基片与膜厚对硬质薄膜力学性能的影响

采用毫牛力学探针技术的两步压入试验法研究了高速钢和不锈钢基片上不同厚度TiN薄膜的硬度和弹性模量。结果表明 :采用同样工艺制备的TiN薄膜 ,其力学性能随基片类型和膜厚的不同有明显变化。薄膜的硬度和弹性模量随膜厚的增加而提高 ;基体硬度的提高也使薄膜呈现较高的硬度和模量。分析认为薄膜内应力状态的改变是产生这些现象的主要原因。

薄膜截面的TEM样品制备

针对用于透射电镜观察的截面样品制备较为困难的问题,以不锈钢基底上沉积的VN／SiO2超晶格薄膜为例,介绍了薄膜截面TEM样品的制备方法与过程。

磁控溅射CrN_x薄膜的制备与力学性能

采用反应磁控溅射法在不同的氮分压下制备了一系列CrNx 薄膜 ,并利用EDS和XRD表征了薄膜的成分和相组成 ,采用力学探针测量了薄膜的硬度和弹性模量。研究了氮分压对薄膜成分、相组成和力学性能的影响。结果表明 ,随氮分压的升高 ,薄膜的沉积速率明显降低 ;薄膜中的氮含量增加 ,相应地 ,相组成从Cr +Cr2 N过渡到单相Cr2 N ,再逐步经Cr2 N +CrN过渡到单相CrN ,并在Cr :N原子比为 1∶2和 1∶1时 ,薄膜的硬度出现极值 (HV2 7.1GPa和HV2 6.8GPa) ,而薄膜的弹性模量则在Cr2 N时呈现 3 5 0GPa的最高值。

Si含量和基片温度对Ti-Si-N纳米复合薄膜的影响

通过多靶磁控反应溅射方法沉积了 Ti- Si- N系纳米复合薄膜 .采用电子能谱仪 (EDS)、X-射线衍射 (XRD)、透射电子显微镜 (TEM)、X-射线光电子能谱 (XPS)和显微硬度仪分析 Ti- Si- N系薄膜的微观结构和力学性能 ,以及基片温度对薄膜微结构和硬度的影响 .结果表明 ,薄膜中的 Si以非晶 Si3 N4形式抑制 Ti N晶粒的生长 ,使之形成纳米晶甚至非晶 ;薄膜硬度在 a(Si) =4.1 4 %时达到最大值 (36GPa) ,继续增加 Si的含量 ,薄膜硬度逐渐降低 .基片温度的提高减弱了 Si3 N4对Ti N晶粒长大的抑制作用 。

铝液在Al_2O_3上润湿性的改善

液态铝对 Al2 O3不润湿使该体系复合材料制备困难 ,性能也难以提高。本研究采用改进的座滴法装置测定了纯铝和 Al- La合金在 Al2 O3表面的润湿性 ,并用电子探针分析了 Al- La合金与 Al2 O3的界面。结果表明 :少量稀土元素La的加入可以使铝润湿 Al2 O3,其润湿角从 90 .5°减小到 80°左右。L a与 Al2 O3在液 /固界面反应生成 La2 O3是改善铝对 Al2 O3润湿性的主要原因。

TiN/NbN纳米多层薄膜的交变应力场和超硬效应

为了研究纳米多层薄膜的超硬效应 ,采用反应溅射法制备从 1 4nm至 2 7nm不同调制周期的一系列TiN/NbN纳米多层膜。高分辨电子显微镜对薄膜的调制结构和界面生长方式的观察发现 ,TiN/NbN膜具有很好的调制结构 ,并呈现以面心立方晶体结构穿过调制界面外延生长的多晶超晶格结构特征。显微硬度测量表明 ,TiN/NbN纳米多层膜存在随调制周期变化的超硬效应。薄膜在调制周期为 8 3nm时达到HK39 0GPa的最高硬度。分析认为 ,两种不同晶格常数的晶体外延生长形成的交变应力场 ,对材料有强化作用 。

反应溅射Nb-Si-N薄膜的微结构与力学性能

在Ar、N2和SiH4混合气体中,通过反应磁控溅射方法制备了一系列不同Si含量的Nb-Si-N复合薄膜,采用EDS、XRD、TEM、AFM和微力学探针表征了复合薄膜的成分、相组成、微结构和力学性能.结果表明,采用反应磁控溅射技术通过控制混合气体中SiH4分压可以方便地获得不同Si含量的Nb-Si-N薄膜.少量Si的加入使薄膜得到强化,并在Si含量为3.4%时达到硬度和弹性模量的最高值,分别为53 GPa和521 GPa.进一步增加Si含量,薄膜的硬度和弹性模量逐步降低.Nb-Si-N薄膜力学性能的提高与其晶体缺陷的增加有关.

