真空热处理对不锈钢表面TiN薄膜结构及性能的影响

为提高不锈钢材料在海洋环境中的耐腐蚀能力,采用磁控溅射技术在304不锈钢表面沉积TiN薄膜,并在不同温度下对其进行真空热处理,研究热处理温度对TiN薄膜结构及性能的影响。结果表明:适当的真空热处理可提高304不锈钢表面TiN薄膜的结晶度及致密性,缓解其残余应力。与未处理薄膜相比,500℃真空热处理后薄膜内部应力可降低87%,与基底的结合强度提高78%,其腐蚀电流密度由2.42×10^(-6)A/cm^(2)降低到4.43×10^(-7)A/cm^(2),腐蚀电位由-0.247 V提高到-0.044 V,耐腐蚀性能明显提升。

光栅阀角度对电弧离子镀TiN薄膜结构及性能的影响

通过调整光栅阀角度开展对电弧离子镀TiN薄膜结构及力学性能的研究。实验结果表明:光栅阀角度对TiN薄膜的择优取向无明显影响,薄膜均以TiN(200)面择优取向为主;随着光栅阀角度的增加,TiN薄膜中N与Ti原子比均呈欠化学计量比,且先增加而后降低,在光栅阀角度为10°时N与Ti原子比最高;TiN薄膜表面粗糙度随着光栅阀角度增加整体呈增加趋势;在光栅阀角度为10°时,TiN薄膜呈现出最高硬度和最低磨损率,具有最佳力学和耐磨性能。在电弧离子镀真空镀膜过程中,光栅阀角度通过影响气体流量进而影响薄膜性能,但对于TiN薄膜结构无明显影响,只有选择合适的光栅阀角度才能有助于薄膜综合性能的改善。

不同溅射气压下TiN薄膜的制备及其性能

为研究TiN薄膜的性能尤其是红外发射性能,选用Ti靶为溅射靶材,氮气为反应气体,以石英玻璃为基底,在不同溅射气压下(0.1 Pa、0.3 Pa、0.5 Pa、0.7 Pa)采用反应直流磁控溅射技术制备了TiN薄膜,并对其红外发射性能、导电性能、耐腐蚀性能等进行了分析。结果表明:所制备的TiN(200)衍射峰都往大角度方向发生偏移,这跟薄膜的N与Ti之比有关。不同的溅射气压使得Ti原子与N原子的结合程度不同,所制备的TiN薄膜是非化学计量比化合物。当溅射气压为0.1 Pa时,溅射颗粒与气体分子的撞击次数少,粒子沉积到基底上仍具有足够的能量扩散、迁移,进行均匀有序的晶格排列,薄膜的结晶质量较高,晶粒尺寸最大,电阻率最低。随着溅射压力的增大,溅射颗粒与气体分子的撞击次数变多,能量损耗较大,颗粒沉积到基质中就不能充分地迁移和生长,从而导致电阻率上升。在低溅射气压下,TiN薄膜表面粗糙度小,具有较低的红外发射率和良好的耐腐蚀性能。

不同工艺参数对TiN薄膜形貌和力学性能的影响

随着硬质薄膜的快速发展,TiN薄膜已经在诸多领域成功应用。通过采用PVD多功能离子镀膜机在不同工艺参数条件下制备了TiN薄膜,研究不同工艺参数对TiN薄膜表面大颗粒形貌和力学性能的影响。利用扫描电子显微镜对TiN薄膜的表面形貌进行研究,利用球坑仪、划痕仪和显微硬度计对薄膜的力学性能进行分析。研究结果表明,弧电流越大,大颗粒尺寸越大,薄膜厚度及硬度也会显著增加;当沉积温度升高时,TiN表面大颗粒的尺寸与数量显著减小,结合强度出现先增加后减小的趋势;当负偏压增大时,TiN薄膜表面大颗粒出现了先减少后增多的趋势,而薄膜的厚度和硬度也会相应降低。该研究为生产中制备性能优良的TiN薄膜提供了一定的理论依据。

Cr12MoV钢表面磁控溅射TiB_2-TiN薄膜的摩擦磨损性能

采用磁控溅射技术在淬火态Cr12MoV表面制备SiC/TiN、SiC/TiB2-TiN薄膜(SiC为中间层),研究TiN、TiB2-TiN薄膜的组织结构和摩擦磨损性能。结果表明,SiC薄膜与基材和TiN、TiB2-TiN薄膜间都具有明显的且呈梯度的元素扩散,界面结合良好。在水润滑条件下与钢球对摩时(载荷0.5 N,时间0.5 h),TiN薄膜、TiB2-TiN薄膜具有良好摩擦磨损性能,其平均摩擦因数分别为0.33、0.31,低于淬火态Cr12MoV的0.45,磨损速率分别为2.0×10-8和1.5×10-8mm3/(N.m),低于淬火态Cr12MoV的8.66×10-7mm3/(N.m),其中在水润滑条件下TiB2-TiN薄膜比TiN薄膜具有更好的摩擦磨损性能。

