超声-电沉积Ni-TiN复合镀层组织和性能研究

为了探讨复合镀层的组织和性能,采用超声-电沉积制备了Ni-TiN复合镀层.对镀层的表面形貌、显微硬度和磨损性能进行了研究,分析了Ni-TiN复合镀层的耐磨机理.结果表明:由于超声波的辅助作用和TiN纳米粒子的加入,镀层表面比较平整,光滑;在超声波和高频脉冲电流复合作用下,纳米TiN粒子含量为12%的Ni-TiN复合镀层具有较高的显微硬度和耐磨性能,平均表面硬度达到HV927.2,磨损量仅为14.1mg;纳米TiN粒子的弥散错位强化作用、细晶强化效应及一定承载和润滑作用是提高Ni-TiN复合镀层耐磨性的根本原因.     

纳米TiN粒子在Ni-TiN复合镀层中的作用研究

通过对超声-电沉积Ni-TiN复合镀层的研究,探讨了纳米TiN粒子对Ni-TiN复合镀层的表面形貌、成分、硬度、耐磨性能以及耐腐蚀性能的影响.结果表明,含有纳米TiN粒子的Ni-TiN复合镀层,不仅具有细密的显微结构,而且表现出优良的性能,如较高的硬度以及良好的耐磨性能和耐腐蚀性能.Ni-TiN复合镀层的磨损量大约为纯镍镀层的1/5,其平均腐蚀速率为纯镍镀层的1/3左右,20钢的1/5.     

激光重熔对纳米Ni-TiN复合镀层性能影响

为进一步提高超声-脉冲电沉积制备的纳米Ni-TiN复合镀层性能并强化镀层与基体的结合,采用激光对镀层进行重熔处理,研究了激光参数对镀层形貌及显微硬度的影响。用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)及显微硬度计观察并分析镀层激光重熔前后形貌、成分及显微硬度。结果表明,经过激光重熔后镀层表面平整、致密度提高、重熔层与基体形成了良好的冶金结合,且表面硬度提高到1298.7 HV0.1。     

磁场方向对脉冲电沉积制备Ni-ZrO2 纳米复合镀层性能的影响

目的 研究有无磁场条件和垂直、平行两种磁场方向对脉冲电沉积制备Ni-ZrO2纳米复合镀层性能的影响。方法 以45#钢作为基体,采用脉冲电沉积和磁场-脉冲电沉积法成功制备Ni-ZrO2纳米复合镀层。利用扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）、原子力显微镜（AFM）观察纳米复合镀层的表面形貌、微观结构和表面粗糙度,利用显微硬度计、划痕仪、摩擦磨损试验机对纳米复合镀层进行显微硬度、结合力和摩擦磨损性能等力学性能研究。结果 相同工艺条件下,垂直磁场-脉冲电沉积条件制备的Ni-ZrO2纳米复合镀层的晶粒形状为金子塔状,镀层表面粗糙度有所改善,复合镀层显微硬度值最高,为370HV。平行磁场-脉冲电沉积条件下制备的Ni-ZrO2纳米复合镀层表面平整,均匀致密,复合镀层中Zr的质量分数为8.27%,表面粗糙度Ra和Rq值分别为82 nm和105 nm,镀层结合力为337 N,磨损量低于其他两种镀层的磨损量。结论 施加磁场后,在磁场MHD效应作用下,纳米复合镀层表面形貌平整,均匀致密,显微硬度提高,并且与基体结合性能和耐磨性都优于无磁场条件下制备的纳米复合镀层。平行方向磁场对Ni-ZrO2纳米复合镀层的力学性能有更明显的促进作用。     

占空比对高频脉冲电沉积( Ni-Co) / 纳米 Al2O3复合镀层的影响

采用高频脉冲电沉积法制备(Ni-Co)/纳米Al2O3复合镀层,研究了占空比对复合镀层沉积速率、成分、形貌及表面显微硬度的影响。结果表明:随着占空比由0.3提高至0.5,复合镀层的沉积速率增加,晶粒尺寸变大,表面变粗糙,并且Co含量降低,Ni含量增加,纳米Al2O3颗粒含量变化不明显,Co含量的降低导致硬度降低。     

