钽掺杂对多层Ta-DLC薄膜摩擦及腐蚀行为的影响

目的解决316L不锈钢在苛刻海洋环境中易磨损、易腐蚀的问题。方法采用中频磁控溅射技术在316L不锈钢上沉积了Ta/TaN/TaCN/Ta-DLC薄膜。通过扫描电子显微镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱、X射线衍射、纳米压痕、往复摩擦磨损试验和电化学测试等手段,重点研究了DLC膜层中Ta元素掺杂含量对薄膜结构、组成成分、力学性能、摩擦学性能和耐腐蚀性能的影响规律。结果随着Ta元素含量(原子数分数)从2.04%增到4.16%,薄膜中的sp^(3)键含量呈现先升高后降低的趋势,当Ta原子数分数为3.60%时,薄膜中sp3键含量最高,且薄膜的硬度及弹性模量达到最大,分别为7.01 GPa和157.87 GPa。随着Ta元素含量的增加,薄膜的平均摩擦因数逐渐减小,在4.16%(原子数分数)时达到最小0.21。Ta元素含量对薄膜的结合力影响较小,且所有薄膜结合力总体在10 N左右。当Ta原子数分数为3.60%时,薄膜的腐蚀电流密度及钝化电流密度最小,分别为0.006μA/cm^(2)和0.63μA/cm^(2),比其他薄膜的低1~2个数量级,并且薄膜电阻及电荷转移电阻最大,展现出最为优异的耐腐蚀性能。结论Ta元素的掺杂提高了薄膜的耐摩擦性能,且适当的Ta元素掺杂能够提高Ta/TaN/TaCN/Ta-DLC薄膜的耐磨耐蚀性能。

Ti掺杂对a-C:H膜组织结构和性能的影响

采用磁控溅射沉积方法在钛铝合金基体上制备有Ti与无Ti的类金刚石(DLC)膜,全方位离子注入(PSII)技术被用来在膜与基体之间形成过渡层,提高膜基界面的附着力。通过X射线光电子能谱、纳米压痕、摩擦磨损等表征手段比较2种薄膜的化学组成、微结构特征和力学性能。结果表明:掺Tia-C:H膜是含有TiC纳米晶粒的复合膜结构,其中TiC晶粒的大小约是5nm,掺Tia-C:H膜的力学性能得到明显改善,硬度被提高到24GPa左右,而且结合力也明显得到提高。在大气中对样品进行热处理后,再进行摩擦磨损试验,结果表明Ti掺杂改善了a-C:H膜的热稳定性。

硼离子注入对SiC-C/SiC复合材料抗氧化性影响

通过等离子体源离子注入法(PSII),对带有SiC涂层的C纤维增强SiC基(SiCC/SiC)复合材料进行硼离子注入,研究了硼离子注入对样品抗氧化性能的影响。通过俄歇电子能谱检测分析了样品成份的深度分布。在空气中1300℃的高温条件下进行了氧化实验。通过XRD和扫描电镜分别对样品的化学组成和表面形貌进行了表征,对样品的力学性能进行了测试。结果表明,对SiCC/SiC复合材料注入硼有助于提高其抗氧化性能。经过离子注入试样的弯曲性能与未经离子注入试样相比变化很小。

类金刚石膜的应用及制备

类金刚石膜 (DL C)是由无定形碳和金刚石相混合组成的碳材料 ,由于具有与金刚石膜 (DF)相类似的性能——优异的机械特性、电学特性、光学特性、热学和化学特性以及生物相溶性 ,同时制备方法相对容易实现 ,因此引起人们极大兴趣 ,现在已经应用到很多领域。本文将简要介绍类金刚石膜的性能。

Al离子注入对SiC-C/SiC复合材料抗氧化性能影响研究

用金属真空阴极弧(MEVVA)离子源对SiC-C/SiC复合材料进行Al离子注入来改善其抗氧化性能。通过俄歇电子能谱和扫描电镜分别对复合材料的Al离子浓度分布及表面形貌进行了表征,并在1300℃的空气中进行了氧化实验,结果表明Al离子注入能够有效改善复合材料的抗氧化性能而不影响它的力学性能。

类金刚石膜Ti,Zr掺杂对DLC性能的影响

主要针对类金刚石膜存在的内应力大、热稳定性差等缺点,通过反应磁控溅射技术制备了掺杂Ti,Zr金属元素的DLC薄膜,将掺杂Ti,Zr金属元素的DLC薄膜与未掺杂DLC薄膜进行了比较,结果表明掺杂金属的DLC膜能够明显降低薄膜内应力,提高薄膜热稳定性,对于含氢DLC膜,金属的掺杂还提高了薄膜的硬度,但掺杂后的摩擦系数变大。

等离子体源离子注入法制备类金刚石薄膜

用等离子体源注入(PSⅡ)在Si(100)上制备类金刚石膜,放电气体采用CH_4,用微波电子回旋共振(ECR)产生等离子体。将-20～-30kV的高压加在衬底上,来提高离子的能量。通过Raman光谱和FT-IR光谱检测了类金刚石膜的化学组成及状态,并对其机械性能和表面形貌进行了检测。结果显示,硅片硬度和摩擦因数得到了改善,用PSⅡ能够制备出性能优良的膜,可以将其应用到微电子器件(MEMS)上去。

