调制周期对磁控溅射Cr/类石墨碳多层膜腐蚀-磨损性能的影响

海洋环境用关键运动部件在使用时承受腐蚀与磨损的交互作用,在其表面涂覆耐腐蚀-磨损防护涂层是提高其服役寿命的有效手段之一。本工作采用直流磁控溅射沉积技术在15-5PH不锈钢试样上制备调制周期为940 nm、375 nm和234 nm的Cr/GLC多层膜(分别标记为S1、S2和S3),并通过微观形貌分析、电化学试验、腐蚀-磨损试验分析了调制周期对Cr/GLC多层膜的结构、电化学性能及耐腐蚀-磨损性能的影响。研究结果表明:随着调制周期的缩短,薄膜柱状生长趋势逐渐减弱,膜层更加致密,同时sp^(2)键相对含量逐渐增大,石墨化程度加剧,力学性能更优。在人工海水介质中,随着调制周期的缩短,薄膜层间界面增多,抑制了裂纹的扩展和腐蚀通道的形成,阻碍了腐蚀介质的渗透,多层膜S3的耐腐蚀性能最优。在腐蚀-磨损过程中,由于载荷和腐蚀介质的共同作用,具有致密结构、适宜调制周期的S2薄膜的磨损率仅为2.50×10^(-16)m^(3)/(N·m),表现出最优的耐腐蚀-磨损性能。因此,设计合适的调制周期是提高Cr/GLC多层膜耐腐蚀-磨损性能的关键。

调制周期对AlCrSiN/AlCrMoSiN多层膜微结构和性能的影响

目的通过优化AlCrSiN/AlCrMoSiN多层复合涂层的调制周期,提升涂层的力学性能和摩擦学性能。方法采用高功率脉冲磁控溅射与脉冲直流磁控溅射复合技术,固定调制比为5∶1,制备具有不同调制周期的AlCrSiN/AlCrMoSiN多层复合涂层。利用XRD和SEM分析涂层物相组成,观察其微观形貌;借助纳米压痕仪、划痕仪、高温摩擦试验机及轮廓仪测试涂层的硬度、弹性模量、临界载荷,以及摩擦磨损性能。结果掺杂Mo元素后,AlCrMoSiN层生成了大量的非晶相,并观察到沿AlN(111)晶面共格外延生长。AlCrSiN/AlCrMoSiN多层复合涂层表面颗粒随着调制周期的增大逐渐变小,整体呈“花椰菜”状,且致密、无缺陷。随着调制周期的增大,硬度、H/E和H^(3)/E^(*2)呈先升高后降低的趋势;涂层的平均摩擦因数呈先降低后升高的趋势。当调制周期为145 nm(AlCrSiN层厚度约为120 nm,AlCrMoSiN层厚度约为25 nm)时,多层涂层中层间界面清晰,涂层的硬度最高,约为24.9GPa,摩擦因数和磨损率均最低,分别为0.57、1.46×10^(-6)mm^(3)/(N·m),临界载荷为75.8N。结论多层复合涂层的调制周期对其结构和性能具有重要影响,当调制周期为145nm时,AlCrSiN/AlCrMoSiN多层复合涂层具有最佳的综合性能。

调制周期数对Mo/AZO成分调制多层膜透光、反光特性以及电性能的影响

采用射频(RF)和单极中频脉冲直流(UMFPDC)磁控溅射技术,在300℃下制备了Mo/AZO成分调制多层膜。测试结果表明,Mo/AZO成分调制多层膜以(002)为取向的六方纤锌矿型ZnO结构为主;薄膜中Mo的化学态随薄膜厚度而变化,当薄膜厚度为1.67 nm时,Mo除单质态外,还存在部分+4和+5的离子价态,当薄膜厚度降至0.83 nm时,已无单质态Mo;调制周期数对成分调制多层膜的透光、反光特性以及电性能影响显著,当调制周期数为3时,Mo/AZO成分调制多层膜的综合性能达到最佳,电阻率、霍尔迁移率和载流子浓度分别为8.64×10^(-4)Ω·cm、8.78 cm^2)/(V·s)和8.23×10^(20)cm^(-3)。在保持金属层、半导体层总厚度不变的情况下,通过改变调制周期数可以增加薄膜的光学透过率并可在较宽范围内调节多层膜的综合性能,这为制备综合性能优异的金属/半导体型透光导电薄膜提供了一条切实可行的途径。

