Ag、Cu掺杂MoCN薄膜结构及摩擦性能的研究

目的 利用软金属Ag、Cu等改性来提升MoCN薄膜材料的宽温域润滑性能.方法 通过多靶磁控溅射制备了MoCN-X(X=Ag、Cu或Ag-Cu)复合薄膜.采用XRD、SEM、SPM 3种测试方法分析了复合薄膜的微观结构,并利用纳米压痕仪和高温摩擦试验机分别测试了薄膜的常温力学性能和不同温度下的摩擦性能.结果 3种复合薄膜中,MoCN-Ag薄膜表面的粗糙度最低.与MoCN-Cu薄膜相比,MoCN-Ag复合薄膜具有更好的抗氧化能力,在300℃下,由于热驱动作用,薄膜表面析出的Ag仅发生部分氧化,在500℃下,薄膜表面生成的双金属氧化物(钼酸银)能有效降低薄膜的摩擦系数.在常温下,MoCN-Cu复合薄膜具有很好的抗磨损能力,且和MoCN-Ag具有相近的摩擦系数.MoCN-Ag-Cu复合薄膜的硬度和弹性模量相对于MoCN-Cu均得到提升.在300℃下,MoCN-Cu薄膜和MoCN-Ag-Cu复合薄膜的摩擦系数比MoCN-Ag薄膜高.在500℃时,3种薄膜的摩擦系数均在0.3左右.常温下,薄膜主要表现为磨粒磨损,而在500℃下,薄膜主要是氧化磨损和粘着磨损.结论 软金属Ag和Cu都能在一定程度上改善MoCN薄膜的中温摩擦性能,可以尝试采用Ag和Cu共掺杂的方式降低薄膜的成本.     

利用FCVA法和CO2、N2制备Ti(C,O,N)纳米复合薄膜的研究

使用CO2和N2利用磁过滤阴极弧法（FCVA）在Si（100）和304不锈钢上沉积Ti(C,N,O)薄膜。采用XPS, XRD, Raman, SEM, 摩擦磨损试验机,电化学实验站检测得出气体流速对薄膜成分、相结构和薄膜性能的作用。当混合气体流量从10sccm升高的50sccm时,薄膜中的C和N含量有明显增加,而O和Ti含量有小幅下降;当混合气体流量从50sccm升高到80sccm时,薄膜中的C和N含量下降,而Ti含量有小幅上升,O含量急剧上升。薄膜由nc-Ti(C,N,O)纳米晶结构,转变为nc-Ti(C,N,O)/a-CNx,a-TiO2/a-CNx,N-doped a-TiO2/a-C纳米复合结构。N-doped a-TiO2/a-C纳米复合结构薄膜具有最低的摩擦系数（0.34）,nc-Ti(C,N,O)/a-CNx,N-doped a-TiO2/a-C纳米复合结构薄膜在Hanks溶液中均表现出良好的抗腐蚀能力。     

AZ91HP镁合金电沉积Ni-SiO_2纳米复合镀层的显微结构与耐磨性(英文)

以AZ91HP镁合金为研究对象,以纳米氧化硅为第二相粒子,通过纳米复合电沉积法制备AZ91HP镁合金Ni-SiO2纳米复合镀层。利用扫描电镜观察纳米复合镀层的显微形貌与微观结构,利用显微硬度计测定纳米复合镀层显微硬度,利用M200摩擦磨损试验机测试纳米复合镀层的耐磨性能。结果表明:在AZ91HP镁合金表面获得了结晶均匀、结构致密的Ni-SiO2纳米复合镀层;纳米复合镀层剖面形貌显示纳米复合镀层与镁合金基体结合良好;镀液中纳米颗粒含量为10g/L时,AZ91HP镁合金表面电沉积Ni-SiO2纳米复合镀层的显微硬度最高,最高达HV367;摩擦磨损试验表明纳米复合镀层与镀镍层、镁合金基体相比,耐磨性明显提高,这是由于纳米颗粒的细晶强化和弥散强化所致;纳米复合镀层的磨损机制主要是磨粒磨损,镁合金基体磨损机制为粘着磨损,镀镍层磨损机制为剥层磨损。     

