H13钢等离子渗氮-类金刚石膜(DLC)复合处理的性能研究

研究了等离子渗氮-离子镀类金刚石膜复合处理工艺与未氮化离子镀类金刚石膜处理工艺对H13钢表面性能的影响.结果表明,经过等离子渗氮后镀类金刚石涂层复合处理的H13钢表面硬度、膜/基结合强度、耐磨性能等均优于未氮化镀类金刚石涂层的样品.

掺钨类金刚石膜的制备与性能研究

采用无灯丝长条离子源结合非平衡磁控溅射的方法，在不同基体上制备了面积较大、光滑、均匀的掺钨类金刚石（W-DLC）膜层，用SEM、Raman、XPS、XRD、硬度计、划痕仪、摩擦磨损试验机等手段分析和研究了膜层的形貌、结构及部分性能．结果表明：膜／基硬度高，W—DLC／Si为Hv0.02515=3577；膜／基结合力在45-75N之间；摩擦系数小，抗磨损性能良好．

基体材料对TiN薄膜表面液滴及薄膜结合力的影响

采用真空阴极电弧离子镀技术分别在4Cr5MoSiV1(H13)模具钢、Cr18Ni9Ti(304)不锈钢、YG6硬质合金、Ti6Al4V(TC4)钛合金4种基体表面沉积TiN薄膜。利用扫描电镜(SEM)对薄膜表面液滴进行观察分析,通过划痕仪对薄膜的膜/基结合力进行表征。结果表明:基体材料不同,TiN薄膜上液滴的密度、尺寸存在明显的区别。其中,镀膜后H13钢和304不锈钢表面的液滴数量最多,YG6硬质合金次之,TC4钛合金最少;薄膜的膜/基结合强度依次为YG6硬质合金>H13钢>304不锈钢>TC4钛合金。

钛合金表面掺金属类金刚石薄膜的摩擦磨损性能研究

采用阳极层流型矩形气体离子源结合非平衡磁控溅射法在钛合金基体表面制备掺金属类金刚石(Me-DLC)薄膜,通过X射线光电子能谱仪、俄歇微探针、表面形貌仪及扫描电子显微镜等对薄膜结构进行表征,用SRV型摩擦磨损试验机评价其摩擦磨损性能.结果表明,类金刚石薄膜可以提高钛合金基体的承载能力和硬度,对基体材料起到有效的耐磨减摩作用,掺钨类金刚石薄膜的硬度及膜/基结合强度较高,具有良好的耐磨减摩性能,且在膜层承载能力范围内,载荷越高,DLC梯度薄膜的摩擦系数越小.

用离子源技术制备类金刚石膜研究

采用无灯丝离子源结合非平衡磁控溅射的方法,大面积地在不同基体上制备了光滑、均匀的类金刚石(DLC)膜层,用SEM、Raman、XPS、硬度计、划痕仪等手段分析和研究了膜层的形貌、结构及部分性能。结果表明:钛的掺入,有利于减少内应力、提高膜/基结合力,膜层的综合性能好,更适合于精密器件的表面改性。

钕铁硼永磁材料物理气相沉积技术及相关工艺的研究进展

着重概述了国内外应用于NdFeB永磁材料的物理气相沉积(PVD)技术的种类、特点及所制备防护涂层耐腐蚀性能的研究进展,总结了NdFeB永磁材料的前处理和后处理工艺的研究现状,并提出NdFeB永磁材料PVD技术及相关工艺的改进方法。

循环氩离子轰击对磁控溅射铝膜结构和性能的影响

为了提高烧结钕铁硼永磁材料的耐腐蚀性能,采用磁控溅射技术在钕铁硼表面制备了厚度约为14.0μm的铝膜,使用循环氩离子轰击铝膜的方法制备了3个周期的多层铝膜。利用扫描电子显微镜(SEM)观察铝膜的表面和截面形貌,X射线衍射仪(XRD)表征膜层的晶体结构,采用中性盐雾试验测试膜层的耐盐雾腐蚀性能,研究循环氩离子轰击对铝膜层形貌、结构及耐中性盐雾腐蚀性能的影响。结果表明:与相同厚度的单层铝膜相比,3个周期的多层铝膜晶粒均匀细小,膜层的柱状晶结构被打断,内部形成了两个明显的界面;膜层沿(111)晶面择优生长;与厚度相同的单层Al膜相比,3个周期的多层Al膜的耐蚀性显著提高,其耐中性盐雾腐蚀时间可达到312h。循环氩离子轰击铝膜的方法可以改善铝镀层的质量和耐盐雾腐蚀性能。

掺钛类金刚石膜的微观结构研究

采用无灯丝离子源结合非平衡磁控溅射的方法,在模具钢及单晶硅基体上制备了梯度过渡的掺钛类金刚石(Ti-DLC)膜层,利用俄歇电子谱(AES)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)及X射线衍射(XRD)等手段对膜层的过渡层、界面及微观结构进行研究。结果表明:制备的膜层成分深度分布与所设计的基体/Ti/TiN/TiCN/TiC/Ti-DLC相吻合,在梯度过渡中不同膜层之间界面体现为渐变过程,结合非常良好;少量的Ti主要以纳米晶TiC的形式掺入到非晶DLC膜当中;所制备的膜层具有厚2.9μm、硬度高达25.77 GPa、膜/基结合力44 N-74 N。