调制周期对CrN_(x)/TiAlSiN多层涂层抗冲蚀性的影响

目的在砂粒环境下,改善TiAlSiN硬质涂层于高角度下的抗冲蚀性能。方法采用电弧离子镀复合高功率脉冲磁控溅射技术,制备不同调制周期下的CrN_(x)/TiAlSiN多层涂层。应用电子扫描电镜、X射线衍射仪、纳米压痕仪和划痕仪对涂层的显微结构、物相组成、纳米硬度、弹性模量以及结合力进行分析,于冲蚀试验平台对涂层抗冲蚀性能进行评价(Al_(3)O_(2)砂粒平均粒径为50μm,冲蚀速度为30 m/s,角度为90°)。结果涂层结构致密,由面心立方结构c-(Ti,Al)N、c-Cr、c-CrN和六方h-Cr_(2)N相构成。随着CrN_(x)子层结构的引入,TiAlSiN子层对应的(220)取向逐渐消失,(111)衍射晶面逐渐呈现。随着调制周期减少,CrN_(x)子层对应的h-Cr_(2)N(300)和c-CrN(220)衍射峰强度表现出先逐渐降低、后缓慢增加的规律。涂层结合变化幅度不大,处于68~71 N。虽然纳米硬度和弹性模量逐渐下降,分别从(37.5±0.46)GPa和(339.92±1.85)GPa下降至(31.2±0.40)GPa和(267.50±7.98)GPa,但H/E韧性指标逐渐增加,从0.110增加至0.116。在最小调制周期下,涂层表现出最优抗冲蚀性能,其冲蚀速率仅TiAlSiN硬质涂层的1/5。结论调制周期的减少增加了涂层界面数目,对扩展的裂纹起到了很好偏转作用,提升了涂层韧性,贡献了涂层抗冲蚀性能。在砂粒反复冲击作用下,于涂层中产生了交互作用的横纵裂纹,致使涂层以碎屑脆性剥落机制而失效,破坏特征表现为逐层剥落。

调制周期与调制比对Cu/Nb纳米多层膜结构和性能的影响

为研究调制周期λ和调制比η对Cu/Nb纳米多层膜结构和性能的影响,用磁控溅射沉积Cu/Nb多层膜,λ=30~150 nm,η=1、1.5及2。多层膜微观结构与形貌用X射线衍射仪、扫描电镜及原子力显微镜分析,性能用微力拉伸仪、纳米压痕仪及四探针仪测试。结果表明,Cu/Nb多层膜的结构和性能受控于λ和η。Cu和Nb层分别呈Cu(111)和Nb(110)织构,且均为纳米晶结构。在Cu/Nb界面处,Cu扩散进入Nb层。表面Cu层颗粒尺寸随Cu层增厚而增大。随λ或η减小,Cu/Nb多层膜的屈服强度σ_(0.2)、显微硬度H和电阻率ρ都呈增加趋势。而裂纹萌生临界应变ε_(c)则与1/λ或η呈正相关。

不同调制周期MoS_2/DLC多层薄膜结构及摩擦学性能

采用多靶射频磁控溅射方法,在Si(100)衬底上制备不同调制周期(Λ分别为54 nm、30 nm、18 nm)MoS_2/类金刚石(DLC)多层薄膜.利用扫描电子显微镜、拉曼光谱仪、X射线衍射仪、透射电子显微镜、纳米压痕仪研究多层膜的形貌、微观结构及力学性能受调制周期的影响规律;利用球-盘摩擦试验机考察薄膜在大气环境下的润滑性能.结果表明:采用交替沉积MoS_2/DLC多层膜可有效抑制溅射MoS_2中柱状结构生长,制备的薄膜结构致密;多层膜硬度随调制周期的增加而增大.透射断面分析表明:多层膜层间界面不平整但周期性结构清晰且致密,其调制周期厚度与试验设定值基本一致.与纯MoS_2薄膜相比,调制周期为54 nm的薄膜具有较好的法向承载及弹性恢复能力,其硬度最高,达7.15 GPa;法向载荷为5 N时,该薄膜在大气环境(相对湿度约30%)下具有最低的摩擦系数(0.09)和最低的磨损率[1.34×10^(–7) mm^3/(N·m)].

