占空比对中频磁控溅射（Al,Ti）N周期性多层膜组织与性能的影响

采用LABVIEW软件控制N2气体流量,辅助中频磁控溅射制备不同占空比的(Al,Ti)N周期性多层膜,分别利用X射线衍射仪、场发射扫描电镜、纳米硬度仪研究了(Al,Ti)N周期性多层膜的组织结构和力学性能,研究表明:不同占空比下的薄膜只存在面心立方结构,多层膜具有一定的择优取向,择优取向随着占空比的改变而变化,当占空比为50%时,薄膜中存在(111)和(220)两种取向;多层的结构可以提高薄膜的结合强度和力学性能,获得的多层膜硬度最高为33.58GPa,临界载荷在40N左右,磨损情况也得到了明显的提高,主要是以粘合磨损为主;氮流量的增加有利于多层膜的性能改善。     

聚醚醚酮与不同硬质涂层配副的摩擦学行为对比

目的 对比聚醚醚酮(PEEK)与不锈钢、CrN涂层、Cr/GLC多层涂层3种配副的大气环境摩擦学行为。方法 采用多靶磁控溅射镀膜技术在17–4PH不锈钢基底表面制备CrN涂层和Cr/GLC多层涂层。采用摩擦磨损试验机和三维轮廓仪对配副摩擦因数和磨损率进行测试,采用扫描电镜、拉曼光谱仪和显微红外光谱仪等方法,表征不同配副摩擦前后的表面物理化学状态,剖析涂层与PEEK配副的磨损机理。结果 CrN涂层和Cr/GLC多层涂层均显著提高了不锈钢基底的摩擦性能,相较于PEEK与17-4PH不锈钢配副,CrN涂层和Cr/GLC多层涂层的摩擦因数都显著降低。此外,涂层的磨损率分别降低了93.1%、97.4%;对应PEEK配副的磨损体积也分别降低了35.1%和65.8%。在3种配副条件下,PEEK摩擦后均发生了芳香环的开放、取代、交联,以及不同程度的结晶度损失,结晶度的顺序为未磨PEEK>PEEK–Cr/GLC>PEEK–CrN> PEEK–17-4。结论 CrN涂层的硬度、粗糙度较高,且缺少润滑,黏着磨损更显著,PEEK材料发生了大量转移,转移材料在减轻PEEK磨损的同时也阻止了结晶度的降低。PEEK与Cr/GLC多层涂层配副表现出最佳的耐磨损性能,主要归因于摩擦时PEEK结晶度的维持及GLC中富石墨相赋予涂层的低剪切润滑作用。     

Cr掺杂及Cr过渡层对类金刚石薄膜附着力的影响

采用线性离子束复合磁控溅射的混合PVD技术制备了含Cr过渡层以及Cr掺杂的DLC薄膜,并测量了其厚度、残余应力、结合力、摩擦因数等性能.划痕测试的结果表明,增加过渡层后薄膜的结合状况得到了明显改善,其残余应力也有所下降,Cr掺杂的DLC薄膜残余压应力最低可达0.23 GPa.有关结果为强膜基结合力、低应力、大面积的类金刚石薄膜可控制备提供了新的技术思路.     

N_2流量对HIPIMS制备TiSiN涂层结构和力学性能的影响

采用高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)技术在N2流量为10~50 mL/min下沉积TiSiN涂层,利用台阶仪,XRD,XPS,SPM,SEM,HRTEM和纳米压痕仪对涂层的沉积速率、相结构、成分、形貌和力学性能进行了分析,并研究了不同N2流量对等离子体放电特性的影响.结果表明,在不同N2流量下,TiSiN涂层均具有非晶Si3N4包裹纳米晶TiN复合结构,涂层表面粗糙度Ra为0.9~1.7 nm;随N2流量的增加,等离子体的放电程度减弱,离化率降低,TiSiN涂层沉积速率降低,其Ti含量逐渐降低,Si含量逐渐增加,但变化幅度较小;涂层择优取向随N2流量的增加发生改变,晶粒尺寸逐渐增大,硬度和弹性模量逐渐降低,涂层硬度最高为(35.25±0.74)GPa.     

高功率脉冲磁控溅射制备非晶碳薄膜研究进展

非晶碳薄膜主要由sp3碳原子和sp2碳原子相互混杂的三维网络构成,具有高硬度、低摩擦系数、耐磨损、耐腐蚀以及化学稳定性等优异性能。然而传统制备方法难以实现薄膜结构及其性能的综合调控,高功率脉冲磁控溅射因其离子沉积特性受到领域内专家学者的关注。总结了近年来关于高功率脉冲磁控溅射制备非晶碳薄膜材料的研究进展。重点介绍了高功率脉冲磁控溅射石墨靶的放电特性,指出了其在沉积非晶碳薄膜过程中获得高碳原子离化率的条件。针对离化率和沉积速率低,主要从提高碳原子离化率和碳离子传输效率等角度,介绍了几种改进的高功率脉冲磁控溅射方法。并对比了不同高功率脉冲磁控溅射方法中的碳原子离化特征、薄膜沉积速率、结构和力学性能。进一步地,探讨了高功率脉冲磁控溅射在制备含氢非晶碳薄膜和金属掺杂非晶碳薄膜中的优势及其在燃料电池、生物、传感等前沿领域的应用。最后,对高功率脉冲磁控溅射石墨靶的离子沉积特性、非晶碳薄膜制备及其应用研究趋势进行了展望。     