磁控溅射TiN薄膜的工艺及电学性能研究

采用反应直流磁控溅射法，在Si基底上制备TiN薄膜。研究了溅射沉积过程申溅射气压和Ar／N2气体流量比对TiN薄膜结构及其电学性能的影响，并对试验结果进行了分析。研究发现，在Ar／N2气体流量比为15：1时，TiN薄膜的表面均方根粗糙度和电阻率都为最小。当溅射气压增大时，薄膜厚度减小。当溅射气压为0．3～0．5Pa时，薄膜表面较光滑，电阻率较小。

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。

脉冲偏压对真空电弧沉积TiN薄膜组织与性能的影响

研究了脉冲偏压对真空电弧沉积TiN薄膜组织与性能的影响。结果表明脉冲偏压幅值在50 0～ 1 70 0V ,脉宽比在 1 2 5～ 2 5的范围内 ,沉积温度低于 2 50℃时膜层组织主要由Ti2 N和TiN相构成 ,随脉冲偏压幅值和脉宽比的增大 ,晶面的择尤沉积由Ti2 N( 2 0 0 )向 ( 0 0 2 )转变 ,柱状晶生长程度减弱。膜层具有较高的显微硬度和耐磨性 ,但在过高的脉冲偏压和脉宽比的沉积条件下 ,膜层的性能有下降的趋势。

TiN薄膜制备方法、性能及其应用的研究进展

综述了TiN薄膜的制备方法及进展,介绍了物理气相沉积、化学气相沉积、等离子化学气相沉积及光化学气相沉积等各种TiN薄膜的制备方法,评述了各种制备工艺的优缺点。介绍了TiN薄膜在超硬耐磨、耐腐蚀等方面研究的新进展,最后对TiN薄膜的应用范围和领域作了展望。

等离子体浸没离子注入与沉积合成TiN薄膜的滚动接触疲劳寿命和机械性能

采用等离子体浸没离子注入与沉积(PIII&D)技术在AISI 52100轴承钢表面合成了高硬耐磨的TiN薄膜.膜层元素分布、化学组成和表面形貌分别用XRD,XPS表征.合成薄膜前后试样的滚动接触疲劳寿命和摩擦磨损性能分别由球棒疲劳磨损试验机和球-盘磨损试验机测定;疲劳破坏后的微观形貌通过SEM观察;薄膜力学性能经纳米压痕和纳米划痕实验评价.结果表明,TiN膜中还含有少量的TiO_2和Ti,N,O的化台物.在优化条件下,TiN膜层致密均匀,与基体结合良好,纳米硬度和弹性模量分别达到25和350 GPa;最低摩擦系数由基体的0.92下降到0.2.被处理薄膜试件在90%置信区间下的最大L_(10),L_(50),L_a和(?)寿命较基体分别提高了约4.5,1.8,1.3和1.2倍,疲劳寿命的分散性得到了显著改善.

氩气与氮气流量比对磁控溅射法制备TiN薄膜的影响

用直流反应磁控溅射法在Si(100)基底上制备了TiN薄膜,采用X射线衍射仪和原子力显微镜对其结构和形貌进行了表征,利用四探针测试仪测量了TiN薄膜的方块电阻,使用紫外可见分光光度计测定了薄膜反射率;研究了溅射沉积过程中氩气与氮气流量比对TiN薄膜结构及性能的影响。结果表明:在不同氩气与氮气流量比下,所制备薄膜的主要组成相是(200)择优取向的立方相TiN;随着氩气与氮气流量比的增加,薄膜厚度逐渐增大,而表面粗糙度与电阻率先减小后增大;当氩气与氮气流量比为15:1时,薄膜表面粗糙度和电阻率均达到最小值;TiN薄膜的反射率与氩气与氮气流量比的关系不大。

电弧离子镀TiN薄膜中的缺陷及其形成原因

分析了电弧离子镀(AIP)TiN薄膜中的主要缺陷-熔滴、孔洞和疏松等。结果表明:这些缺陷存在于晶内、晶界或者贯穿于整个薄膜;缺陷的存在极大地影响了薄膜的性能;缺陷密度与镀膜方法及具体的工艺参数有密切关系;使用磁过滤器镀制薄膜可显著减少上述缺陷,从而提高薄膜的各种性能。认为使用磁过滤器镀制TiN及其各种复合或多层薄膜是一种切实有效的方法,是今后制备高性能TiN及其复合膜的发展方向,另外,缩短脉冲电弧在高值时的时间,用人工来减少薄膜缺陷也是一种行之有效的方法。

负偏压对多弧离子镀TiN薄膜的影响

采用不同偏压,在201不锈钢表面进行多弧离子镀TiN薄膜,研究了偏压对薄膜表面形貌、硬度、相结构及耐蚀性的影响。研究表明:薄膜表面存在着许多液滴颗粒,随着偏压的增加,液滴减少,但过大的偏压会使表面出现凹坑;薄膜的显微硬度随偏压的升高先增大后减小,偏压为-200V时的本征硬度为2 195HV;在3.5%的NaCl溶液中,TiN薄膜试样的耐蚀性比基体略有提高,在1mol/L的H2SO4溶液中,偏压-100V制备的试样耐蚀性最好,比基材提高了475倍。