调制周期对CrAlN/ZrN纳米多层膜韧性的影响

目的研究调制周期对纳米多层膜性能的影响。方法采用磁控溅射方法制备了CrAlN与ZrN的固定厚度比为2.6,不同调制周期(Λ为6,8,10,20 nm)的CrAlN/ZrN纳米多层膜。利用场发射扫描电镜(FESEM)表征薄膜的形貌、结构。用Dektak150型台阶仪测薄膜表面粗糙度。用Agilent Technologies G200纳米压痕仪检测涂层的硬度和弹性模量。用划痕仪测薄膜/基材的结合力,同时,引入抗裂纹扩展系数(CPR)表征纳米多层膜的韧性。结果 CrAlN/ZrN纳米多层膜断面皆为穿晶柱状结构,调制周期为20 nm时,多层膜层与层之间的界面清晰;多层膜表面呈致密的花椰菜状,厚度均约为2μm。调制周期为8 nm时,硬度为20.4 GPa,进一步增大调制周期,硬度下降。调制周期为8 nm的多层膜临界载荷L_(c2)为18 N,CPR值为73.2,L_(c2)与CPR值均高于其他调制周期的多层膜。在临界载荷L_(c2)处,裂纹扩展导致薄膜发生了严重的片状剥落,露出了亮白的热轧钢基底,薄膜失去了保护作用。结论实验表明,在多层膜厚度、调制比不变的条件下,改变调制周期能够改变多层膜的韧性。随着调制周期的增大,韧性呈先上升、后下降的趋势。调制周期为8 nm时,纳米多层膜的硬度最高,韧性最好,综合性能良好。

不同调制周期WS_x/a-C多层膜的组织结构及摩擦学特性

采用磁控溅射法交替溅射WS2和石墨靶制备周期为4~23 nm的WSx/a-C纳米多层膜。采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子谱(XPS)等分析薄膜的组织结构和元素的化学价态;采用纳米压痕仪、涂层附着力划痕仪和球盘式摩擦磨损试验机测试薄膜的硬度、结合力和在潮湿大气下(相对湿度70%)的摩擦磨损特性。结果表明:多层膜结构致密,表面平整。a-C的加入改变WS2的结晶状态,多层膜为微晶或非晶结构;随着调制周期的增大,多层膜的硫与钨摩尔比逐渐降低并趋于稳定(约为1.32),其硬度稍有上升,而结合力明显降低,摩擦因数由0.32降至0.26,而磨损率逐渐上升但显著低于纯WSx膜的。调制周期为4 nm的多层膜的耐磨性能最佳,磨损率约为1.03×10-13 m3·N-1·m-1。

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。

调制周期对磁控溅射WB_2/CrN多层薄膜力学性能的影响

目的研究调制周期对磁控溅射WB_2/CrN多层膜结构及性能的影响。方法通过双靶直流磁控溅射法,在硅片、石英玻璃片及不锈钢上,制备Al B_2型WB_2薄膜与CrN薄膜及其多层复合薄膜,采用X射线衍射及扫描电子显微镜对其相结构及形貌进行观察和分析,使用维氏显微硬度仪及划痕仪对多层膜的硬度及膜基结合力进行研究。结果磁控溅射WB_2/CrN多层薄膜呈现出柱状生长趋势,且层状结构明显,仅当调制周期大于317 nm时,多层膜中才出现WB_2晶体的衍射峰。结论多层膜中的WB_2薄膜在本实验条件下的临界结晶厚度大于150 nm。随着调制周期的减小,CrN层生长取向发生由(200)晶面向多晶面的转变,WB_2层生长取向由(101)晶面向(001)晶面转变。多层膜硬度随调制周期的减小大体呈下降趋势,在调制周期为317 nm时达到最大值。结合力变化趋势与硬度相反,CrN层及多层界面有助于复合薄膜膜基结合强度的提高。