碳含量对中频磁控溅射沉积MoCN涂层微观结构及摩擦学性能的影响

目的 为了大幅提高机械零部件表面的硬度和耐磨性能,探究制备具有低摩擦因数、高硬度和良好耐磨性的MoCN涂层。方法 采用中频磁控溅射技术在不锈钢基板和硅片上,通过控制C₂H₂气体(纯度99.99%,0、3、6、9 mL/min)的量来制备具有不同含碳量的MoCN纳米复合涂层。通过X射线衍射仪和拉曼光谱仪分析涂层主要的物相结构,采用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)表征涂层的表面和断面形貌。采用连续刚度法,利用纳米压痕仪测试涂层的纳米硬度和弹性模量。利用自动划痕试验机和光学显微镜(OM)评估涂层与基体之间的黏附强度。最后利用多功能摩擦磨损试验机进行磨损试验,通过SEM对试验后的涂层进行磨损形貌分析,并对涂层的摩擦学性能进行评价。结果 涂层微观组织和力学性能表征结果表明,MoCN涂层由MoN相和非晶态碳相组成。随着涂层中碳含量的增加,涂层与基体之间的结合力和涂层表面的粗糙度都呈现逐渐减小的趋势,其涂层的划痕失效临界载荷和表面粗糙度的最小值分别为6.90 N和6.80 nm,但是涂层的纳米硬度从7.36 GPa增至10.23 GPa。摩...     

使用磁过滤阴极弧法以CO_2和N_2为反应气体制备Ti(C,N,O)纳米复合薄膜的研究（英文）

使用磁过滤阴极弧法(FCVA)以CO_2和N_2为反应气体在Si(100)和304不锈钢衬底上沉积Ti(C,N,O)纳米复合薄膜,CO_2和N_2流量比为1;1。薄膜的成分、结构和性能分别采用XPS、XRD、Raman、SEM、摩擦磨损试验机和电化学实验站检测得出。当混合气体流量从10 mL/min增加到50 mL/min时,薄膜中的C和N含量有明显增加,而O和Ti含量有小幅下降;当混合气体流量从50mL/min增加到80 mL/min时,薄膜中的C和N含量下降,而Ti含量有小幅上升,O含量急剧上升。薄膜由nc-Ti(C,N,O)纳米晶结构转变为nc-Ti(C,N,O)/a-CN x,a-TiO_2/a-CN x和N-doped a-TiO_2/a-C纳米复合结构。N-doped a-TiO_2/a-C纳米复合结构薄膜具有最低的摩擦系数(0.34),nc-Ti(C,N,O)/a-CN x和N-doped a-TiO_2/a-C纳米复合结构薄膜在Hanks溶液中均表现出良好的抗腐蚀能力。     

纳米金刚石粒径对Ni-P化学复合镀层耐磨性和耐腐蚀性的影响

为提高化学镀镀层的耐磨性和耐腐蚀性,采用化学镀制备含不同粒径的纳米金刚石Ni-P-D复合镀层,通过SEM、XRD、摩擦磨损试验、磨粒磨损试验和电化学试验,探究纳米金刚石粒径对Ni-P镀层微观形貌、力学性能、摩擦磨损性能、磨粒磨损性能和耐腐蚀性能的影响。经化学复合镀可以得到与基体结合良好,厚度约为30 μm,含纳米金刚石的Ni-P-D复合镀层;含50 nm 金刚石的Ni-P-D复合镀层的硬度最高,抗摩擦磨损和磨粒磨损性能最好;随着纳米金刚石粒径减小,Ni-P-D复合镀层的摩擦系数和抗腐蚀能力提高,含5 nm金刚石的Ni-P-D复合镀层的摩擦系数最小,抗腐蚀能力最强。      

PCVD法制备的Ti-Si-C-N纳米复合超硬薄膜的高温氧化行为

用脉冲直流等离子体辅助化学气相沉积(PCVD)方法在高速钢基体上沉积出Ti-Si-C-N超硬薄膜.XRD,XPS及HRTEM等测试表明,薄膜由纳米晶/非晶复合结构组成(nc-Ti(C,N)/a-Si3N4/a-C-C或nc-Ti(C,N)/h-Si3N4/a-Si3N4/a-C-C).Ti(C,N)显示(200)晶面择优取向.高温氧化实验显示:随Ti含量降低和Si含量增大,Ti-Si-C-N薄膜的抗氧化温度逐步提高;当Ti含量为8.7%、Si含量为17.8%时,薄膜中出现少量晶化的密排六方结构的h-Si3N4,弥散分布在非晶基体中,薄膜抗氧化温度达到900℃.Ti-Si-C-N薄膜的氧化过程分为增重和失重两个阶段,进入失重阶段后薄膜很快失效.     

