多弧离子镀TiN涂层工艺及相结合

探讨了多弧离子镀技术中预轰击时间,氮分压和靶电流等对高速钢ＴｉＮ涂层的影响,结果表明,在不同的工艺条件下,ＴｉＮ涂层的相结构组成基本相同,但相对量不一样。当氮分压降低时或当预轰击时间延长时,涂层的硬度增大,耐磨性能改善。当靶电流减小时,涂层的硬度和耐磨性能降低。     

AlCrBN/AlCrSiN纳米晶多层复合涂层的制备及其性能

目的制备高硬度、高耐磨性、自润滑及高热稳定性的AlCrBN/AlCrSiN纳米晶多层复合涂层,探索涂层的微观结构、力学性能、耐磨性能及高温热稳定性能。方法采用多弧离子镀技术在WC-Co硬质合金以及不锈钢基底上,制备AlCrBN/AlCrSiN多层纳米晶复合涂层。采用扫描电子显微镜、X射线衍射、透射电子显微镜、纳米压痕仪等设备,对涂层在不同温度(600~1000℃)下退火前后的表面形貌、微观结构、力学性能、耐磨性能进行系统研究。结果AlCrSiN/AlCrBN涂层为典型的纳米晶复合多层结构,涂层主要由fcc-AlCrN纳米晶镶嵌在非晶的SiNx和BNx中并形成多层结构。涂层具有优异的热稳定性能,其结构能够保持到800℃不发生变化,当温度增加到900℃时,涂层发生调幅分解,形成c-AlN、hcp-AlN和Cr2N等复合结构,在1000℃退火后,涂层结构基本稳定,仍能检测到CrN相。涂层纳米硬度及平均摩擦因数分别为29.15 GPa和0.67。结论AlCrSiN/AlCrBN涂层具有优异的力学性能、耐磨性能及高温热稳定性能,在800℃以下保持稳定,在1000℃退火后仍能保持较高的硬度及良好的耐磨性能,在高速切削刀具中具有良好的应用前景。     

多弧离子镀制备TiSiN-Cu涂层的结构和摩擦学性能

目的通过在TiSiN涂层中掺杂软金属Cu,提高TiSiN涂层的摩擦性能。方法采用多弧离子镀技术,在316L不锈钢基体上沉积TiSiN-Cu涂层。用扫描电子显微镜(SEM)观察涂层的表面形貌,用X射线光电子能谱仪(XPS)和X射线衍射仪(XRD)来分析涂层的元素组成和相组成,通过纳米压痕硬度测试和摩擦磨损实验,表征不同Cu含量TiSiN-Cu涂层的力学性能和摩擦学性能。结果 Cu含量对TiSiN涂层的结构、硬度和摩擦性能有明显影响。Cu在涂层中主要以单质形式存在,由于与空气接触,涂层表面有少量的CuO。随着Cu含量的增加,TiN的晶粒尺寸先减小后增加,硬度先升高后降低。在Cu原子数分数为6.28%时,硬度达到最大值29.26 GPa。在干摩擦条件下,TiSiN-Cu涂层的磨损率在Cu原子数分数为12.93%时达到最低,为6.65×10-7 mm~3/(N·m)。在海水环境下,涂层的磨损率较大。结论软金属Cu作为固体润滑颗粒可以明显改善Ti Si N涂层的干摩擦性能,在海水条件下,摩擦与腐蚀的交互作用加速了涂层材料的损耗。     

空心阴极与多弧离子镀TiN涂层高速钢摩擦磨损特性的比较研究

本文用空心阴极和多弧离子镀方法在高速钢基体材料上制备了TiN靠层，研究评价了其摩擦磨损性能，并与刀具切削性能进行对比．结果表明：TiN涂层的摩擦磨损性能优于基体材料．从摩擦磨损机制上探讨了经TiN涂层的高速钢刀具比非涂层的刀具使用寿命明显延长，加工质量明显提高的原因。     