调制周期对TiB_2/TiAlN纳米多层膜机械性能的影响

利用射频磁控溅射技术,在室温下合成了具有纳米调制周期的TiB2/TiAlN多层膜。分别采用表面轮廓仪、纳米力学测试系统、多功能材料表面性能实验仪和XRD,分析了调制周期对TiB2/TiAlN纳米多层膜机械性能的影响。结果表明:大部分多层膜的纳米硬度和弹性模量值都高于两种个体材料混合相的值,在调制周期为25nm时,多层膜体系的硬度超过了36GPa,性能达到较佳效果。

调制周期对TaN/VN纳米多层膜的影响

本研究选择钽和钒的氮化物作为个体层材料,利用射频磁控溅射系统制备TaN、VN及一系列的TaN/VN多层薄膜。通过XRD和纳米力学测试系统分析了该体系合成以后的晶体结构、调制周期对力学性能的影响。结果表明:多层膜的纳米硬度值普遍高于两种个体材料混合相的硬度值;当调制周期为30 nm时TaN/VN多层膜达到最大硬度31 GPa,结晶出现多元化,多层膜体系的硬度、弹性模量以及耐磨性能均达到最佳效果。

调制周期对TiN/TiAlN多层薄膜微观结构和摩擦性能的影响

采用电弧离子镀方法制备了TiN/TiAlN多层薄膜,研究了调制周期对薄膜多层结构和摩擦磨损性能的影响。结果表明:在相同的沉积时间内,随调制周期的增加,多层薄膜的层数减少,每一层的厚度增加,层与层之间的区分更加清晰。摩擦磨损测试结果表明:由于多层薄膜的调制结构,引起薄膜对磨层的变化,当多层薄膜的调制周期为54 nm时,多层薄膜的摩擦系数最小;当调制周期为112 nm时,多层薄膜的摩擦系数最高;当调制周期为164 nm时,多层薄膜的磨痕宽度最小。在摩擦磨损过程中,GCr15钢球的磨损面一直处于快速磨损阶段,对磨痕能谱线扫描结果发现磨屑的主要成分是Fe和FeOx。

调制周期对TiN/Ti多层膜组织结构和结合力的影响

为了阐明调制周期对薄膜微观组织及薄膜与基体结合力的影响,采用反应磁控溅射在Ti6Al4V基板上交替沉积了Ti层及TiN层制备了TiN/Ti多层膜。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度仪和划痕仪测量分析了薄膜的晶体结构、微观组织、硬度以及薄膜与基体之间的结合力。研究结果表明:TiN/Ti多层膜中均存在TiN,Ti和Ti2N 3种相。TiN/Ti多层膜均以柱状晶方式生长,在调制周期较大(5层)时,TiN和Ti层的界面清晰;随着调制周期的减小(层数增加),TiN和Ti层的界面逐渐消失。与单层TiN薄膜相比,多层TiN/Ti薄膜的硬度显著提高;但随着薄膜层数的增加,多层TiN/Ti薄膜硬度略微降低。当调制周期为80nm(30层)时,薄膜与基体的结合力明显提高,达到73N。

防空雷达飞机目标调制周期特征的研究

基于飞机旋转部件对雷达电磁波调制机理 ,以及对调制参数模型和回波特点的分析理解 ,本文针对防空雷达 ,分析了几种飞机目标的调制周期特征 ,提出了几种调制周期特征分析和提取的方法 .本文的主要贡献是揭示了防空雷达飞机回波复包络中的调制周期特征 ,分析了在不同飞机姿态、不同雷达工作状态下实际回波中调制周期特征的稳定性 ,并讨论了调制周期特征用于辨识螺旋桨飞机的可能性 .实测数据分析结果表明 :本文方法能从防空雷达螺旋桨飞机回波中提取调制周期特征 ,并用于螺旋桨飞机的辨识 .

