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带有反向正脉冲的HiPIMS技术制备ta-C膜及性能研究
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作者 何哲秋 冯利民 +2 位作者 李建中 石俊杰 高宣雯 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第13期96-103,共8页
目的提高切削刀具和耐磨零件的表面硬度和摩擦性能,延长工具的使用寿命。方法基于高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS),在每个脉冲周期尾部施加反向正脉冲,控制ta-C沉积过程,通过电镜测试、拉曼测试、XPS测试、纳米压痕硬度测试、摩擦磨损... 目的提高切削刀具和耐磨零件的表面硬度和摩擦性能,延长工具的使用寿命。方法基于高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS),在每个脉冲周期尾部施加反向正脉冲,控制ta-C沉积过程,通过电镜测试、拉曼测试、XPS测试、纳米压痕硬度测试、摩擦磨损实验分别分析脉冲频率、反向正脉冲能量对ta-C薄膜沉积速度、膜结构、硬度、结合强度、耐磨性能的影响。结果采用钨钢为基体进行实验,将频率从4000 Hz到1500 Hz依次降低,制备涂层。在频率为4000 Hz的处理条件下制备涂层时,ta-C膜层的厚度为479.2 nm,通过XPS可知,此时sp^(3)的原子数分数达到59.53%,硬度为32.65 GPa,且得到的薄膜在12.7 N时失效,耐磨性较差,摩擦因数约为0.163。在频率为1500 Hz的处理条件下制备涂层时,涂层各项性能均有所提升,ta-C膜层的厚度为488.6 nm,通过XPS可知,此时sp^(3)的原子数分数达到63.74%,硬度为40.485 GPa,且薄膜在14.9 N时失效,耐磨性较优,摩擦因数约为0.138。结论通过调节脉冲频率,可以有效提高ta-C薄膜的沉积效率,改善膜的结构和性能。随着沉积ta-C薄膜频率的降低,薄膜中sp^(3)的含量呈现增大趋势,摩擦因数也随之降低,有效改善了ta-C膜的耐磨性。 展开更多
关键词 高功率脉冲磁控溅射技术 类金刚石膜 脉冲频率 结合力 硬度 耐磨性
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高功率脉冲磁控溅射技术制备ta-C膜及性能改性研究
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作者 冯利民 史敬伟 +2 位作者 何哲秋 李建中 石俊杰 《材料保护》 CAS CSCD 2024年第7期23-29,共7页
硬质合金表面沉积四面体非晶碳膜(ta-C薄膜)的结合力和摩擦性能影响着其在切削刀具和耐磨零部件领域的应用效果。基于高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS)制备了ta-C薄膜,通过调节C2H2流量对ta-C薄膜进行了改性研究。利用SEM对薄膜厚度进行... 硬质合金表面沉积四面体非晶碳膜(ta-C薄膜)的结合力和摩擦性能影响着其在切削刀具和耐磨零部件领域的应用效果。基于高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS)制备了ta-C薄膜,通过调节C2H2流量对ta-C薄膜进行了改性研究。利用SEM对薄膜厚度进行观察,通过拉曼和XPS对其结构进行研究,通过纳米压痕对其硬度进行表征,通过纳米划痕对薄膜的结合力进行研究并通过摩擦磨损试验对薄膜的耐磨性进行探究。结果表明,通入C2H2气体可有效改善ta-C薄膜的结构、硬度、结合力和耐磨性能。改变C2H2流量可调控ta-C薄膜的性能,随着C2H2流量的逐渐增大,薄膜的各项性能呈现先增大后减小的趋势,当C2H2流量为15 cm^(3)/min时,薄膜的各项性能都达到较为优异的结果,ta-C薄膜厚度达655.9 nm,硬度提高到43.633 GPa,结合力提升到19.2 N,此时sp3键含量为70.19%,ta-C薄膜表面均匀、致密,且性能优良。 展开更多
关键词 高功率脉冲磁控溅射 四面体非晶碳膜 C2H2 薄膜性能
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高速钢表面类金刚石薄膜的掺氮改性研究
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作者 冯利民 何哲秋 +1 位作者 胡剑南 李建中 《上海金属》 CAS 2024年第3期38-43,共6页
高速钢表面类金刚石(diamond-like carbon,DLC)薄膜的沉积效率和膜-基结合力影响其在切削刀具领域的应用。基于空心阴极原理,利用等离子体增强化学气相沉积(plasma-enhanced chemical vapor deposition,PECVD)的方法,在体积比为1∶3的CH... 高速钢表面类金刚石(diamond-like carbon,DLC)薄膜的沉积效率和膜-基结合力影响其在切削刀具领域的应用。基于空心阴极原理,利用等离子体增强化学气相沉积(plasma-enhanced chemical vapor deposition,PECVD)的方法,在体积比为1∶3的CH_(4)和C_(2)H_(2)的混合气体中加入N_(2)在高速钢表面制备类金刚石薄膜,研究了N_(2)体积分数对DLC薄膜结合力和耐磨性的影响。结果表明:掺氮可提高DLC薄膜的沉积效率,改善膜结构。随着N_(2)体积分数的增加,DLC薄膜中sp^(3)键含量和摩擦因数均先增大后减小。掺10%体积分数N_(2)的DLC薄膜厚度达1543 nm,膜-基结合力等级从HF4提高到HF2,摩擦因数降至0.139,耐磨性提高。 展开更多
关键词 高速钢 类金刚石薄膜 结合力 摩擦 掺氮
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Study of bias voltage effect on the performance of ta-C coating prepared by high power impulse magnetron sputtering
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作者 冯利民 何哲秋 +2 位作者 严森 李建中 石俊杰 《China Welding》 CAS 2024年第1期7-12,共6页
The mechanical and frictional properties of ta-C coatings deposited on the substrate surface affect applications in the field of cutting tools and wear-resistant components.In this paper,the effect of bias parameters ... The mechanical and frictional properties of ta-C coatings deposited on the substrate surface affect applications in the field of cutting tools and wear-resistant components.In this paper,the effect of bias parameters on the performance of ta-C coatings was investigated based on high power impulse magnetron sputtering(HiPIMS)technology.The results show that bias voltage has a significant effect on the deposition rate,structure,and wear resistance of the coating.In the range of bias voltage−50 V to−200 V,the ta-C coating performance was the best under bias voltage−150 V.The thickness reached 530.4 nm,the hardness value reached 35.996 GPa,and the bonding force in-creased to 14.2 N.The maximum sp3 bond content was 59.53% at this condition. 展开更多
关键词 bias voltage magnetron sputtering deposition rate wear resistance
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