铝合金等离子体基离子注入形成AlN/TiN层结构研究

用X射线光电子能谱和小掠射角X射线衍射研究了铝合金LY12等离子体基离子注入形成的AlN/TiN改性层的结构。结果表明 ,N和Ti能注入铝合金表面 ,N在注入层呈类高斯分布 ,而Ti沿注入方向呈梯度递减。后注入的Ti和N对先注入的N的含量和分布有重要影响。同时注入Ti和N ,能在试样表面形成一层稳定的Ti,N层。所形成的AlN/TiN改性层主要由TiO2 ,TiN ,TiAl3 ,Al2 O3 。

不同黏度合成油下CrN/TiN多层薄膜的摩擦学特性研究

目的探究在不同黏度合成酯润滑油的作用下,CrN/TiN多层薄膜的摩擦学性能及协同润滑机制。方法选用聚α烯烃(PAO)与三羟甲基丙烷辛癸酸酯(TME)复配,得到不同黏度梯度的合成油。利用全自动黏度测定仪、倾点测试仪、开口闪点测定器和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)分别对合成油的运动黏度(40、100℃)、倾点、闪点和表面官能团进行表征。利用反应磁控溅射技术在316不锈钢和单晶硅片基底表面制备CrN/TiN多层薄膜。采用X射线衍射仪和FIB-TEM表征手段对薄膜的微观结构进行分析,并用纳米压痕仪和划痕仪测试了薄膜的力学性能。利用球-盘式摩擦试验机表征薄膜在干摩擦和油润滑条件下的摩擦学性能,利用XPS对摩擦实验后的磨痕元素价态进行表征。结果CrN/TiN薄膜具有典型的面心立方结构(FCC)、异质多层结构,且其硬度可达32.2 GPa。在干摩擦条件下,与裸316基体相比,经表面镀制CrN/TiN薄膜后平均摩擦因数由0.95降至0.71,磨损深度由25.0μm降至16.8μm。在合成油作用下,316不锈钢-GCr15钢球(钢-钢摩擦副)、CrN/TiN多层薄膜-GCr15钢球(CrN/TiN多层薄膜-钢摩擦副)2种摩擦配副的摩擦因数和磨损率随着合成油黏度的增加均呈现降低趋势,且在同一黏度条件下薄膜试样的磨损率更低。结论CrN/TiN多层薄膜在PAO与TME复配获得的一系列不同黏度合成油的作用下,随着合成油黏度的增加,薄膜的磨损率和磨损深度逐渐下降,其减摩抗磨性能得到显著提升。通过磨痕表面的XPS分析可知,合成油中极性的酯基吸附在滑动界面,增强了油膜的承载性能,从而减缓了对偶间的摩擦阻力。

多层复合渗镀TiN耐蚀性的研究

采用双层辉光渗金属技术,在碳钢表面形成具有扩散层和沉积层的TiN复合渗镀层.对复合渗镀、PVD以及复合渗镀+PVD三种工艺制备的TiN层表面形貌、成分及在10%H2SO4和3.5%NaCl溶液中的耐蚀性能进行了对比试验研究.结果表明:复合渗镀+PVD法沉积的TiN薄膜呈较为均匀、致密、细小的组织,Ti和N原子由表层呈梯度向内分布.与PVD法沉积的TiN层不同,是属于冶金扩散结合层,渗镀层厚度可达10μm以上.在10%H2SO4和3.5%NaCl溶液中,渗镀层的腐蚀速度分别为0.156 g/(m2.h)和0.025 g/(m2.h),显示出了优异的耐蚀性.

电弧离子镀多层Ti/TiN厚膜组织和力学性能研究

采用电弧离子镀技术在钛合金(Ti6Al4V)上制备了Ti/TiN/┄/Ti/TiN多层厚膜,膜层厚度为21.6μm～25.6μm,对不同Ti/TiN调制周期的多层膜物相、形貌、附着力和硬度进行了分析。结果表明:随膜层中Ti比例增加,膜层附着力增加,但膜层维氏硬度变化不大。