磁过滤电弧离子镀TiN薄膜的制备及其强化机理研究

采用电弧离子镀(AIP)和磁过滤电弧离子镀(MFAIP)方法分别在不锈钢和硅片上制备了两种不同的TiN薄膜。利用扫描电镜(SEM)观察了薄膜的表面形貌及组织结构;利用X射线衍射(XRD)及透射电镜(TEM)进行相鉴定;用纳米力学测试系统(NHT)测量了薄膜的硬度。结果表明:MFAIP TiN薄膜具有强烈的(111)面择优取向,薄膜表面光滑、表面熔滴颗粒(MP)少、薄膜的柱状晶组织细小、致密,薄膜具有较高的硬度。并在此基础上讨论了薄膜的强化机理,认为磁过滤器是制备高质量TiN薄膜及其复合薄膜行之有效的一种方法,是今后制备高性能TiN及其复合膜的发展方向。

NiTi合金基TiN薄膜的血液相容性和耐腐蚀性研究

采用电弧离子镀法在NiTi形状记忆合金表面制备了TiN薄膜,利用X射线衍射、扫描电子显微镜和原子力显微镜研究了TiN薄膜的相组成及表面特性;在生物体外,研究比较了镀膜和未镀膜的NiTi合金的血液相容性和耐腐蚀性。结果表明:TiN薄膜提高了NiTi合金的血液相容性,并使Ni离子的释放率约降低了1个数量级,有效地提高了NiTi合金的耐腐蚀性。薄膜越厚性能提高的效果越显著。

多弧离子镀TiN薄膜颜色性能的研究

用多弧离子镀技术在3Cr13不锈钢表面沉积TiN薄膜,用扫描电子显微镜和可见光分光光度计研究了大颗粒、氮气流量与靶电流对膜层颜色性能的影响及其作用规律。结果表明,大颗粒由表面结晶层、中间层和液滴层组成,大颗粒数量较少时不会影响薄膜的颜色性能。增加氮气流量,样品的反射率呈下降趋势,颜色坐标红/绿值a*和黄/蓝值b*增大,明度L*减小,彩度指数C*ab增大,色调角H*ab减小,薄膜颜色由银灰色逐渐变化为深黄色;然而,随着靶电流的增大,色调角H*ab增大,彩度指数C*ab、红/绿值a*和黄/蓝值b*减小,薄膜颜色从深黄色逐渐变为银白色。靶电流的变化改变了膜层中钛和氮的原子比,可对氮气流量的变化起到补偿作用。

磁控溅射制备TiN薄膜影响因素的研究

采用磁控溅射法在硅基片表面沉积TiN薄膜,研究了溅射气压、氮气流量、氩气流量、溅射电流等溅射参数对TiN薄膜导电性能的影响。实验参数采用正交设计法选取,经模糊分析得出,所考察的因素对薄膜光催化性能的影响次序由大到小依次为溅射电流、气体流量、溅射气压。进一步研究影响最大的溅射电流对薄膜结构与电学性能的影响,结果发现:溅射电流的增大使溅射粒子的动能随之增大,薄膜生长加快;薄膜的电阻率存在最小值。

TiN薄膜腐蚀过程的电化学原子力显微镜原位研究

用离子束增强沉积 (IBED)技术在 1Cr18Ni9不锈钢上制备了TiN薄膜 ,并用电化学原子力显微镜 (ECAFM) ,从纳米级空间分辨度对其在 3%NaCl溶液中的早期腐蚀过程进行了原位研究。结果表明 ,TiN薄膜在极化电位的阴极区域发生钛氧化物膜的还原溶解 ;在低阳极极化电位下 ,发生轻微腐蚀 ,当阳极极化电位进一步提高 ,在 2 0 0～ 30 0mV出现电解抛光现象。可见 ,电化学原子力显微镜是研究早期腐蚀过程的有效研究手段 。

不锈钢管道内壁镀TiN薄膜技术及其真空性能的研究

介绍了对不锈钢管道大面积内壁用直流溅射方法镀TiN薄膜的技术及工艺,并分析了薄膜的相关参数,测试了镀膜管道的真空性能。结果表明,该方法能够快速、高效地在管道内壁镀上高质量的TiN薄膜,且镀膜后真空室表面的放气率明显低于原不锈钢材料的放气率。

脉冲偏压对电弧离子镀深管内壁沉积TiN薄膜的影响

用电弧离子镀设备,分别采用直流偏压和脉冲偏压的沉积工艺,在一端封口的50 mm×200 mm×5 mm的不锈钢深管内壁上沉积TiN薄膜,对薄膜的厚度、表面形貌、相结构、硬度和磨损性能等随管子深度的变化进行了对比测试。结果表明,两种工艺下薄膜的厚度、硬度以及耐磨性能都随管子的深度而下降,但与直流偏压相比,脉冲偏压能够提高薄膜厚度和硬度,减少大颗粒的尺寸和数量,提高耐磨性能;按照硬度不低于20 GPa的标准划分,脉冲偏压使镀膜深度提高了40%,即从直流偏压的50 mm提高到70 mm。