铝合金表面沉积类金刚石薄膜的研究进展

类金刚石(Diamond-like Carbon,DLC)薄膜因其高硬度、良好的化学惰性以及优异的摩擦性能等优势,有望成为一种理想的铝合金表面防护涂层。对比了物理气相沉积(Physical vapor deposition,PVD)技术制备DLC改性材料与传统铝合金表面改性技术的优劣,概述了DLC薄膜在提升铝合金表面力学性能、减摩抗磨方面取得的最新成果,以及在复杂服役工况下面临的抗塑性变形差、易发生结合失效等瓶颈性问题。通过分析铝合金基体上生长高性能DLC薄膜的不利因素,指出界面化学结合强度低、薄膜残余应力大以及软基体/硬质薄膜的结构体系限制是导致上述问题产生的主要原因。在此基础上,重点综述了国内外研究学者为提高铝合金表面沉积DLC薄膜的膜基结合力所采取的有效措施及结果,包括:通过基体前处理增强基体力学性能与改善宏观表面缺陷;采用PVD或其他表面处理方法制备一层或多层的中间过渡层,缓解DLC薄膜与铝合金基体结构、性能之间的差异;调控DLC薄膜组分与结构以降低残余应力。最后展望了在铝合金基体表面制备DLC防护薄膜的发展趋势。     

V-Al-C-N宽温域涂层的制备及其摩擦学行为

目的 设计制备用于高速切削难加工材料的长寿命刀具涂层.方法 采用三靶磁控共溅射技术,通过改变石墨靶材的溅射功率,调控不同润滑相的配比,制备具有不同C含量的V-Al-C-N纳米复合涂层.利用纳米压痕仪和高温摩擦试验机,对涂层的力学性能和摩擦学性能进行检测.采用透射电镜和扫描电镜观察涂层的显微结构和摩擦磨损表面形貌,并分析...     

真空阴极电弧制备TiAlN涂层的硬度及摩擦学性能研究

采用真空阴极电弧制备了TiAlN涂层,研究了N2气压和基体负偏压对涂层硬度的影响规律,分析了涂层的致硬机理,探讨了硬度对摩擦学性能的影响。结果表明,N2降低入射离子能量,降低增原子扩散,导致晶粒细化;基体负偏压增大入射离子能量,导致涂层致密化并依次出现(200)、(111)、(220)、(200)择优取向。TiAlN涂层的硬度受Ti、Al、N原子间键能,生长面择优取向及晶粒显微组织的影响,其中最薄弱因素起决定作用。摩擦学性能研究表明,高硬度TiAlN涂层易形成磨粒磨损,摩擦系数和磨损率高;低硬度TiAlN涂层易发生粘着磨损,摩擦系数和磨损率低。     

金属催化非晶碳转化制备石墨烯方法的研究进展

石墨烯自2004年被首次发现以来, 以其独特、优异的结构和特性引起了广泛关注。目前, 石墨烯的制备已取得了众多进展, 但在大尺寸、高质量、宏量石墨烯可控制备上仍存在挑战, 对制备技术仍需要进行更广泛地探索。非晶碳与石墨烯互为碳的同素异形体, 也可作为制备石墨烯的前驱体, 近些年利用非晶碳制备石墨烯的新颖方法引起了研究学者的兴趣。本文系统论述了利用非晶碳作为固体碳源, 通过金属催化制备大尺寸高质量石墨烯的技术优势, 并着重从金属种类、退火温度、碳源及金属含量比例等方面对石墨烯生成质量的影响进行了阐述。最后, 总结了该方法生长石墨烯的机理, 并对未来的发展方向进行了展望。     

脉冲电压对HPPMS制备CrN薄膜的组织结构与力学性能的影响

采用复合高功率脉冲磁控溅射技术在单晶Si片、高速钢和玻璃上制备CrN薄膜。分别研究了脉冲电压在500,600,700,750 V时对薄膜的组织结构和力学性能的影响。结果表明,随着脉冲电压的增加,靶材离化率增加,靶电流以及溅射原子离子数量级能量均增大,使得沉积的薄膜组织结构更加致密,晶粒逐渐细化,表面更加光滑,硬度提高。高功率脉冲磁控溅射技术具备了磁控溅射技术制备的薄膜表面光滑优势,以及电弧离子镀高离化率特点,获得了结构性能优异的CrN薄膜。