铝合金等离子体基离子注入形成AlN/TiN层及其耐磨性能

用X射线光电子能谱 (XPS)和小掠射角X射线衍射 (GAXRD)研究了铝合金LY12等离子体基离子注入形成AlN/TiN改性层的成分分布及相结构 .在此基础上测量了改性层的纳米硬度 ,并进行了摩擦磨损试验 .结果表明 ,氮和钛都能有效地注入到铝合金里 ,后注入的元素对先注元素的含量和分布有重要影响 .钛、氮同时注入在试样表面形成一层稳定的钛、氮化合层 .和未改性试样相比 ,所形成的AlN/TiN改性层纳米硬度及承载能力都提高 5倍以上 .在低滑动载荷下 ,摩擦系数减小 70 %以上 ,耐磨性提高近 10倍 ,耐磨寿命提高了近 6倍 ,粘着磨损程度显著减轻 .随着载荷的增加 ,相应的耐磨性能有所降低 .适当的改性层结构及其中分布的TiO2 、TiN、TiAl3、Al2 O3、AlN等相是性能改善的主要原因     

铝合金等离子体基离子注入形成AlN／TiN层结构研究

用X射线光电子能谱和小掠射角X射线衍射研究了铝合金LY12等离子体基离子注入形成的AlN/TiN改性层的结构。结果表明,N和Ti能注入铝合金表面,N在注入层呈类高斯分布,而Ti沿注入方向呈梯度递减。后注入的Ti和N对先注入的N的含量和分布有重要影响。同时注入Ti和N,能在试样表面形成一层稳定的Ti,N层。所形成的AlN/TiN改性层主要由TiO2,TiN,TiAl3,Al2O3,AlN相组成。     

铝合金等离子体基离子注入形成AlN/TiN层结构研究

用X射线光电子能谱和小掠射角X射线衍射研究了铝合金LY12等离子体基离子注入形成的AlN/TiN改性层的结构。结果表明 ,N和Ti能注入铝合金表面 ,N在注入层呈类高斯分布 ,而Ti沿注入方向呈梯度递减。后注入的Ti和N对先注入的N的含量和分布有重要影响。同时注入Ti和N ,能在试样表面形成一层稳定的Ti,N层。所形成的AlN/TiN改性层主要由TiO2 ,TiN ,TiAl3 ,Al2 O3 ,AlN相组成     

铝合金等离子体基离子注入形成A1N/TiN层结构研究

用X射线光电子能谱和小掠射角X射线衍射研究了铝合金LY12等离子体基离子注入形成的AIN/TiN改性层的结构.结果表明,N和Ti能注入铝合金表面,N在注入层呈类高斯分布,而Ti沿注入方向呈梯度递减.后注入的Ti和N对先注入的N的含量和分布有重要影响.同时注入Ti和N,能在试样表面形成一层稳定的Ti,N层.所形成的AlN/TiN改性层主要由TiO2,TiN,TiAl3,Al2O3,AlN相组成.     

铝合金等离子体基离子注入形成AIN/TiN层及其耐磨性能

用X射线光电子能谱(XPS)和小掠射角X射线衍射(GAXRD)研究了铝合金LY12等离子体基离子注入形成AIN/TiN改性层的成分分布及相结构．在此基础上测量了改性层的纳米硬度,并进行了摩擦磨损试验．结果表明,氮和钛都能有效地注入到铝合金里,后注入的元素对先注元素的含量和分布有重要影响．钛、氮同时注入在试样表面形成一层稳定的钛、氮化合层．和未改性试样相比,所形成的AIN/TiN改性层纳米硬度及承载能力都提高5倍以上．在低滑动载荷下,摩擦系数减小70％以上,耐磨性提高近10倍,耐磨寿命提高了近6倍,粘着磨损程度显著减轻．随着载荷的增加,相应的耐磨性能有所降低．适当的改性层结构及其中分布的TiO2、TiN、TiAl3、Al2O3、AIN等相是性能改善的主要原因．,The disfribution of composition and microstructure of the AIN/TiN layer of aluminum alloy 2024 im-planted by Plasma Based Ion Implantation(PBⅡ) were characterized using X -ray Photoelectron Spectroscopy(XPS) and Glancing Angle X -ray Diffraction (GAXRD). XPS results show that N and Ti can be implantedinto 2024 effectively, the content of N presents a Gaussian - like distribution, and that of Ti decreases gradu-ally along the implanted direction from the surface. The post -implanted elements have great influence on thecontent and depth profile of the pre - implanted ones. The simultaneously implanted Ti and N can form asteady layer of Ti and N on the surface. In comparison with 2024, the AIN/TiN layer has remarkably improvedthe mechanical properties, of which both the nano - hardness and the load bearing capacity have in most cases increased over 5 times, the friction coefficient has been decreased more than 70% , wear life has been im-proved near to 6 times, and the wear resistance has enhanced approximately 10 times and the degree of adhe-sive wear has lightened markedly at low sliding loads. Nevertheless, the wear-resistant properties are reducedgradually with increasing the sliding load. The great improvement of the mechanical properties is mainly owingto the proper structure of the layer and the presence of TiO2, TiN, TiAl3, Al2O3, and AIN phases in it.     