电弧离子镀方法制备的Ti/TiN多层膜的结构与耐腐蚀性能

采用电弧离子镀技术,通过周期性变换环境气氛,在7075Al合金上制备了Ti/TiN多层膜,并研究调制周期对多层膜的结构组成和腐蚀性能的影响。结果表明:多层膜与铝合金衬底界面结合较好,基本没有孔洞等缺陷。多层膜具有明显的层状特征,层间界面清晰。多层膜中TiN与单层中TiN薄膜有着相同的晶体结构,并存在(111)择优取向,每个调制周期内的TiN层都呈柱状生长。随着调制周期变小,多层膜阳极极化曲线的腐蚀电位增加,交流阻抗谱的阻抗值增大,容抗弧的半径也增大,即膜层的耐腐蚀性增加。多层膜调制周期的减小使得薄膜中含有的层界面增多,而贯穿至衬底表面的针孔等缺陷的数量将减少,这样,腐蚀性介质经过针孔等缺陷与衬底接触的机会变少,这将使薄膜的抗腐蚀能力得到改善。

脉冲偏压对电弧离子镀Ti/TiN纳米多层薄膜显微硬度的影响

采用脉冲偏压电弧离子镀方法在高速钢基体上沉积Ti/TiN纳米多层薄膜,采用正交实验法设计脉冲偏压电参数,考察脉冲偏压对Ti/TiN纳米多层薄膜显微硬度的影响.结果表明,在所有偏压参数(脉冲偏压幅值、占空比和频率)和几何参数(调制周期和周期比)中,脉冲偏压幅值是影响显微硬度的最主要因素;当沉积工艺中脉冲偏压幅值为900V、占空比为50%及频率为30kHz时,薄膜硬度可高达34.1GPa,此时多层膜调制周期为84nm,TiN和Ti单元层厚度分别为71和13nm;由于薄膜中的单层厚度较厚,纳米尺寸的强化效应并未充分体现于薄膜硬度的贡献中,硬度的提高主要与脉冲偏压工艺,尤其是脉冲偏压幅值对薄膜组织的改善有关.

偏压对铀表面多弧离子镀Ti/TiN多层膜的结构及抗腐蚀性能影响研究

在不同偏压下,利用多弧离子镀技术在U和Si基体上制备了Ti/TiN多层薄膜。利用X射线衍射仪和扫描电镜对多层膜的组织结构和薄膜界面形貌进行了分析。研究表明:脉冲偏压不但影响多层膜物相各衍射峰的强度,还诱导新相Ti2N的出现。制备的多层膜呈"犬牙"交错的层状、柱状结构生长。随脉冲偏压的增加,柱状晶结构细化,薄膜变得更加致密。通过50μg/g Cl-溶液腐蚀研究表明:Ti/TiN多层膜提高抗腐蚀性能源于层状失效,使得腐蚀介质到达基体更加困难,抗腐蚀性能优良。

多弧离子镀沉积Ti/TiN多层薄膜的摩擦磨损及电化学性能

软硬交替多层结构的薄膜因其优异的抗摩擦磨损性能和耐腐蚀特性使其在工程领域具有重要的应用价值。利用多弧离子镀在不锈钢和Si(100)表面沉积了Ti N单层薄膜和3种不同Ti/Ti N调制比的多层膜,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、CSM摩擦磨损试验机和电化学工作站分别分析了薄膜的结构特征、耐磨损性能和电化学性能。结果表明:多层膜层状结构明显,Ti N相出现(111)面择优取向;Ti与Ti N沉积时间比为1∶5的样品具有较低的摩擦因数(0.26)和磨损率(6.6×10–7 mm3·N–1·m–1);在3.5%Na Cl溶液中,多层膜样品的腐蚀电流密度较不锈钢基体降低了两个数量级,腐蚀电位较不锈钢基体明显提高,表明多层膜可以提高不锈钢基体的耐腐蚀性。

AZ91C镁合金表面Ti-TiN复合镀层的阴极多弧离子镀法制备与表征

采用阴极多弧离子镀膜技术,在AZ91C镁合金基底上首次成功镀制了结合力强的以Ti为过渡层的TiN复合膜层,并利用高分辨扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、显微划痕测试等技术对复合膜层的形貌、组织结构及性能进行分析研究。结果表明,采用多弧离子镀膜工艺,能在经过恰当预处理的镁合金基底上制备出性能良好的TiN膜,膜层均匀、致密,膜基结合力达130 mN以上,复合硬度达500 HV左右(AZ91镁合金基底为125 HV)。此外中性盐雾强化实验表明,经该方法处理后的镁合金在ASTM-B117标准测试条件下,腐蚀速率明显降低,经过200 h后,表面无明显腐蚀现象。真空多弧离子镀膜技术有望在镁合金表面防护领域得到应用。

