磨损性能,研究添加元素Y对CrNi3MoVA钢表面电弧离子镀TiAlN薄膜微观组织结构、硬度、弹性模量及摩擦磨损性能的影响。方法 采用Ti-50Al和Ti-49Al-2Y合金靶,利用电弧离子镀技术在CrNi3MoVA钢表面制备两种氮化物薄膜,利用纳米压痕仪和摩擦磨损试验机分别测试了两种薄膜的硬度、弹性模量和摩擦系数,并用SEM、TEM、EDS、GIXRD分析了两种薄膜磨损前后的形貌、成分、相结构。结果 添加Y降低了TiAlN薄膜的晶粒尺寸,使其由柱状晶结构转变为近似等轴晶结构。TiAlYN薄膜的硬度较TiAlN薄膜提高了约25%,其弹性模量与TiAlN薄膜相近。与Si3N4对磨时,在加载载荷为20 N、往复行程为10 mm、往复速率为400 r/min的条件下,TiAlN薄膜的稳定摩擦系数为0.70~0.75,而TiAlYN薄膜的稳定摩擦系数为0.60~0.65,TiAlYN薄膜的磨损率较TiAlN薄膜的磨损率减小了约47%。TiAlN薄膜与TiAlYN薄膜的主要磨损机制均为刮擦磨损,TiAlN薄膜的失效机制主要是脆性裂纹导致的剥落。结论 添加Y对TiAlN薄膜具有明显的减摩耐磨作用,并提高了TiAlN薄膜在摩擦磨损过程中的抗开裂和抗剥落性能。     

电弧离子镀TiN薄膜中的缺陷及其形成原因*

分析了电弧离子镀（ALP）TiN薄膜中的主要缺陷-熔滴、孔洞和疏松等。结果表明：这些缺陷存在于晶内、晶界或者贯穿于整个薄膜；缺陷的存在极大地影响了薄膜的性能；缺陷密度与镀膜方法及具体的工艺参数有密切关系；使用磁过滤器镀制薄膜可显著减少上述缺陷，从而提高薄膜的各种性能。认为使用磁过滤器镀制TiN及其各种复合或多层薄膜是一种切实有效的方法，是今后制备高性能TiN及其复合膜的发展方向，另外，缩短脉冲电弧在高值时的时间，用人工来减少薄膜缺陷也是一种行之有效的方法。     

脉冲偏压占空比对电弧离子镀TiAlN涂层的影响

通过优化电弧离子镀工艺参数改善TiAlN涂层结构及性能对TiAlN涂层应用具有重要的实用价值。本文利用脉冲偏压电弧离子镀制备了TiAlN涂层,研究了偏压占空比对TiAlN涂层结构及性能的影响,结果发现：随着占空比增加,涂层表面缺陷密度和表面粗糙度先降低后增大,占空比为70%时,制备的涂层表面缺陷密度和表面粗糙度最低。随着占空比增加,涂层的硬度和耐磨性得到明显改善,但占空比超过50%后继续增加占空比反而降低了涂层的硬度和耐磨性。TiAlN涂层与Si3N4球对磨时的主要磨损机制为黏着磨损和氧化磨损。     

离子镀TiAlN超硬膜耐磨性研究

利用扫描电镜、电子探针、Ｘ射线衍射仪及Ａｕｇｅｒ电子能谱仪对多弧离子镀ＴｉＡｌＮ系超硬薄膜的耐磨性和磨损机理进行了研究。发现Ａｌ含量约１０％时膜层耐磨性较高。     

电弧离子镀沉积TiAlN膜层的微观特性

采用高纯铝、钛双靶源在TC11基材上沉积制备了TiAlN膜层,并分析研究了膜层微观特性.结果表明:沉积的TiAlN膜层厚2～3 μm,膜层结构致密;可明显地观察到膜基界面处Ti、Al和N三种元素呈梯度分布,存在元素扩散,使膜层与基体间形成冶金结合;膜层沉积过程中钛靶电流对相结构有明显的影响,而基体偏压对相结构无明显影响.     

电弧离子镀制备透明(002)AIN薄膜

在电弧离子镀弧靶上加挡板,分别在挡板屏蔽区内、外用Si(100)和玻璃片作基片沉积出AlN薄膜.用扫描电镜(SEM),X射线衍射仪(XRD),X射线光电子能谱分析仪(XPS)和紫外可见光分光计对AIN薄膜的性能进行了研究.结果表明,在挡板屏蔽区内沉积出的AIN薄膜呈(002)择优取向,无大颗粒污染,在300～1000nm波长范围内透明;在挡板屏蔽区外的AIN薄膜呈(100)择优取向,含有A1污染颗粒,不透明.用电弧离子镀法沉积AIN,样品不需要额外加热就能获得晶态AIN薄膜,样品的温度升高来源于粒子对基底的轰击.     