全方位离子注入与沉积TiN薄膜的纳米压痕和纳米划擦行为

用等离子体浸没离子注入与沉积(PIIID)复合改性技术在AISI52100轴承钢基体表面合成了高硬耐磨的TiN薄膜。膜层的相组成及其表面形貌分别用X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)表征。合成薄膜前后试样的力学性能经纳米压痕和划痕实验评价。XRD结果表明,膜层中主要存在TiN相,择优取向(200),同时含有少量TiO2和钛氮氧的化合物。AFM形貌显示出试样表面TiN呈定向排列,膜层均匀完整,结构致密。纳米压痕测试结果表明,膜层具有较高的纳米硬度和弹性模量,最大值分别达到22.5和330 GPa,较基体分别增长104.5%和50%。根据纳米划痕形貌和划痕深度随划痕位置的变化关系分析出,薄膜在纳米划擦过程中先后经历了弹性变形,弹塑性变形,加载开裂或卸载剥落三个阶段。划擦剥落抗力达到80mN,表明TiN薄膜具有很好的弹性恢复能力和较强的疲劳剥落抗力。     

等离子体基离子注入制备TiN膜的成分结构

采用Ti、N等离子体基离子注入和先在基体表面沉积纯钛层然后离子注氮混合两种方法在铝合金基体上制备了TiN膜.利用XPS分析了两种方法制备TiN薄膜的成分深度分布和元素化学价态,并用力学性能显微探针测试对比了TiN膜的纳米硬度.研究表明:两种方法制备的薄膜均由TiN组成,Ti、N等离子体基离子注入薄膜中Ti/N≈1.1,而离子注入混合薄膜中Ti/N≈1.3,Ti、N等离子体基离子注入薄膜表面区域为TiN和TiO2的混合组织,TiN含量多于TiO2,离子注入混合薄膜表面主要是TiO2;Ti、N等离子体基离子注入所制备的薄膜的纳米硬度峰值为12.26 GPa,高于离子注入混合的7.98 GPa.     

脉冲激光诱导钛表面氮化的研究

介绍了在氮气气氛下,用脉冲激光照射钛表面实现钛的诱导氮化的实验结果.利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和拉曼光谱对氮化表面进行了结构表征和性能分析.X射线衍射(XRD)结果显示氮化层的主要成分是a-Ti相和δ-TiN相,同时含有少量的a-Ti(N)固溶体.随着激光平均功率的增加,氮化层中δ-TiN相和α-Ti(N)固溶体含量逐渐增加,相应的氮含量也逐渐增加.纳米硬度测试结果显示氮化层的纳米硬度和弹性模量较基材钛明显增加,2mN载荷下测得氮化层的纳米硬度和弹性模量分别在11.5～15GPa和200～250GPa之间.     

铝合金等离子体淹没离子注入氮层组织及其耐磨性

用等离子体淹没离子注入技术向硬铝ＬＹ１２和锻铝ＬＤ１０注入氮离子，剂量范围为２×１０＾１７～１×１０＾１８Ｎ＾＋－ｃｍ＾－２，并用Ａｕｇｅｒｙ谱（ＡＥＳ）及透射电镜（ＴＥＭ）分析注入层的浓度分析及组织结构，利用机械性能显微探针测量注入层的纳米硬度，进行了磨损试验，氮离子注入到铝合金中能形成细小弥散的ＡｌＮ析出相，显著提高合金表层纳米硬度，耐磨随着注入剂量的增加而提高。     

氮等离子体浸没离子注入TC4钛合金的研究

等离子体浸没离子注入（PIII）方法由于其优异的性能,近年来受到研究人员的高度关注。本文利用等离子体浸没离子注入（PIII）技术在TC4钛合金基体上注入氮。x射线衍射（xRD）表明注入的氮以TiN的形式存在于基体表面附近,且出现了（200）择优取向。x射线光电子能谱（XPS）表明氮元素含量随剥蚀先增加后减少,与SRIM软件的模拟结果吻合。纳米硬度测试表明注氮后材料的硬度显著提高,表面纳米硬度增加108％。     