多弧离子镀沉积TiAlN/TiN多层膜的结构与性能

为研究调制周期对薄膜结构和性能的影响,采用多弧离子镀技术在高速钢上制备TiAlN/TiN多层膜,通过改变调制周期制备了不同层数的TiAlN/TiN多层膜,使用扫描电子显微镜(SEM)、XP-2台阶仪、X线衍射仪(XRD)和维氏硬度计对薄膜的表面形貌、厚度、物相结构和硬度进行测量,并对实验结果进行分析和讨论.结果表明:TiAlN/TiN多层薄膜中膜层的择优生长方向主要表现为Ti Al N相的(0010)取向;调制周期的改变对薄膜的沉积速率基本没有影响;随着调制周期的减小,样品的表面质量提高,显微硬度明显变大.

磁控溅射Fe-N薄膜及Fe-N/TiN多层膜的结构和磁性

用磁控溅射法制备了Fe N薄膜和Fe N/TiN多层膜。结果表明 ,在常温下 ,使用较小的氮、氩比溅射 ,生成的Fe N薄膜主要是含氮α Fe固溶体 ,并且N原子进入α Fe晶格是饱和磁化强度提高的一个原因。Fe N/TiN多层膜的层间耦合作用以及减小每一Fe N层厚度而引起的晶粒尺寸的减小可以有效地降低薄膜的矫顽力 。

多弧离子镀沉积Ti/TiN多层膜的力学和摩擦学性能

采用多弧离子镀沉积了TiN单层薄膜和Ti/TiN多层膜,利用XRD、SEM对样品的物相结构和截面形貌进行表征,使用原子力显微镜、纳米硬度仪对其力学性能进行分析,同时采用摩擦试验机对其摩擦学性能进行了综合评价.结果表明:Ti/TiN多层膜组织结构致密,力学性能优良,相比于TiN单层薄膜,摩擦系数下降,磨损率降低了一个数量级,具有良好的减摩耐磨性.

Cu丝上沉积Ti/TiN多层膜的研究

铜丝可用于尿毒症患者腹膜透析置管术中的替代导丝。为了减少或消除铜离子对生物组织的损害,增加铜丝表面的生物相容性,同时又保持铜丝较好的塑性变形能力,本文采用电弧离子镀工艺在铜丝上沉积Ti/TiN多层膜。研究结果显示,镀膜铜丝表面光亮呈金黄色。沉积膜有明显的周期性层状特征,TiN相和金属Ti相周期性交替分布。其中,TiN相具有(111)晶面择优取向。沉积膜与铜丝结合良好,弯曲时镀膜铜丝没有出现微裂纹和膜脱落现象。室温消毒液浸泡和高温蒸汽消毒处理后,镀膜铜丝表面没有变化。腹膜透析置管术中使用镀膜铜丝,患者腹膜炎发生率明显降低,镀制Ti/TiN多层膜的铜丝适合应用于腹膜透析手术。

铜合金表面Ti/TiN多层膜的制备、结构及其性能

为了研究多层膜的腐蚀性能,促进多层膜在生产中的应用,采用电弧离子镀技术,通过调整环境N2和Ar气的时间比例在铜衬底上成功制备了不同调制周期的Ti/TiN多层膜.利用x-射线衍射谱和交流阻抗谱研究了该多层膜的结构和腐蚀性能.表面形貌显示,沉积的Ti/TiN多层膜具有明显的周期性,环境中N2和Ar气的时间比例决定了多层膜的调制周期,N2气时间越长,多层膜中TiN相层越厚.腐蚀性能测定表明,多层膜的调制周期影响其耐蚀性,当调制周期为550 nm时,沉积膜的耐腐蚀性最好.

磁控溅射TiN/Cu-Zn纳米多层膜腐蚀和抗菌性能研究

采用双靶磁控溅射的方法在不锈钢表面沉积了TiN／Cu-Zn纳米多层膜，研究了多层结构对膜层耐腐蚀性能和抗菌性能的影响，以及表面腐蚀与抗菌的关系。结果表明，Cu-Zn层比较薄时，膜层的耐腐蚀性能比较好，随着Cu-Zn层厚度的增加耐腐蚀性能显著下降。Cu-Zn层薄时，膜层抗菌性能对TLN层厚度较为敏感；而当Cu-Zn层较厚时，抗菌性能对TiN层厚度不敏感，均具有较好的抗菌性能。存在合适的多层结构，如TIN层厚度为3．3～5nm左右，Cu-Zn层厚度约为4nm时，使得膜层具有良好的抗菌性能和耐腐蚀性能。