钛合金表面电弧离子镀TiAlN涂层的耐高温性能

采用独立的高纯钛靶和铝靶,在TC4钛合金基材表面以电弧离子镀工艺沉积制备了TiAlN涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)对比分析了钛合金基体和涂层热疲劳及氧化前后的表面形貌,利用能谱仪(EDS)分析了氧化前后的表面成分变化,利用X射线衍射(XRD)分析了氧化前后的相结构。结果表明,TiAlN涂层表现出很好的高温抗氧化性能和热疲劳抗力,显著改善了TC4钛合金在高温环境下的使用性能。     

低温磁控溅射与普通多弧离子镀TiN薄膜的摩擦学性能比较

采用低温磁控溅射和普通多弧离子镀分别在冷作模具钢基体上制备了TiN薄膜，用纳米压痕法测量了薄膜的表面硬度，并比较了低温磁控溅射与普通多弧离子镀TiN薄膜的摩擦学性能。试验表明，低温磁控溅射TiN薄膜具有与普通多弧离子镀TiN薄膜相近的表面硬度，在多种试验条件下，低温磁控溅射TiN薄膜都有较好的摩擦学性能，摩擦副的磨损率低，摩擦因数小且变化平稳，磨损表面光滑。     

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。     

电弧离子镀制备透明(002)AlN薄膜

在电弧离子镀弧靶上加挡板,分别在挡板屏蔽区内、外用Si(100)和玻璃片作基片沉积出AlN薄膜。用扫描电镜(SEM),X射线衍射仪(XRD),X射线光电子能谱分析仪(XPS)和紫外可见光分光计对AlN薄膜的性能进行了研究。结果表明,在挡板屏蔽区内沉积出的AlN薄膜呈(002)择优取向,无大颗粒污染,在300～1000nm波长范围内透明;在挡板屏蔽区外的AlN薄膜呈(100)择优取向,含有Al污染颗粒,不透明。用电弧离子镀法沉积AlN,样品不需要额外加热就能获得晶态AlN薄膜,样品的温度升高来源于粒子对基底的轰击。     

电弧离子镀法制备高硬度Cr-Si-C-N薄膜

采用电弧离子反应沉积技术在SCM415渗碳淬火钢基片上沉积了Cr-Si-C-N薄膜,三甲基硅烷(TMS)反应气体作为Si和C掺杂源,通过改变TMS流量实现了薄膜中si和C含量的调节.利用XPS,XRD,HRTEM和显微硬度计研究了Cr-Si-C-N薄膜的化学状态、显微组织和显微硬度.Cr-Si-C-N薄膜中的Si和C含量随TMS流量的增加而单调增加.在TMS流鼍小于:90 mL/min时,薄膜中Si和C含量较少,薄膜由Cr(C,N)纳米晶与Si_3N_4非品(nc-Cr(C,N)/a-Si_3N_4)组成,薄膜硬度随流量的增加而单调增大,最大至4500 HK.硬度的增加源于固溶强化及薄膜中纳米晶/非晶复合结构的形成;当TMS流量大于90 mL/min时,薄膜中Si和C含量较多,多余的C以游离态形式存在,且随TMS流量的增加而增多,薄膜硬度下降.     

TC11钛合金表面电弧离子镀TiAlN涂层防护性能的研究

利用电弧离子镀技术在TC11钛合金基体上沉积TiAlN涂层。采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）等方法对比分析了钛合金基体和涂层氧化前后的表面形貌、物相结构。采用X射线光电子能谱仪（XPS）对TiAlN涂层性能进行了分析,研究了基体和镀膜的耐磨性。结果表明,TiAlN涂层显著改善了钛合金的粘着磨损性及高温抗氧化性,在空气中650℃静态氧化100h后,TiAlN涂层依然保持良好的状态和抗磨损性能。     

电弧离子镀TiAlN和TiAlSiN涂层的高温摩擦磨损行为

采用电弧离子镀技术在高速钢和单晶硅上沉积TiAlN和TiAlSiN涂层,利用高温摩擦磨损试验机考察两种涂层在常温、400℃和600℃下的摩擦磨损行为。通过光学轮廓仪观察涂层磨损后三维形貌和二维磨痕轮廓曲线,利用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析磨痕、摩擦副的微观形貌以及元素分布,研究Si元素的加入对TiAlN涂层高温摩擦磨损性能的影响。结果表明:TiAlN、TiAlSiN涂层在600℃摩擦稳定后的摩擦因数最低,其次是在400℃,常温下的摩擦因数最高;TiAlN涂层在常温下摩擦完后已经磨穿失效,而TiAlSiN涂层在600℃摩擦完后才失效。粘着磨损和氧化磨损主要存在于TiAlN涂层摩擦过程中,TiAlSiN涂层常温下主要磨损形式为磨粒磨损、粘着磨损以及塑性变形导致的鱼鳞状裂纹,400℃下为粘着磨损和氧化磨损,600℃下为磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损。     

非平衡磁控溅射离子镀TiN、TiAlN涂层抗高温氧化行为的研究

采用非平衡磁控溅射离子镀在W6M05Cr4V（M2）高速钢表面分别进行TiN、TiAlN涂覆．对TiN涂层和TiAIN涂层的抗高温氧化性能做对比性分析。通过观察不同温度下氧化后涂层的宏观形貌和色泽,涂层表面光学显微彤貌以及涂层表面显微硬度的变化,判定TiN、TiAlN涂层的抗高温氧化性能。结果表明,TiN涂层开始氧化温度为600℃,TiAIN涂层开始氧化温度为750℃。