热处理对Ni-TiN纳米复合镀层结构和性能的影响

目的进一步提高脉冲-超声电沉积Ni-TiN纳米复合镀层的显微硬度,改善镀层的耐磨性。方法利用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、摩擦磨损仪器,对经200~600℃热处理后Ni-TiN纳米复合镀层的表面形貌、内部组织结构、显微硬度和磨损性能进行检测,研究了热处理方式对复合镀层的表面形貌、晶相组织、显微硬度和耐磨性的影响。结果经300℃保温1.5 h后的镀层表面最为平整和光滑。同时镀层开始实现非晶态向晶态演变,并且镀层硬度最高,其值高达815HV。随热处理温度的升高,镀层晶粒变大,表面平整度降低。经600℃热处理,保温1.5h后,镀层的耐磨性最佳,磨损量仅为13.2 mg。结论经热处理之后,镀层硬度得到一定程度的提高,主要是TiN纳米粒子起到弥散和细晶强化作用。耐磨性得到有效改善,主要是由于镀层韧性、镀层和基体间的结合力得到提高,镀层形成一层致密的氧化膜的原因。     

电沉积方式对Ni-SiC纳米复合镀层性能的影响

目的通过研究电沉积方式对Ni-SiC纳米复合镀层性能的影响,进而改善Ni-SiC纳米复合镀层的性能。方法采用直流电沉积和脉冲电沉积分别制备Ni和Ni-SiC纳米复合镀层,使用扫描电镜和能谱仪研究镀层的表面形貌和成分,通过测量施镀前后镀件质量差计算沉积速率,采用硬度计测量了镀层的硬度,利用极化曲线和电化学阻抗方法研究镀层在3.5%NaCl水溶液中的耐腐蚀性能,分析了直流电沉积方式和脉冲电沉积方式对镀层各项性能的影响。结果脉冲电沉积方式制备的Ni-SiC纳米复合镀层的表面形貌更加致密、均匀、光滑,镀层硬度为616.3HV,自腐蚀电流为9.56×10~(-6) A,比直流电沉积制备的Ni-SiC纳米复合镀层的硬度和耐蚀性能均有所提高。结论电沉积方式对复合镀层的性能有很大影响,脉冲电沉积方式制备的Ni-SiC纳米复合镀层具有更好的性能。     

NiCl2 含量对电沉积 Ni-纳米 TiN 复合镀层过程的影响

目的针对氨基磺酸镍体系镀镍液,优化活化剂NiCl2的用量,提高Ni-纳米TiN复合镀层的性能。方法采用超声-脉冲电沉积工艺制备Ni-纳米Ti N复合镀层,研究NiCl2含量对镀液的电导率及复合镀层的厚度、显微硬度、表面微观形貌等的影响。结果镀液的电导率及复合镀层的厚度、显微硬度均随NiCl2含量的增加呈现先增大、后减小的变化趋势。当NiCl2的用量为30 g/L时,镀液的导电性能最佳,电导率值为61.3 m S/cm,复合镀层的厚度及显微硬度均达到最大值,分别为84μm和760HV,并且复合镀层表面平整光滑,晶粒尺寸最小。结论 NiCl2含量对镀液及复合镀层的性能有很大影响,适量的NiCl2可以防止阳极钝化,提高镀液的导电能力及沉积速率,使复合镀层的厚度增加,显微硬度提高,晶粒细化,微观形貌获得改善,性能提高。适宜的NiCl2用量为30 g/L。     