金属陶瓷多弧离子镀TiN／TiAlN涂层的结构与性能

采用多弧离子镀技术在Ti（C，N）基金属陶瓷基体上沉积了TiN／TiAlN涂层，通过扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、原子力显微镜等分析技术对其显微组织、成分、相结构、粗糙度及涂层与基体间的结合强度进行了分析。结果表明，多弧离子镀TiN／TiAlN涂层后试样的表面为金黄色，涂层光滑平整，其均方根粗糙度为20．6nm，显微硬度达到2808HK。TiN相和TiAlN相均存在强烈的（111）择优取向。Al的含量从涂层内部到表面逐渐增大，呈现梯度分布特征。TiN／TiAlN涂层与金属陶瓷之间的结合强度高达57．52N。     

热处理对TiAlCeN涂层结构和性能的影响

采用电弧离子镀(AIP)技术制备了TiAlCeN涂层,并对其进行800～1100℃热处理。采用SEM、显微硬度仪和划痕试验机等研究了不同温度和保温时间下涂层微观结构和性能的变化。结果表明:经900℃×3 h高温处理后的TiAlCeN涂层刀片综合性能最优,其显微硬度可达2000 HV0.5,结合强度最高可达65 N。     

PVD氮化钛涂层刀具切削性能的试验研究

采用电弧离子镀涂层工艺,制备了TiN涂层高速钢钻头和TiN涂层硬质合金铣刀,检测了TiN涂层的膜层性能,并进行了有TiN涂层和无涂层刀具的切削对比试验。结果表明,有TiN涂层的高速钢钻头使用寿命是无涂层钻头的5～7倍,有TiN涂层硬质合金铣刀的使用寿命是无涂层铣刀的3～11倍。     

多弧离子镀Al靶弧流对活塞环AlCrN涂层性能的影响

采用多弧离子镀技术方法在铸铁活塞环的表面沉积一层AlCrN涂层,在各种参数一定的情况下,通过改变Al靶的弧流来研究AlCrN涂层的组织和性能的变化.采用SEM,XRD,MM-200型摩擦试验机和显微硬度计测试涂层的表面组织形貌、显微硬度和涂层的摩擦因数.实验结果表明:Al靶弧流对涂层的微观组织和力学性能影响都很大.随A...     

弧电流对电弧离子镀沉积超硬ta-C薄膜的影响

用电弧离子镀设备,以获得超硬四面体非晶ta-C薄膜为目的,通过改变弧电流,在硬质合金基体上沉积制备了5组类金刚石DLC薄膜,主要考察弧电流对薄膜结构、性能以及获得超硬ta-C薄膜的影响规律。采用SEM、Raman、XPS、纳米压痕以及摩擦磨损仪分别表征了薄膜的形貌、结构、力学性能以及摩擦性能。结果表明：当弧电流为30 A时,薄膜表面最为平整致密、大颗粒数量最少,Raman谱的I_D/I_G值最小为0.87、sp^₃键含量最大为64%,薄膜的硬度和弹性模量最大分别为56.7 GPa和721.1 GPa、弹性恢复系数高达58.9%,且薄膜的摩擦系数最小为0.073,表明此时获得了具有优异综合性能的超硬ta-C薄膜;但随着弧电流的增加,薄膜表面变得疏松多孔、表面大颗粒增多,I_D/I_G增大、sp^₃键含量减小,薄膜的硬度H和弹性模量E逐渐减小,薄膜的摩擦系数也逐渐增大、摩擦性能大大降低,此时薄膜又归于呈现普通的性能一般的DLC薄膜特征。分析表明,若用电弧离子镀技术制备性能优异的超硬四面体非晶ta-C薄膜,需控制薄膜在较小的离子通量下沉积生长,为此需选择较小的弧电流方能实现。     