高功率脉冲磁控溅射制备纳米复合高熵碳化物(CuNiTiNbCr)C_(x)薄膜EI北大核心CSCD

高熵碳化物薄膜的脆性限制了其在高承载、长周期服役条件下的应用。精细设计的纳米复合结构可以在不损失薄膜强度前提下显著提高薄膜的韧性。采用高功率脉冲磁控溅射技术制备以非晶为基体连续相,以碳化物陶瓷相为分散相的非晶-晶体的高熵碳化物(CuNiTiNbCr)C_(x)薄膜,研究不同C_(2)H_(2)气体流量(F_(C))对薄膜成分、结构、力学性能和摩擦学性能的影响。采用能谱仪、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、透射电子显微镜、X射线光电子能谱分析薄膜的成分、形貌、结构及各元素的化学状态,进一步采用纳米压痕以及球-盘式摩擦磨损试验机对薄膜的硬度、模量和摩擦磨损性能进行表征。结果表明,随着乙炔气体流量的增加,薄膜中碳含量逐渐增加,结构从非晶转变为非晶-晶体的纳米复合结构。纳米复合结构薄膜的硬度随着乙炔流量的增加逐渐增加,这是因为薄膜中生成大量碳化物陶瓷相,薄膜硬度最高为20 GPa。纳米复合薄膜呈现优异的摩擦学性能,在F_(C)=3 mL/min时,薄膜的摩擦性能达到最优,其磨损量为2.9×10^(-6)mm^(3)/Nm。综上,采用高功率脉冲磁控溅射技术可以精细调控薄膜结构,制备出强韧一体化、耐磨减摩的纳米复合结构(CuNiTiNbCr)C_(x)薄膜。     

非对称双极脉冲磁控溅射制备Ti-Co-La-N纳米薄膜性能

利用非对称双极脉冲磁控溅射制备了不用Co-La掺杂量的Ti-Co-La-N纳米复合薄膜.分别用扫描电子显微镜、X射线衍射、纳米压痕仪、划痕仪以及摩擦磨损仪研究了薄膜的表面形貌、结合力、显微硬度和摩擦学性能.结果表明:复合薄膜主要有TiN相、Co2N相和LaN相组成;复合膜的纤维硬度达到14.61 GPa,低于TiN的显微硬度;复合薄膜的显微硬度和结合力都随着Co-La掺杂量的增加而降低;在高速钢基体上复合薄膜的摩擦系数达到了0.6.     

CrSiN纳米复合薄膜的摩擦学性能

采用中频非平衡反应磁控溅射技术在单晶硅P(111)基材上制备了CrSiN纳米复合薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、Kevex能谱仪(EDX)、高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)和纳米压痕仪对薄膜的相结构、化学成分组成和力学性能进行了测试分析。利用球-盘式摩擦磨损试验机(UMT-2)考察了薄膜和GCr15钢球对磨的摩擦学性能并采用扫描电镜(SEM)观察磨痕形貌。结果表明:CrN薄膜中Si元素的掺杂改变了薄膜晶体结构,所制备的CrSiN复合薄膜为多相复合结构,即nc-CrN/aSi3N4所组成的纳米晶/非晶复合结构。CrSiN纳米复合薄膜的力学性能均优于CrN薄膜,其硬度均高于CrN薄膜的硬度,其中Si原子数分数为12.6%时薄膜的硬度达到最大,对应纳米晶/非晶复合强化。CrSiN纳米复合薄膜的摩擦因数低于CrN薄膜,具有很好的抗磨损性能,并具有一定的润滑作用。