超声波对电沉积Ni-Al_2O_3复合镀层耐磨性的影响

采用超声-电沉积方式制备Ni—Al2O3复合镀层。利用X-射线衍射仪、扫描电子显微镜、硬度仪以及摩擦磨损实验仪对复合镀层的组织结构、宏观残余应力、表面形貌、微观硬度以及摩擦磨损性能等进行研究。实验结果表明：适当的超声波作用使复合镀层基质金属Ni的晶粒细化,复合镀层的硬度提高,但也相应地增加了镀层的宏观残余应力;超声波-电沉积复合镀层的表面致密平整,镀层中粒子团聚现象减少,粒子分布更加均匀;超声-电沉积复合镀层的耐磨性明显优于单独电沉积复合镀层。     

脉冲电沉积SiC/TiN颗粒增强Ni-Mo纳米复合镀层研究

采用脉冲电沉积技术在6061铝合金表面制备SiC/TiN颗粒增强Ni-Mo纳米复合镀层。通过在镀层中引入SiC、TiN纳米颗粒并改变电沉积的平均电流密度和占空比,调控复合镀层的微结构,探讨纳米颗粒增强涂层的成膜过程与晶粒细化机理,研究复合镀层的组织结构与耐蚀性、耐磨性的关系。结果表明:双纳米颗粒的加入使镀层结构由锥状向胞状转变,晶粒尺寸由29.86 nm减小至22.79 nm。其中在电流密度为8 A·dm~(-2),占空比为20%时制备的镀层最为均匀致密且Si C/Ti N颗粒复合量最高,分别为1.3%和3.1%(质量分数)。镀层具有典型的fcc结构且呈现出(111)择优取向,纳米颗粒均匀分散在Ni-Mo基体中。Tafel极化和浸泡试验研究表明Ni-Mo复合镀层的腐蚀电流密度为7.08μA/cm~2,相比之下在电流密度为4、8和12 A·dm~(-2)和占空比为40%、60%下制备的Ni-Mo/Si C-Ti N纳米复合镀层腐蚀电流密度分别为4.68、4.12、5.75、4.37和5.53μA/cm~2,分别降低了34%、42%、19%、38%和21%。研究发现在电流密度为8 A·dm~(-2),占空比为20%下制备的纳米复合镀层表现出最好的耐蚀性。与Ni-Mo镀层相比,SiC/TiN颗粒的引入显著地提升了镀层耐磨性。此外,还对脉冲共沉积机理进行了讨论。     

负偏压对多弧离子镀 TiN 涂层大颗粒形貌及像素分布的影响

目的分析不同负偏压下Ti N涂层表面的大颗粒数量、尺寸和面积以及像素分布,为多弧离子镀技术的工业化应用提供基础数据。方法采用多弧离子镀膜技术,以脉冲负偏压为变量,在硬质合金表面沉积Ti N涂层。用扫描电子显微镜对涂层表面形貌进行表征,并利用Image J软件对表面大颗粒的数量和尺寸进行分析,对像素分布进行统计。结果随着负偏压的增加,涂层表面大颗粒的数量先增多,后减少。负偏压为100 V时,大颗粒数量最多,为1364;负偏压为300 V时,大颗粒数量最少,为750。此外随着负偏压的增加,大颗粒所占涂层面积比逐渐减小。未加负偏压时,涂层表面大颗粒所占面积比最大,为6.9%,且此时涂层的力学性能最差;采用400 V负偏压时,涂层表面大颗粒所占面积比最小,为3.3%,且此时涂层的力学性能最好。负偏压为300 V时,亮、暗像素点的个数最多,为8302;负偏压为400 V时,亮、暗像素点的个数最少,为4067。结论当占空比为30%,沉积时间为1 h,负偏压为400 V时,获得的涂层力学性能最好,颗粒数量少且尺寸小。     

脉冲偏压占空比对TiN/TiAlN多层薄膜微观结构和硬度的影响

目的研究脉冲偏压占空比对TiN/TiAlN多层薄膜微观结构和硬度的影响规律。方法利用脉冲偏压电弧离子镀的方法,改变脉冲偏压占空比,在M2高速钢表面制备5种TiN/TiAlN多层薄膜,对比研究了薄膜的微观结构、元素成分、相结构和硬度的变化规律。结果 TiN/TiAlN多层薄膜表面出现了电弧离子镀制备薄膜的典型生长形貌,随着脉冲偏压占空比的增加,薄膜表面的大颗粒数目明显减少。此外,脉冲偏压占空比的增加还引起多层薄膜中Al/Ti原子比的降低。结论 TiN/TiAlN多层薄膜主要以(111)晶面择优取向生长,此外还含有(311),(222)和(200)晶相结构。5种多层薄膜的纳米硬度均在33GPa以上,当脉冲偏压占空比为20%时,可实现超硬薄膜的制备。     