脉冲电源占空比对电弧离子镀AlCrN涂层结构和性能的影响

目的 研究阴极电弧离子镀脉冲电源占空比对AlCrN涂层结构和性能的影响,优化工艺参数,以提高涂层的性能。方法 采用脉冲电弧离子镀制备不同占空比AlCrN涂层,利用扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、X射线衍射仪（XRD）、纳米压痕仪和Chi650e电化学工作站,表征涂层的结构、力学性能和耐蚀性能。结果 随着占空比的增加,涂层表面颗粒面积分数和粗糙度先逐渐增加,当占空比大于20%后,颗粒面积分数趋于平稳,同时涂层的厚度从4.06 μm逐渐增加到7.56 μm。当占空比低于20%时,涂层中存在较多的孔隙;当占空比大于20%后,涂层中的孔隙较少,涂层结构较为致密。XRD结果表明,AlCrN涂层为立方结构,晶粒尺寸在14.9~18 nm之间。涂层硬度和结合力均随占空比先增加后减小,占空比为25%时,硬度可达35.19 GPa,结合力为81.7 N。占空比为25%时,涂层的自腐蚀电位较高,自腐蚀电流密度最小,表明该涂层的耐蚀性较强。结论 适当地提高脉冲电源占空比可降低涂层中孔隙的含量,提高涂层的硬度和膜基结合力,同时提高涂层的抗腐蚀性。     

沉积温度对电弧离子镀AlCrSiN涂层的影响

目的 优化涂层制备工艺,改善AlCrSiN涂层的力学及摩擦性能。方法 采用可调节磁场强度的新型电弧离子镀技术,在不同沉积温度下研制AlCrSiN涂层。利用XRD及SEM分析AlCrSiN涂层的相结构、截面形貌,借助纳米压痕仪、划痕测试仪、高温摩擦磨损试验机以及台阶仪测试AlCrSiN涂层硬度、膜/基结合强度以及摩擦磨损性能。系统分析沉积温度对AlCrSiN涂层的成分分布、微观结构演变、力学性能的影响,并研究沉积温度对AlCrSiN涂层摩擦磨损性能的影响规律及磨损机制。结果 随着沉积温度逐渐升高,涂层吸附原子的活性增强,涂层沉积速率出现先上升、再下降的趋势。随着沉积温度升高,涂层中的Cr₂N相逐渐替代CrN相,且hcp-AlN相沿(11■0)晶面择优生长。各沉积温度下,AlCrSiN涂层均与单晶硅片基体表面结合良好,且具有良好的致密性。沉积温度的升高,增强了原子的扩散能力,致使晶粒尺寸增大。随着沉积温度升高,涂层的硬度及弹性模量均呈上升趋势,而H/E、H³/E*²均先升高、后降低,涂层膜/基结合强度逐渐增大。当沉积温度为3...     

多弧离子镀制备TiSiN涂层的结构及其摩擦学行为

为了研究Si含量对TiSiN涂层性能的影响,采用多弧离子镀技术在Ti6Al4V表面制备了不同Si含量(质量分数)的TiSiN涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、电子能谱仪(EDS)、X射线光电子能谱仪(XPS)纳米压痕仪、摩擦磨损试验机表征其表面形貌、成分,力学性能及摩擦学性能。结果表明:随着靶材中Si含量的增加,涂层硬度从35GPa增加到42GPa。在TiSiN涂层中Si元素主要以Si3N4非晶态存在,形成了非晶Si3N4包裹TiN纳米晶结构。当靶材中Si含量为8%时,涂层在海水中的磨损率约为2.1×10-6 mm3/(N·m),此时涂层的摩擦性能最好。     

Ni含量对NiCrN涂层腐蚀磨损机理的影响

为了提高农业机械部件的腐蚀磨损性能,采用电弧离子镀技术在42CrMo钢基体上制备NiCrN涂层,系统研究Ni含量对涂层结构、力学性能以及腐蚀磨损性能的影响。结果表明:通过调节靶材组分实现涂层中Ni含量(原子数分数)的变化(35.9%～67%)。涂层物相主要由金属Ni相、Cr_2N及CrN陶瓷相组成。随着涂层中Ni含量增加,涂层与基体结合强度提高,而涂层硬度从759 HK0.025降低至566 HK0.025。根据腐蚀磨损动力学曲线可知:随着涂层中Ni含量增加,涂层失重速率先降低后升高,44.1%Ni涂层失重速率最低,耐腐蚀磨损性能最佳。在腐蚀磨损过程中,腐蚀介质以涂层中贯穿性缺陷作为腐蚀通道与基体发生接触,使得腐蚀优先发生在膜-基界面的基体上。腐蚀与磨损存在明显的交互作用,加速了涂层的失效。     