Effects of surface roughness of substrate on properties of Ti/TiN/Zr/ZrN multilayer coatings

Ti/TiN/Zr/ZrN multilayer coatings were deposited on Cr_17Ni_2 steel substrates with different surface roughnesses by vacuum cathodic arc deposition method. Microstructure, micro-hardness, adhesion strength and cross-sectional morphology of the obtained multilayer coatings were investigated. The results show that the Vickers hardness of Ti/TiN/Zr/ZrN multilayer coating, with a film thickness of 11.37 μm, is 29.36 GPa. The erosion and salt spray resistance performance of Cr_17Ni_2 steel substrates can be evidently improved by Ti/TiN/Zr/ZrN multilayer coating. The surface roughness of Cr_17Ni_2 steel substrates plays an important role in determining the mechanical and erosion performances of Ti/TiN/Zr/ZrN multilayer coatings. Overall, a low value of the surface roughness of substrates corresponds to an improved performance of erosion and salt spray resistance of multilayer coatings. The optimized performance of Ti/TiN/Zr/ZrN multilayer coatings can be achieved provided that the surface roughness of Cr_17Ni_2 steel substrates is lower than 0.4μm.

中频磁控溅射沉积梯度过渡Cr/CrN/CrNC/CrC膜的附着性能

采用中频磁控溅射结合无灯丝离子源技术沉积梯度Cr/CrN/CrNC/CrC膜层,设计两组正交实验对膜层中界面Cr层及梯度层沉积的工艺参数对附着性能的影响进行研究。利用扫描电镜(SEM)、电子能谱(EDS)对其表面形貌及梯度成分进行表征;用划痕仪、显微硬度计及洛氏硬度计测评其附着性能,并对比两者测评的有效性。所得最优工艺参数为:梯度层沉积偏压100 V,中频功率6.5 kW,真空度0.6 Pa;Cr层的沉积时间、离子源电流及中频功率分别为2 min、4 A和6.5 kW。高中频功率及离子辅助沉积Cr层能有效提高膜层附着力。

AZ91D镁合金磷酸盐转化膜的制备及性能

提出了一种压铸镁合金AZ91D表面磷酸盐化学转化工艺,其配方及操作条件为:磷酸8mL/L,氧化锌3g/L,酒石酸3g/L,氨水4g/L,硝酸钠3g/L,氟化钠1g/L,温度25～30°C,时间5min。研究了该无铬转化膜的表面和截面形貌,化学成分,物相组成,结合力,孔隙率和耐蚀性。结果表明:磷酸盐转化膜主要由Mg、Zn、Al12Mg17和Zn3(PO4)2·4H2O组成,结合力均≥8分,孔隙率由封孔前的27.91%降为封孔后的6.98%,耐中性盐雾时间均可达到24h。电化学实验结果显示,转化膜的腐蚀电位比基体提高了64mV,封孔处理后腐蚀电位提高了122mV,腐蚀电流密度均降低了两个数量级。

含氢掺硅类金刚石薄膜的制备及性能表征

采用磁控溅射和离子源复合沉积技术,在Si片、模具钢和硬质合金上制备了均匀致密的含氢掺硅类金刚石薄膜。先用正交法优化含氢类金刚石薄膜的制备工艺,然后通过控制中频碳化硅靶的功率密度向含氢类金刚石膜层中成功掺入Si元素。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、X射线衍射仪(XRD)、硬度计、划痕仪和摩擦磨损试验机等手段测试和研究了膜层的形貌、成分、sp3和sp2含量及其性能。结果表明:优化后含氢类金刚石薄膜的制备工艺为:30mL/min甲烷流量,100V偏压,0.8A离子源电流;所制备的含氢掺硅类金刚石薄膜是非晶结构,膜厚2.20μm,膜/基结合力为30N,膜层硬度达到2039HV。含氢掺硅类金刚石薄膜的摩擦因数受环境湿度变化很小,可应用于精密传动部件提高其使用精度。

TiC/DLC多层膜的制备及组织形态

本文采用非平衡磁控溅射沉积技术,以甲烷气体为碳源,99.99%Ti为靶材制备了TiC/DLC多层膜。利用X射线衍射仪、电子显微镜、俄歇电子能谱仪和拉曼光谱仪等对TiC/DLC多层膜的组织、结构、形态及成分进行了分析。结果表明:Ti与C结合生成TiC晶相,过渡层中TiC相呈柱状晶生长,多层膜中的TiC分层以岛状模式生长,DLC分层以层状模式生长,TiC/DLC膜层中含有金刚石成分。TiC/DLC的多层结构受沉积参数的影响,当分层的沉积时间少于1 min时,很难获得清晰的层状结构薄膜,膜中Ti的含量随Ti靶电流的增加而增加;过渡层的引入,提高了膜与基体的结合力,并且过渡层的厚度增加,TiC/DLC膜层同基体之间的结合力增强。