反应溅射Ti(0，N)涂层的微结构与力学性能

采用反应磁控溅射方法在Ar、N2和O2混合气氛中制备了一系列Ti(O,N)涂层,并采用EDS、XRD、SEM、AFM和微力学探针研究了氧分压对涂层的化学成分、微结构和力学性能的影响.结果表明:随混合气氛中氧分压的提高,涂层中的氧含量逐步增加,氮含量相应减少,但涂层始终保持与TiN相同的NaCl结构.少量氧的加入,可以改善涂层的结晶状态,涂层的硬度也相应升高,明显高于未含氧的TiN涂层的硬度.氧含量为8.0%(原子数分数)时,涂层硬度达到最大值26.2 GPa.进一步增加氧含量,涂层的硬度基本保持不变.     

多弧离子镀负偏压对氮化钛薄膜的影响

目的确定适当的负偏压,提高多弧离子镀氮化钛薄膜的综合性能。方法采用不同的负偏压,在4Cr13不锈钢表面制备Ti N薄膜,探讨偏压对薄膜表面质量、结构、硬度、结合力和摩擦系数的影响。结果负偏压对薄膜表面质量的影响较大:负偏压为0 V时,Ti N薄膜表面凹凸不平,液滴较多;随着负偏压升高,薄膜表面变得光滑,液滴减少并变小,薄膜致密性也得到提高。在不同负偏压下,Ti N薄膜均呈现出在(111)晶面的择优取向,但随着负偏压的增大,这种择优取向逐渐减弱,当负偏压达到400 V时,薄膜在(220)晶面的峰值逐渐增强。随着负偏压从0增至400 V,薄膜的硬度、结合力和耐磨性均先提高,后降低。当负偏压为300 V时,薄膜的硬度和结合力达到最大,分别为2650HV和58 N;摩擦系数和磨损量最小,分别为0.48和0.1065 mm3。结论施加适当的负偏压可以提高薄膜的硬度、结合力、耐磨性等性能,当负偏压为300 V时,薄膜的各项性能达到最佳。     

Metallurgical Characteristics of TiAlN/AlCrN Coating Synthesized by the PVD Process on a Cutting Insert

TiAlN/AlCrN coating was deposited on a tungsten carbide insert, using the plasma-enhanced physical vapor deposition (PEPVD) process. The microstructure of the coating was examined and it was found that the TiAlN/AlCrN coating was uniform, highly dense, and less porous. The different phases formed in the coating were analyzed using the x-ray diffraction. The hardness and scratch resistance were measured using the nanoindentation tester and scratch tester, respectively. TiAlN/AlCrN exhibited higher hardness, higher Young’s modulus, and superior scratch resistance when compared to the conventional coatings, such as TiAlN, AlCrN, and TiN. The surface morphology of the coating was characterized using the atomic force microscope (AFM). The surface roughness was found to be lesser in the TiAlN/AlCrN coating. The TiAlN/AlCrN coating has proved to have better corrosion resistance, compared to the uncoated carbide substrate.     

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。     

用AR模型预测Ni-TiN复合镀层中纳米TiN粒子复合量

为了掌握不同试样Ni-TiN复合镀层中纳米TiN粒子复合量变化趋势,采用时间序列分析方法对复合镀层中纳米TiN粒子复合量建立AR模型,利用该模型对其复合量变化趋势进行预测分析,并把预测值与实验测试结果进行比较。结果表明,可根据该模型预测Ni-TiN复合镀层中纳米TiN粒子复合量,预测效果较好,平均误差为5.2884%。