氮势对奥氏体不锈钢离子渗氮性能的影响

对AIS1304奥氏体不锈钢进行了不同氮势的离子渗氮,利用金相显微镜、轮廓仪、摩擦磨损试验机、X射线衍射仪和显微硬度计测试了经渗氮处理后试样改性层的截面形貌、微观结构、相组成和力学性能,并与未渗氮的试样进行了比较。结果表明：随着氮势的增加,试样表面的渗层深度、磨损程度、显微硬度呈规律性变化;X射线衍射分析表明：低氮势容易形成S相,高氮势有利于氮化物的形成。     

电弧离子镀TiN/Ti纳米多层膜的力学性能

采用多弧离子镀技术,在不同沉积参数下合成具有纳米调制周期的TiN/Ti多层膜。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、XP-2台阶仪、XP型纳米压痕仪、X射线能谱仪(EDS)研究了调制周期对TiN/Ti纳米多层膜微观结构、表面形貌以及力学性能的影响。结果表明,膜层由TiN和Ti交替组成,不存在其它杂相,且TiN薄膜以面心立方结构沿(111)密排面择优生长;TiN/Ti多层膜外观致密、平滑、颜色均匀金黄,随着调制周期的减小,薄膜表面大颗粒数量和尺寸均减小,且氮含量逐渐升高,膜层硬度呈现出增大的趋势。     

类金刚石碳膜的结构及其微动磨损行为

采用非平衡磁控溅射与等离子源离子注入(PSII)的混合技术，在1Crl8Ni9Ti不锈钢上制备N／Ti，N／TiN／C／DLC多层膜，研究其结构和微动磨损性能，并与N注入层比较。结果表明，N注入层内形成了CrN和Fe3N等氮化物相；多层膜内形成了TiN，Ti2N和CrN等化舍物相。PSII技术能够提高1Crl8Ni9Ti不锈钢的表面硬度，N注入层的硬度约为基体硬度的2．5倍，DLC多层膜的硬度约为基体硬度的4倍。N注入层和DLC多层膜都能够提高1Crl8Ni9Ti的抗微动磨损性，虽然DLC多层膜比N注入层薄，但其抗微动磨损性能更好。     

掺钛类金刚石膜的微观结构研究

采用无灯丝离子源结合非平衡磁控溅射的方法,在模具钢及单晶硅基体上制备了梯度过渡的掺钛类金刚石（Ti-DLC）膜层,利用俄歇电子谱（AES）、透射电镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）及X射线衍射（XRD）等手段对膜层的过渡层、界面及微观结构进行研究。结果表明：制备的膜层成分深度分布与所设计的基体/Ti/TiN/TiCN/TiC/Ti-DLC相吻合,在梯度过渡中不同膜层之间界面体现为渐变过程,结合非常良好;少量的Ti主要以纳米晶TiC的形式掺入到非晶DLC膜当中;所制备的膜层具有厚2.9μm、硬度高达25.77 GPa、膜/基结合力44 N-74 N。     

Q235表面辉光等离子渗镀TiN耐蚀性研究

利用等离子辉光放电溅射技术,在碳钢表面复合渗镀形成TiN扩散层和沉积层.表面成分检测渗镀层呈梯度材料分布,表面钛原子和氮原子之比,符合TiN相结构.渗镀层总深度约有15μm,表层TiN约有4μm.渗镀层成分检测表明,与基体之间呈梯度分布.X射线衍射结果表明,渗镀层表面为TiN,其中(200)晶面的衍射峰最强,具有明显的择优取向.TiN复合层在H2S溶液中的腐蚀行为表明:辉光合成的TiN涂层可以提高材料在富液溶液中的耐蚀性能,与PVD沉积TiN试样和基体低碳钢试样相比耐蚀性分别提高了5.76,49.76倍.     