SiC-C/SiC复合材料进行硼离子注入的工艺研究

叙述采用等离子体源离子注入法(PSII),对带有SiC涂层的C纤维增强SiC基(SiC-C/SiC)复合材料进行硼离子注入的工艺研究。通过朗缪尔单探针测量了等离子的密度,对注入剂量进行了估算。对复合材料采用加金属网的工艺,来提高离子注入能量。用俄歇电子能谱检测分析了加金属网与未加金属网样品硼离子的成分深度分布。证明了加金属网工艺可以有效改善不良导体的注入效果。在空气中1300℃的高温条件下进行了氧化实验,实验结果说明对SiC-C/SiC复合材料注入硼有助于提高其抗氧化性能。

气压及偏压对磁控溅射TaN薄膜力学性能影响

采用电子回旋共振增强磁控溅射在不锈钢基体上制备六方相TaN薄膜,并研究了气压及偏压对TaN薄膜结构、力学性能的影响。利用X射线衍射、扫描电镜、原子力显微镜分析薄膜化学结构及形貌,利用纳米压痕、划痕实验仪对薄膜力学性能进行测定。研究表明,制备气压上升影响六方TaN相择优取向,气压、Ar/N2流量比及偏压改变对TaN薄膜力学性能有较大影响。实验证明在1.1×10-1Pa,偏压100V下制备的TaN薄膜具有最高硬度32.4 GPa,最高结合力极限载荷27 N。

TC4钛合金表面电弧离子镀TiN／CrN纳米多层薄膜研究

用电弧离子镀技术在TCA钛合金基体上通过改变偏压制备了4组TiN／CrN薄膜，对薄膜的表面形貌、厚度、相结构、硬度、膜基结合力和摩擦系数等组织、性能进行了测试表征。结果表明，薄膜是由TiN相和CrN交替叠加构成的纳米多层薄膜，薄膜的调制周期为60nm，总的厚度约为480nm。与基体钛合金相比，镀膜后样品的表面性能与偏压幅值密切相关并有显著提高：显微硬度从基体的3GPa提高到16．5-24．7GPa；摩擦系数从基体的0．35大幅度降低到0．14—0．17；薄膜与基体结合牢固，膜基临界载荷在60-80N之间。经电弧离子镀TiN／CrN纳米多层薄膜处理后，TC4钛合金可以满足沙粒和尘埃磨损条件下的耐磨性能要求。

基体温度对TC11钛合金EB-PVD修复层组织及振动疲劳寿命的影响

为了研究温度对修复层性能的影响,采用电子束物理气相沉积（EB-PVD）技术在TC11平板试样上制备了修复层,利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和能谱仪（EDS）研究了不同温度下修复层的成分及组织形貌变化,并通过振动疲劳试验等方法研究了温度对修复层振动疲劳寿命的影响。结果表明：在600~800℃进行修复时,修复层为柱状晶组织。修复层的致密性随温度升高而变大,这种变化也会影响修复后试片的振动疲劳性能,修复层柱状晶结构间隙处形成的裂纹源会造成试片疲劳性能的下降。

CuNiIn微动磨损涂层失效机理研究

目的系统研究CuNiIn和CuInO_2的晶体结构、体模量、剪切模量、杨氏模量、泊松系数、韧性、热膨胀系数、残余应力等物理参量,阐明CuNiIn涂层中生成的其他复合化合物—CuInO_2对CuNiIn机械性能的影响作用机制。方法采用基于密度泛函理论的第一原理,弹性常数采用应力-应变方案,体模量、剪切模量、杨氏模量采用Voigt-Reuss-Hill方法计算。结果CuNiIn和CuInO_2均为机械稳定结构,CuNiIn和CuInO_2的体模量、剪切模量、杨氏模量、泊松系数分别为118.2GPa,13.7GPa,39.6GPa,0.44和119.0GPa,36.8GPa,100.1GPa,0.36。化合物CuInO_2的机械模量较CuNiIn高,韧性较差,热膨胀系数较低,涂层的残余应力较高。结论喷涂工艺不适,或CuNiIn涂层服役过程中生成的CuInO_2对微动磨损CuNiIn涂层服役性能有不利影响。

立方氮化硼薄膜的制备及研究

通过工艺对比,考察了过渡层在降低立方氮化硼薄膜内应力方面的作用,并研究了薄膜的力学性能。结果表明B-C-N三元过渡层的添加有效地降低了薄膜内应力。X射线光电子能谱结果显示在B-C-N三元过渡层内形成了成分的逐渐变化,同时各元素间杂化成键。过渡层的添加使得在硅片基底上成功制备了性能稳定的立方氮化硼厚膜。

