Fabrication of Cr coating on AZ31 magnesium alloy by magnetron sputtering

Chromium-plating is considered an effective method to improve surface properties of metal materials.Magnetron sputtering was applied to prepare Cr coating on AZ31 magnesium alloy and the influence of bias voltage on properties of Cr coating was investigated.The obtained coatings present an(110) preferred texture and have a developed columnar structure.With increasing bias voltage,the surface structure of Cr coating becomes denser.All of the Cr-coated AZ31 have much higher surface microhardness than bare ...     

镁合金表面类金刚石膜的研究进展

类金刚石碳（DLC）膜具有高硬度、低摩擦系数、强化学惰性及生物相容性好等优异性能，镁合金表面制备DLC膜可极大地改善基体的使用性能。综述了采用不同制备技术在镁基体表面获得的多种DLC膜系的抗磨损及耐腐蚀性能，并展望了DLC膜表面改性镁合金的医用前景，指出镁合金表面制备DLC膜是其表面改性技术中具有前景的一个研究方向。     

偏压对反应磁控溅射TiN薄膜结构以及性能的影响

本文采用直流反应磁控溅射技术,以Ar和N2为反应前驱气体制备了TiN功能装饰薄膜.重点研究了衬底负偏压对沉积TiN薄膜的色泽、性能及微结构的影响.采用台阶轮廓仪、X射线衍射仪、EDS能谱仪、纳米压痕仪等分析了薄膜的粗糙度、晶相、组分、纳米硬度以及弹性模量.结果表明,采用适宜的衬底负偏压调控轰击离子能量,能够有效阻止薄膜结构中空位以及缺陷的产生,从而有效避免薄膜表面的紫黑色氧化钛的生成,有利于表面光滑的金黄色TiN薄膜制备,同时使薄膜具备更优异的力学性能.实验结果还表明基体偏压可显著影响TiN薄膜的择优生长取向:随偏压增加,薄膜由(111)晶相择优生长转变为(200)晶相的择优生长,(200)晶相的薄膜比(111)晶相薄膜具有更佳的力学性能.     

电弧离子镀TiN工艺优化及TiN/TiC多层膜性能

采用电弧离子镀技术制备TiN薄膜,研究了不同氮分压以及基体偏压下薄膜的表面质量、微结构、相组成、硬度以及结合力,优化工艺参数并制备TiN/TiC多层膜,比较了多层膜以及TiC单层膜的硬度以及摩擦性能的差异。结果表明,经过对不同工艺参数下薄膜的形貌结构以及性能比较,确定采用0.6 Pa氮分压以及-100 V基体偏压作为TiN优化工艺参数,在该工艺基础上制备的TiN/TiC多层膜与单层TiC薄膜相比具有更高的硬度以及更低的摩擦系数。     

新型双弯曲磁过滤阴极真空电弧沉积系统的磁场模拟计算

本文用ANSYS软件对新型的45°双弯曲磁过滤阴极真空电弧沉积系统中的磁场分布进行了模拟计算,并结合等离子体传输和电弧源弧斑运行稳定性进行了分析。在建立的数学模型基础上,分别研究了磁过滤弯管磁场空间分布对拟定的不同出射方向上的111个碳离子束的传输行为影响,和外加永久磁体对电弧源附近磁场空间分布的影响。结果表明,在优化的磁过滤弯管磁场空间分布情况下,111个碳离子束流可全部通过磁过滤弯管,并高效传输到基材表面。当电弧靶源后部的外加永久磁体磁化方向与弯管上的磁化方向相反,且磁矫顽力大于600 kA/m时,阴极靶弧源附近的磁力线空间分布更利于控制阴极弧斑长时间运行稳定性,这对延长弧斑寿命、提高等离子体的沉积效率、提高靶材表面刻蚀均匀性和获得高性能的ta-C薄膜生长具有重要理论意义。     