纳米改性金属陶瓷的组织和力学性能

讨论了纳米TiN改性TiC基金属陶瓷(纳米改性金属陶瓷)的组织与力学性能。结果表明,金属陶瓷组织仍为两相结构(陶瓷相+金属相),其中粗大的陶瓷相为芯/壳结构,即Ti(C,N)芯外包覆有一层硬质相(Ti,Mo,W)(C,N)(即"SS"相)。TEM观察显示,纳米TiN主要在两相或三相晶界上分布。随纳米TiN的增加,纳米改性金属陶瓷的组织明显细化;组织的细化与纳米TiN在TiC/TiC晶界的分布阻止了TiC晶粒的长大有关。抗弯测试表明,抗弯强度在添加8 wt%纳米TiN时达到最大值;抗弯断口显示沿晶断裂为主要的断裂模式。     

结构调制超硬Ti/TiN纳米多层膜的制备及其尺寸效应

使用多弧离子镀技术在高速钢基体上制备了调制周期为5~40 nm的Ti/TiN纳米多层膜,用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、纳米压痕仪和划痕仪等手段表征薄膜的微观结构和性能,研究了调制周期对Ti/TiN纳米多层膜性能的影响,并讨论了在小调制周期条件下Ti/TiN纳米多层膜的超硬效应和多弧离子镀技术对纳米多层膜硬度的强化作用。结果表明,与单层TiN相比,本文制备的Ti/TiN纳米多层膜分层情况良好,薄膜均匀致密,没有明显的柱状晶结构,TiN以面心立方结构沿(111)方向择优生长。随着调制周期的减小薄膜的硬度呈现先增大后减小的趋势,并在调制周期为7.5 nm时具有最大的硬度42.9 GPa和H/E值。这表明,Ti/TiN在具有最大硬度的同时仍然具有良好的耐磨性和韧性。Ti/TiN纳米多层膜的附着力均比单层TiN薄膜的附着力高,调制周期为7.5 nm时多层膜的附着力为(58±0.9) N。     

TiN/Si3N4纳米多层膜的生长结构与超硬效应

采用磁控溅射方法制备了一系列不同Si3N4和TiN层厚的TiN/Si3N4纳米多层膜,采用X射线衍射、高分辨电子显微分析和微力学探针表征了薄膜的微结构和力学性能,研究了Si3N4和TiN层厚对多层膜生长结构和力学性能的影响.结果表明:当Si3N4层厚小于0.7 nm时,原为非晶的Si3N4在TiN的模板作用下晶化并与之形成共格外延生长的柱状晶,使TiN/Si3N4多层膜产生硬度和弹性模量异常升高的超硬效应.最高硬度和弹性模量分别为34.0 GPa和353.5 GPa.当其厚度大于1.3 nm时,Si3N4呈现非晶态,阻断了TiN的外延生长,多层膜的力学性能明显降低.此外,TiN层厚的增加也会对TiN/Si3N4多层膜的生长结构和力学性能造成影响,随着TiN层厚的增加,多层膜的硬度和弹性模量缓慢下降.     

氮离子注入纯铁在人工模拟体液中的腐蚀性能研究

采用40kV的氮等离子体离子注入工业纯铁,注入剂量为7×1017ions/cm2,X射线光电子能谱(XPS)研究表面注入层元素的成分和价态,X射线衍射(XRD)分析注入层的物相转变,采用恒电位极化腐蚀试验研究了离子注入后材料在人工模拟体液中腐蚀行为.试验结果表明,氮离子注入能有效的改善纯铁在模拟体液中的耐蚀性,XRD和XPS分析发现,在试样表层形成较多的γ'-Fe4N化合物,有效的提高了材料表面的耐蚀性.     

磁控溅射Ti-Si-N纳米复合超硬膜的研究

传统的TiN膜具有硬度高、耐磨、耐腐蚀及其他优良的性能,在刀具、工磨具等已经有了广泛的应用。随着科技的发展,近年来许多科技工作者都企图采用多种方法来进一步改善TiN薄膜,其中包括添加Al,Si,C,B等合金元素至TiN膜中,以改善起组织结构和性能。自从S.Veprek首先报道采用CVD的方法制备Ti-Si-N纳米复合膜后,由于Ti-Si-N膜具有nc-TiN/a-Si_3N_4组织结构,即纳米尺寸的TiN嵌镶在非晶Si_3N_4基体中,Ti-Si-N类纳米复合超硬膜以其高硬度、耐磨性、优良的热稳定性和化学稳定性引起了人们的普遍关注。采用钛硅复合靶,通过控制反应磁控溅射的各工艺参数制得了一系列Ti-Si-N膜,并借助能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)、纳米压入仪和划痕仪对膜层的成分、结构和力学性能进行了分析。结果发现,可方便地通过改变氮气分压的方法来调整Ti、Si元素含量比、微观组织结构及力学性能。少量氮气的加入能制得纳米硬度高达53GPa的Ti-Si-N超硬膜,而随着氢气分压的增加,膜层中TiN相和Si_3N_4相的比例减小,纳米硬度逐渐下降,同时,TiN晶粒的平均尺寸也逐渐减少。