超快激光加工的微结构界面对DLC薄膜磨损性能影响研究

采用飞秒超快激光在GCr15轴承钢基体表面上制备了条纹、方格结构,并研究对类金刚石(DLC)薄膜结构、结合强度和耐磨性能影响。利用Raman光谱、扫描电镜、白光干涉形貌仪分析薄膜化学结构及形貌,利用划痕实验仪及SRV磨损试验机对薄膜结合强度、磨损性能进行测定。研究表明,功率密度0.96、400 mm/min、加工间距150~350μm条件下的获得的微结构对DLC薄膜sp3键含量有提升作用,并影响DLC薄膜的结合强度和耐磨性。在间距250μm条纹结构上的DLC薄膜具有最佳的性能,硬度约16 GPa,最高结合力极限载荷52 N,面-面接触、20 N载荷下磨损率1.35×10^(-6)mm^(-3)/N·m,耐磨性与无微结构DLC相比,最高可提高50倍。

电子回旋共振—微波等离子体化学气相沉积法制备a-C:H(N)薄膜

采用电子回旋共振 -微波等离子体化学气相沉积技术 ,使用 CH4 和 N2 混合气作为反应气体 ,在硅衬底上制备掺氮含氢非晶碳 (a- C∶ H(N) )薄膜。紫外 Ram an光谱证实了薄膜的类金刚石特性 ;傅立叶变换红外光谱表明薄膜中存在 CH和 CN键结构。采用原子力显微镜 (AFM)观察薄膜的微观表面形貌 ,结果表明薄膜表面光滑。论文详细叙述了薄膜制备工艺 ,对测试结果进行了分析讨论 。

等离子体在零件表面强化与改性中的应用

离子注入与沉积技术在诸多领域有着广泛的应用。文章主要介绍微波ECR与MEVVA等离子体源及其相关设备的工艺特点 ,同时也介绍了它们在材料表面改性等方面的一些实际应用情况。

动态混合注入与沉积法制备TiN膜层

采用离子注入、沉积、动态混合注入沉积工艺,在硅基体上制备TiN膜层。用纳米划痕法检测成膜质量,用扫描电镜观察划痕形貌。对比分析结果表明,动态混合离子注入沉积工艺对提高膜层与基体的结合性能效果显著。

基体偏压对316L不锈钢表面多层Ti-DLC薄膜摩擦及腐蚀行为的影响

在严苛海洋环境下,传统单一的Ti掺杂类金刚石薄膜(DLC)无法满足减摩耐磨及耐腐蚀性能的要求,仍须进一步探索.为促进DLC薄膜在严苛海洋环境下的应用,采用中频磁控溅射技术在316L不锈钢上制备Ti/TiN/TiCN/Ti-DLC复合薄膜.通过SEM、拉曼光谱、XPS、纳米压痕测试、摩擦磨损试验及电化学测试等方法,重点研究基体偏压对薄膜结构、力学性能、摩擦性能及耐腐蚀性能的影响规律.结果显示:随着基体偏压从-60 V到-120 V,薄膜中sp3-C/sp2-C比值逐渐增大,薄膜硬度及弹性模量逐渐增大;薄膜结合力呈现先增大后减小的趋势,在-80 V时达到最大24.5 N;在7N的法向载荷下,薄膜磨损失效时间先增大后减小,偏压为-80 V时磨损寿命最长;316L不锈钢和所有薄膜的阳极极化曲线都表现出明显的钝化现象,在偏压为-120 V时,薄膜的维钝电流密度比316L不锈钢低两个数量级,表现出优异的耐蚀性;薄膜电阻Rf和电荷转移电阻Rct逐渐增大,薄膜的耐腐蚀性能逐渐增强.Ti/TiN/TiCN/Ti-DLC复合薄膜的多层结构和元素掺杂相结合的设计有效提高了316L不锈钢的耐腐蚀性能和减摩耐磨性能,拓宽了类金刚石薄膜在严苛海洋服役环境下的应用范围.

微波ECR等离子体源离子注入法制备DLC薄膜

用微波ECR等离子体源离子注入 (PSII)法 ,在硅片 ( 10 0 )上制备了类金刚石 (DLC)薄膜 ,工作气体采用CH4气体 ,研究了不同的气体流量对薄膜的影响。对制备的DLC薄膜 ,用拉曼光谱、FT IR光谱、AFM以及纳米压痕等手段对化学成分、化学键结构。

HVOF制备CuNiIn涂层对TC4-DT钛合金抗微动磨损的改善

研究超音速火焰喷涂CuNiIn涂层对TC21钛合金疲劳性能的影响和TC4-DT钛合金微动磨损的防护行为。结果表明,超音速火焰喷涂制备的CuNiIn涂层致密均匀、与TC21基体结合良好,且对基体的疲劳极限影响不大;涂层防护前后,TC4-DT的微动磨损机理不同,使用前为切削磨损和磨粒磨损,使用后为粘着磨损和磨粒磨损;CuNiIn涂层可以有效改善TC4-DT的抗微动磨损性能,在本试验条件下,涂层使用前后磨损体积降低62%。