TiN/SiC纳米多层膜中的晶体互促生长

研究了TiN/SiC纳米多层膜中的晶体互促生长效应,采用磁控溅射法制备了一系列不同厚度SiC和TiN的TiN/SiC纳米多层膜以及TiN、SiC单层膜.利用透射电子显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜和X射线能量色散谱仪分析了多层膜的微结构.结果表明,尽管TiN和SiC的单层膜分别以纳米晶态和非晶态存在,但由TiN和SiC通过交替沉积形成的纳米多层膜却能够生长成为晶体完整性良好的柱状晶并呈现强烈的择优取向,显示了一种异质材料晶体生长的相互促进作用.纳米多层膜中的晶体互促生长效应与新沉积层原子在先沉积层表面上的移动性有重要关系.

硬质涂层力学性能可靠测量的两步压入法

正确测量涂层的硬度等力学性能一直是硬质涂层生产和研究中亟待解决的问题。本文提出的采用力学探针对涂层进行两步压入的实验方法可以在未知涂层厚度的条件下通过大载荷逐步加载展示出涂层厚度对载荷选择的要求 ,从而正确选择加载载荷进行小载荷压入实验。

VN/(Ti,Al)N纳米多层膜的共格生长与超硬效应

采用反应磁控溅射技术制备了一系列具有不同调制周期的VN/(Ti,Al)N纳米多层膜.利用高分辨透射电子显微镜、X-射线衍射仪和微力学探针表征了纳米多层膜的微结构和力学性能,从而研究其微结构与力学性能之间的关系.结果表明,小调制周期时,VN/(Ti,Al)N纳米多层膜沿薄膜生长方向呈现出具有面心立方(111)晶面择优取向的共格外延生长结构.由于存在晶格错配,在共格界面作用下,VN和(Ti,Al)N调制层分别受到拉、压应力,在多层膜中产生以调制周期为周期的交变应力场.这种应力场大大阻碍了薄膜中位错穿过界面的运动,从而导致薄膜产生硬度和弹性模量异常升高的超硬效应,并在调制周期为5.6 nm时,达到硬度和弹性模量的最高值38.4GPa和421 GPa.进一步增加调制周期,两调制层之间产生非共格界面,破坏了薄膜中的交变应力场,薄膜的硬度和弹性模量也随之降低.

一种高成功率的薄膜截面TEM样品制备方法

截面样品的制备是采用透射电镜(TEM)观察薄膜微结构的关键之一,该文分析了采用离子减薄法制备薄膜截面TEM样品成功率低的原因,并对原有方法进行了改进,提出了一种粘贴优半圆环遮挡单边离子束,防止待观察薄膜被正面轰击的薄膜截面TEM样品制备方法,该方法不仅操作简便,而且可大大提高制样成功率。

穿缸螺栓断裂分析

一根用来紧固节段式水泵的穿缸螺栓仅服役3个月便产生断裂。采用断口分析、金相检验和硬度测定等方法,对断裂螺栓进行了分析。分析结果表明,断口宏观上有明显的贝纹线花样,微观形态主要为疲劳辉纹,因此螺栓的断裂是疲劳断裂。材料棒中存在严重的中心碳偏析致使材料强度不均匀,造成材料强度偏低。碳偏析及材料强度不足是引起断裂的主要原因。

齿座裂纹分析

采用金相分析方法分析了齿座表面裂纹的性质和产生原因。根据齿座表面裂纹主要呈沿晶扩展 ,裂纹两侧无脱碳和氧化现象 ,认为该裂纹为淬火裂纹。渗碳温度过高、晶粒粗大。

韧性基体上硬质涂层的扫描电镜截面样品制备方法

以不锈钢表面涂覆AlN/SiO2纳米多层涂层样品为例,介绍了一种制备韧性基体硬质涂层的截面扫描电子显微镜观察样品的方法,取得了较好的效果。

金属基体上硬质薄膜内应力的释放测量法

提出了一种基于Stoney公式测量金属基体上硬质薄膜内应力的应力释放法,并研究了不同基底温度对磁控溅射TiN薄膜内应力的影响。