Ti/TiN纳米多层薄膜改性层在Troyde's模拟体液中的抗腐蚀性能

用电弧离子镀设备,在医用不锈钢基体上沉积Ti/TiN纳米多层薄膜,考察薄膜在Troyde's模拟体液中的抗腐蚀性能.结果表明,在中性与酸性模拟体液中316L+Ti/TiN(45/45s) 体系的击穿电位分别提高5倍和2倍,腐蚀电流密度为基体的1/8与1/3,明显降低发生局部腐蚀的敏感性,但滞后环的出现说明薄膜被击穿后自修复能力较差.分析说明薄膜的纳米多层结构与纯Ti层的存在可有效提高医用不锈钢在Troyde's模拟体液中的抗点蚀能力.

调制结构对TiN/ZrN纳米多层膜的表面形貌、生长行为及力学性能的影响

利用射频反应磁控溅射方法,设计并制备了一系列不同调制周期的TiN/ZrN纳米多层膜.利用原子力显微镜、X射线衍射仪和纳米压痕仪对多层膜的表面形貌、微观结构和力学性能进行了系统表征.研究结果表明:调制结构影响着薄膜的择优生长取向、沉积速率和表面形貌;在调制周期为7nm～26nm的范围内,随调制周期的增加,TiN/ZrN多层膜的织构取向有从(100)面向(111)面转变的趋势;TiN和ZrN层的沉积速率随调制周期的变化而变化.在调制周期为15nm左右时,表面粗糙度最小,减小和增加调制周期均导致粗糙度的增加.力学性能分析表明:TiN/ZrN多层膜的硬度和弹性模量均高于单一TiN和ZrN的硬度和弹性模量,且随着调制周期的减小有逐渐增加的趋势.此外,根据调制结构和力学性能的分析结果,讨论了TiN/ZrN纳米多层膜的硬化机制.

铀表面等离子体浸没离子注入沉积制备氮化层+Ti/TiN多层膜的结构与性能

为了改善金属铀的摩擦磨损和抗腐蚀性能,采用等离子体浸没离子注入沉积(PIII&D)技术在铀表面氮化,再沉积Ti/TiN多层膜。利用扫描电镜和X射线衍射分析了薄膜的形貌和组织结构;对薄膜的摩擦磨损和抗湿热腐蚀性能进行了测试。结果表明:薄膜表面致密,界面晶粒柱状生长方式被阻断,晶粒细化;薄膜为Ti和TiN的双相结构,衍射谱中出现了UO2和U2N3的衍射峰;薄膜大大提高了铀基体的摩擦磨损和抗湿热腐蚀性能,调制周期对薄膜性能的影响较大。

双层辉光等离子渗金属技术制备TiN渗层及其耐NaOH溶液腐蚀性能

采用双层辉光等离子渗金属技术在Q235钢表面上制备了TiN渗层;对渗层的组织、硬度、成分和相结构及其耐NaOH溶液腐蚀性能进行了研究。结果表明:该渗层是由TiN颗粒均匀分布的扩散层及表面TiN沉积层组成的梯度结构;渗层表面形貌为胞状组织,颗粒致密均匀,表面为金黄色,渗层厚度可达16μm,与基体实现了冶金结合;渗层表面钛和氮原子比为1∶1,表面显微硬度达到了3 120 HV;渗层中TiN(111)衍射峰强度最大,具有明显的择优取向;渗层在4%的NaOH溶液中的耐腐蚀性能比Q235钢的提高了26.8倍,与1Cr18Ni9Ti不锈钢的相当。

中频对靶磁控溅射合成TiN／Ti多层膜

利用新型中频对靶磁控溅射技术合成了一系列TiN／Ti多层膜．考察了不同Ti间隔层对多层膜硬度和结合力的影响,分析了膜表面大颗粒和坑的形成机理;利用正交实验法和方差分析探讨了靶电流、气体压力和基体偏压对薄膜表面缺陷密度的影响,对工艺参数进行了优化．结果表明,靶电流对缺陷密度的影响最大,气体压力次之,基体偏压对缺陷密度影响最小;当靶电流I=20 A、气体压力P(Ar+N2)=0．31 Pa、基体偏压Vbias=-160--300 V和Ti间隔层厚度x=0．12 μm时,制备出硬度HV0．2 N=2250、膜基间结合力(临界载荷)Lc=48 N和表面缺陷密度ρs=58 mm-2的高质量TiN／Ti多层膜．