钢领表面电弧离子镀TiAlCN薄膜

在低温(145℃)条件下,采用真空电弧离子镀技术在GCr15钢领表面制备TiAlCN薄膜。利用扫描电子显微镜(SEM)、电子探针(EPMA)、X射线衍射仪(XRD)、附着力测试仪和显微硬度计分析测试薄膜形貌和性质。结果表明,负偏压较小,液滴尺寸大;负偏压过高,液滴脱落后留下很多凹坑,薄膜组织性能恶化。随着弧电流的增大,液滴发生细化。当弧电流为50A、负偏压为-100V和镀膜时间为50min时,薄膜的均匀性和致密性好,薄膜表面的液滴分布均匀且尺寸小,液滴最大尺寸小于2μm,膜层平均厚度为2.2μm,膜层中有Fe0.975Ti0.025(110)、Ti2N(112)和AlTi3(CN)0.6等多种物质的存在,改善了膜层的组织结构,薄膜的附着力达到最大值39.8N,薄膜的硬度达到最大值1 776HV0.01,显著提高了钢领的表面硬度。     

梯度基体负偏压真空多弧离子镀沉积TiN涂层及其力学性能

目的通过梯度基体负偏压沉积工艺,获得综合性能优良的Ti N涂层。方法采用多弧离子镀工艺,在0~-180 V连续变化的梯度基体负偏压参数下沉积梯度Ti N涂层。通过X射线衍射仪和扫描电子显微镜对涂层的物相结构和形貌进行分析,通过纳米压痕和纳米划痕对涂层的力学性能进行系统研究。结果与无梯度沉积的涂层相比,梯度基体负偏压沉积Ti N涂层的(111)晶面衍射峰减小,厚度增加,表明涂层的沉积速率增大。经测试,梯度涂层的断裂临界载荷L_(c2)=215.21 m N,硬度值H=31.2GPa,弹性模量E=498 GPa,塑性变形临界载荷L_y=81.65 m N;无梯度沉积涂层的L_(c2)=248.63 m N,H=29.6 GPa,E=452 GPa,L_y=23.39 m N。二者相比之下,梯度涂层虽然断裂临界载荷有所减小,但硬度值和弹性模量均有所增大,并且塑性增大,塑性变形临界载荷大幅增加,综合力学性能提高。结论梯度基体负偏压沉积工艺改变了常规的单一参数设置,在沉积过程中,基体负偏压对涂层生长的影响不断改变,获得的涂层具有结构上的梯度变化,从而力学性能得到了改善。     

基底偏压对电弧离子镀制备AlCrVN涂层微结构及力学性能的影响

目的 研究基底偏压对AlCrVN涂层微结构及力学性能的影响。方法 采用电弧离子镀技术,使用合金靶AlCrV,纯N₂作为引弧介质和氮源,在不同的基底偏压下制备AlCrVN涂层,对AlCrVN涂层的物相结构、微观形貌、硬度、摩擦因数及磨损率进行测试分析,作为对比制备了AlCrN涂层。结果 AlCrVN涂层为柱状晶结构,由面心立方CrN为基础的(CrV)N置换固溶体相和Cr₂N六方相2种晶相组成,随着基底偏压的增大,涂层衍射峰强度及位置变化不明显;涂层表面的大颗粒数量减少,凹坑增多;涂层硬度由50V时的22 GPa增大到150 V时的24.2 GPa,200 V时硬度值减小到22 GPa;摩擦因数由0.42增大到0.71;磨损率由6.4×10^-7 mm³/(N·m)逐渐增大到13.2×10^-7 mm³/(N·m)。结论 基底偏压对AlCrVN涂层性能影响较大,低偏压(50V)时,涂层的摩擦因数、磨损率最低,耐磨性能最好。含V元素的AlCrVN涂层的力学和摩擦学性...     

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(Ti,Cr)N涂层的制备与性能研究

采用电弧离子镀膜机,通过调节Ti靶和Cr靶的阴极弧电流,在W6Mo5Cr4V2高速钢基体上制备了（Ti1-x Crx）N涂层,并对其组织结构和性能进行了研究。结果表明,该涂层具有较高的显微硬度,而且随Cr含量的增加,硬度值先增大后减小;涂层具有较高的膜基结合力;Cr的引入不仅有利于提高膜基结合力,对（Ti,Cr）N涂层的抗氧化性也有好处,在700℃时具有很好的抗氧化性。