基体负偏压对四面体非晶碳膜结构和性能的影响

采用自主研制的45°单弯曲磁过滤阴极电弧沉积系统于Si基体表面制备了四面体非晶碳(ta–C)膜,研究了基体负偏压对薄膜沉积速率、成分、力学性能及摩擦学性能的影响规律。结果表明,随基体负偏压升高,ta–C膜sp3键含量呈先增后减的变化趋势,在-50 V时达到最大值（约64%）;其硬度和弹性模量呈相似的变化规律,在-50 V偏压下获得最大值(48.22 GPa和388.52 GPa)。ta–C薄膜的摩擦学性能与其sp3碳杂化键的含量密切相关,在-50 V偏压下制备的薄膜具有最小平均摩擦系数值（0.10）。可见,采用单弯曲磁过滤阴极弧电弧制备ta–C薄膜的力学和摩擦学特性主要受薄膜中sp3键含量的制约。     

衬底负偏压对线性离子束DLC膜微结构和物性的影响

采用一种新型线性离子束PVD技术制备出大面积类金刚石薄膜(DLC膜),研究了衬底负偏压对薄膜微结构和物性的影响.结果表明:制备出的类金刚石薄膜在300 mm×100 mm范围内纵向厚度均方差约10-12 nm,横向薄膜厚度均方差约2-4 nm.随着衬底偏压的提高,薄膜中sp~3键的含量先增加后减小,在衬底偏压为-100 V时sp~3键的含量最大;DLC膜的残余应力、硬度和弹性模量与sp~3键的含量呈近似线性的关系,在衬底偏压为-100 V时其最大值分别为3.1 GPa、26 GPa和230 GPa.DLC薄膜的摩擦学性能与薄膜中sp~3碳杂化键的含量密切相关,但是受衬底偏压的影响不大,其摩擦系数大多小于0.25.偏压对磨损的影响很大,在偏压比较低(0～-200 V)时,薄膜的磨损率约为10~(-8)mm~3/N·m,偏压升高到300 V磨损率急剧提高到10~(-7)mm~3/N·m.     

刻蚀工艺对四面体非晶碳膜生长及其性能的影响

目的研究不同等离子体刻蚀工艺对基体和四面体非晶碳膜(ta-C)的影响,并进一步考察不同电弧等离子体刻蚀时间对ta-C薄膜结构的影响。方法采用自主设计研制的45°单弯曲磁过滤阴极真空电弧镀膜设备,进行不同等离子体刻蚀以及ta-C薄膜的沉积。使用等离子体发射光谱仪表征离子种类及其密度,使用椭偏仪表征薄膜厚度,原子力显微镜表征刻蚀后的基体粗糙度,拉曼光谱仪和XPS表征薄膜结构,TEM分析薄膜的膜基界面结构。结果辉光刻蚀工艺中,作用的等离子体离子以低密度的Ar离子为主;而电弧刻蚀时,作用的等离子体离子为高密度的Ar离子和少量的C离子,并且能够在基体表面形成约15 nm的界面层,并实现非晶碳膜(a-C)的预沉积。随电弧等离子体刻蚀时间增加,ta-C薄膜的sp3含量有所降低。结论相比于辉光刻蚀,电弧刻蚀利于制备较厚的ta-C薄膜。这主要是因为电弧刻蚀时,基体表面形成良好的界面混合层,并预沉积了非晶碳膜,形成a-C/ta-C的梯度结构,有助于增强膜基结合力。     

沉积温度对CrB_2涂层结构与性能的影响

为了研究沉积温度对涂层微结构与力学性能的影响,采用直流磁控溅射技术制备了CrB_2涂层。通过XPS、XRD、SPM、SEM、HRTEM、纳米压痕仪和维氏压痕仪分别分析了涂层的成分、结构、微观形貌和力学性能。结果表明:在不同沉积温度下,CrB_2涂层均由CrB_2和少量Cr相组成。涂层具有致密的纳米柱状结构,其直径大约为7nm,且沿着生长方向贯穿整个涂层截面。随沉积温度升高,涂层晶体取向由(101)和(001)的混合取向逐渐转变为(001)择优取向,涂层由纤维状结构转变为柱状晶结构,且柱状晶尺寸随沉积温度的增加逐渐细化,致密化程度增加。涂层的力学性能随沉积温度的升高而显著增加;当沉积温度达到400℃时,涂层具有最高硬度(50.7±2)GPa和最高弹性模量(513.6±10)GPa。微观结构和力学性能随沉积温度的演变归因于沉积原子运动的逐渐增强和结构的致密化。