纳米调制周期对CrWN/MoN纳米多层涂层结构和性能的影响

目的研究纳米调制周期对CrWN/MoN纳米多层涂层结构及性能的影响。方法采用电磁永磁共控的阴极电弧离子镀技术,使用纯N2和合金CrW靶及纯金属Mo靶,制备不同调制周期厚度的CrWN/MoN纳米多层涂层,对CrWN/MoN纳米多层涂层的物相结构、微观形貌、硬度、摩擦系数和磨损率等进行分析。结果CrWN/MoN纳米多层涂层由面心立方CrWN与六方d-MoN两相组成。随着调制周期减小,CrWN/MoN纳米多层涂层衍射峰强度逐渐减弱,d-MoN(202)衍射峰消失,涂层表面的大颗粒数量减少,表面质量得到改善。随着调制周期由45 nm减小到13 nm,涂层的硬度由29.4 GPa逐渐减小到25.5 GPa,当调制周期为8nm时,CrWN/MoN纳米多层涂层硬度与弹性模量均达到最大值,分别为30.2 GPa和354.6 GPa。随着调制周期的减小,CrWN/MoN纳米多层涂层平均摩擦系数由0.45逐渐减小到0.29,磨损速率由4.2×10-7mm3/(N·m)逐渐减小到3.3×10-7mm3/(N·m)。结论调制周期对CrWN/MoN纳米多层涂层性能影响较大,调制周期厚度为8 nm时,CrWN/MoN纳米多层涂层的硬度最大,耐磨性能最好。

调制周期对TaN/NbN纳米多层膜力学性能的影响

本研究选择钽和铌的氮化物作为个体层材料,利用FJL560CI2型超高真空射频磁控与离子束联合溅射系统制备TaN、NbN及一系列的TaN/NbN多层薄膜。通过XRD和纳米力学测试系统以及摩擦磨损仪分析了该体系合成以后的晶体结构,以及调制周期对机械性能的影响。结果表明:多层膜的纳米硬度值普遍高于两种个体材料混合相的硬度值;当调制周期为8.5 nm时,TaN/NbN多层膜达到最大硬度30 GPa,结晶出现多元化,多层膜体系的硬度、应力、弹性模量以及膜-基结合性能均达到最佳效果。

不同调制周期Cu/TaN多层膜的微结构与表面形貌

采用磁控溅射方法在Si(111)基底上沉积不同调制周期的Cu/TaN多层膜,用X射线衍射仪(XRD)与原子力显微镜(AFM)表征薄膜微结构与表面形貌,研究了不同调制周期L薄膜的微结构与表面形貌。结果表明:不同L的TaN调制层均为非晶结构,多晶Cu调制层的晶粒取向组成随着L改变而变化;Cu调制层的表面粗糙度R_(rms)大于TaN调制层的R_(rms);与Cu单层膜相比,最外层为Cu调制层的Cu/TaN多层膜的R_(rms)较小;与TaN单层膜相比,最外层为TaN调制层的Cu/nN多层膜的R_(rms)较大;随着L增加,多层膜与对应的单层膜之间的R_(rms)差值逐渐减小。

调制周期对ReB_2/TaN纳米多层膜的结构和力学性能影响

利用射频磁控溅射方法(衬底温度20℃)制备TaN,ReB2单层膜及ReB2/TaN纳米多层膜,并通过XRD,SEM,XP-2表面轮廓仪及纳米力学测试系统对薄膜的微结构和力学性能进行表征,分析调制周期对其影响。结果表明:TaN和ReB2均具有典型的六方结构,在其构成的多层膜中,当调制周期达到8～12nm附近时,纳米多层膜的硬度和弹性模量均高于两种材料所构成单层膜的相应值。在Λ=9.6nm,多层膜达到最高硬度(28.8GPa)及弹性模量(345.9GPa),同时内应力取得较好结果。

TiN/AlN纳米多层膜的调制周期及力学性能研究

采用一种新型的离子束辅助非平衡反应磁控溅射设备制备了TiN/AlN纳米多层复合膜。采用XRD衍射、TEM、显微硬度计和干涉显微镜对TiN/AlN纳米多层膜的微结构和力学性能进行了表征。结果表明:TiN/AlN多层膜有良好的周期;调制结构影响薄膜的择优取向,薄膜整体表现出硬度增强的效果,硬度随调制周期的变化而变化并在调制周期为7.5nm时达到最大值。