沉积气压对W-S-C复合薄膜结构和摩擦学性能的影响

采用磁控溅射方法制备W-S-C复合薄膜,研究沉积气压对薄膜结构和摩擦学性能的影响。结果表明,复合膜以非晶或纳米晶结构生长,沉积气压低时薄膜中C含量高,薄膜结构致密;沉积气压高时薄膜中WSx含量高,薄膜致密性下降。复合膜硬度在HV420～500之间,并且随着沉积气压的增加,硬度逐渐下降。在潮湿大气中的摩擦磨损实验表明,实验载荷越大摩擦因数越小;随着沉积气压的增加,复合膜的摩擦因数先降低后增加;当沉积气压在0.45～0.55 Pa时,复合膜的摩擦因数最低约为0.1,耐磨性能最好。

CrTiAlCN多元多层梯度膜的制备及其结构

采用中频反应磁控溅射、离子束辅助方法沉积CrTiAlCN多元硬质薄膜,利用扫描电镜、俄歇电子谱、透射电镜及X射线衍射等技术对膜层的过渡层、界面及微观结构进行研究。结果表明:沉积制备的膜层为多层梯度过渡结构,成分深度分布及相结构分析证实,所制备的多元多层梯度膜与所设计的基体/Cr/CrN/CrTiAlN/CrTiAlCN结构相吻合;在梯度过渡中,不同层之间界面体现为渐变过渡过程;沉积制备的多元多层梯度膜硬度高达26.31GPa,膜/基结合力大于80N,摩擦因数低至0.113,力学性能优良。

调制周期对Ti-TiN-Zr-ZrN多层膜性能的影响

采用真空阴极电弧沉积技术,在TC11钛合金表面沉积同等厚度的三种不同调制周期Ti-Ti N-Zr-Zr N软硬交替多层膜。用扫描电镜、显微硬度计、结合力划痕仪和砂粒冲刷试验仪分析测试了多层膜的厚度、表面及截面形貌、硬度、膜/基结合力和抗砂粒冲蚀磨损性能等;重点研究了调制周期的改变对多层膜性能的影响。结果表明:随着周期数的增加,单一调制周期变薄,膜层中金属"液滴"颗粒等缺陷减少,同时也增加了大量的层间界面;层界面之间反复形核,晶粒细化,有利于多层膜表面光洁度、致密度、硬度、结合力和抗砂粒冲蚀能力的改善。

后处理对NdFeB永磁体表面磁控溅射铝薄膜耐腐蚀性能的影响

采用直流磁控溅射技术在烧结型Nd Fe B永磁体表面沉积Al薄膜,研究了喷丸和铬酸盐化学转化后处理方法对Al薄膜微观形貌和耐腐蚀性能的影响。研究表明,喷丸可以有效地减少铝薄膜的孔隙率,提高膜层的致密性;喷丸压力为0.20 MPa时,Al膜层的致密性最好且不会剥落;喷丸和化学转化复合后处理可以极大程度地提高Al薄膜的耐蚀性,其耐中性盐雾腐蚀时间可由镀态时的155 h提高到320 h。

离子渗氮对H13钢高温摩擦磨损性能的影响

首先对H13钢的等离子渗氮工艺进行优化,然后使用优化后的工艺处理H13模具钢,并对其进行高温摩擦磨损试验,研究了等离子渗氮对摩擦规律的影响,对磨损后的显微形貌进行了观察分析,对其磨损机理进行了探讨。结果显示:离子渗氮可以大幅度改善挤压模具钢的高温耐磨性。

渗氮工作气压对H13钢离子渗氮层组织及性能的影响

采用自制的LD-650型直流等离子体增强化学气相沉积炉在不同渗氮工作气压下对H13钢进行了离子渗氮处理,研究了工作气压对该钢渗氮层组织及性能的影响。结果表明:渗氮工作气压显著影响渗氮层的厚度,随着工作气压的升高,渗氮层中化合物层厚度呈现先增加后减小的趋势,在1066Pa下达到极大值9μm;工作气压对渗氮层表面硬度影响较小;随着工作气压的升高,化合物层的ε相和γ′相均增加,在1 066 Pa时其体积分数达到最大,分别为37.1%和35.7%;在试验条件下,工作气压为1 066 Pa下得到的渗氮层性能良好。

厚钛过渡层缓解铜基上热丝CVD金刚石薄膜内应力

以紫铜为基体,在紫铜上先采用磁控溅射技术镀一层金属钛,再以H2和CH4作为反应气体,采用热丝化学气相沉积法(HFCVD)在钛过渡层上合成金刚石薄膜,研究不同钛过渡层厚度对金刚石薄膜质量的影响。利用X射线(XRD)、激光拉曼光谱(Raman)、扫描电镜(SEM)分析薄膜的结构、成分和表面形貌,用能谱仪(EDS)对热处理前后样品的表面进行了元素分析。研究发现,当钛过渡层厚度为3μm时,生成的金刚石薄膜受到较大内应力而发生破裂;当钛过渡层厚度为25μm时,金刚石薄膜质量较好,薄膜受一定内应力,但没有破裂;850℃左右保温热处理12 h,铜原子与钛原子发生了扩散。