氮含量对Ti-B-C-N薄膜微观结构和性能的影响

采用反应磁控溅射法在高速钢基体上制备氮原子分数分别为10.8%,15.6%,28.1%,36.4%的Ti-B-C-N薄膜,研究了氮含量对薄膜微观结构、硬度和摩擦磨损性能的影响。结果表明:Ti-B-C-N薄膜均由α-Fe和Ti(C,N)纳米晶组成,具有Ti(C,N)纳米晶镶嵌在非晶基体相中的纳米复合结构;随着氮含量增加,非晶相含量增加,Ti(C,N)纳米晶的含量和晶粒尺寸减小;随着氮含量增加,Ti-B-C-N薄膜的显微硬度增大,摩擦因数和磨损率均减小,表面磨痕变浅,磨损机制由剥落和微观犁削转变为微观抛光。

磁控溅射Ti-Al-N复合膜的摩擦磨损性能分析

采用真空磁控溅射技术的方法制备了不同Al质量分数的Ti-Al-N薄膜,分别研究了室温及高温下不同Al质量分数的Ti-Al-N薄膜的摩擦磨损性能.研究结果表明,Al质量分数和温度都对薄膜的摩擦磨损性能产生较大的影响.室温时,当Al质量分数为49.97%时,薄膜的平均摩擦系数最小,为0.772 3;高温条件下,薄膜的摩擦系数显著低于室温条件下,当Al质量分数为39.51%时,平均摩擦系数最小,为0.379 2.

电弧离子镀(Ti,Al)N复合薄膜的结构和性能研究

利用电弧离子镀设备在1Cr11Ni2W2MoV不锈钢基体表面沉积了不同成分的(Ti1-xAlx)N薄膜;X射线衍射分析表明,x在0-0.5之间时,薄膜是B1型(NaCl)单相结构;x=0.64时,同时出现B1和B4型(ZnS)两种相结构,x≥0.79时,只出现B4型结构;随着Al含量的增加,晶格常数减小,B1结构的薄膜择优取向由(111)向(220)转变.力学性能测试表明,适当Al含量可以提高薄膜的硬度、膜基结合强度及抗磨损性能; B1结构(Ti,Al)N薄膜的氧化实验表明,随着Al含量的增加,薄膜抗氧化性能显著提高.

射频磁控溅射(Ti,Al)N薄膜性能的研究

采用射频磁控溅射,用Al靶和Ti靶同时溅射沉积(Ti,Al)N薄膜。研究表明:不同Al靶功率沉积的薄膜中始终存在面心立方结构(B1型),当Al靶功率大于250 W薄膜中面心立方结构(B1型)和六方结构(B4型)共存。随Al成分的增加,B1型结构晶格常数减小,薄膜择优取向由B1型(111)向B4型(002)转变。薄膜表面随Al靶功率增加分别呈岛状、纤维状和柱状增长。(Ti,Al)N薄膜的硬度随Al靶功率的增加呈上升趋势。等离子体发射光谱分析显示,在相同工艺条件下Al靶比Ti靶先进入非金属态溅射模式,导致在相同功率下Al溅射速率低于Ti溅射速率。

电弧离子镀梯度(Ti，Al)N薄膜的结构与抗氧化性能

采用电弧离子镀(AIP)技术在航空发动机压气机用1Cr11Ni2W2MoV不锈钢上沉积(Ti,Al)N梯度薄膜,并研究其微观结构和高温抗氧化性能。结果表明,薄膜均匀致密,与基体结合良好;薄膜为B1型(NaCl)单相结构,具有(220)择优取向;薄膜是内层富TiN、外层富(Ti,Al)N的梯度薄膜;梯度薄膜在700℃和800℃氧化后,表层形成富Al2O3的保护膜,在700℃较长时间内和800℃短时间内对不锈钢基体具有良好的保护作用。

PCVD制备Ti_(1-x)Al_xN硬质薄膜的结构与硬度

用直流等离子体增强化学气相沉积(PCVD)方法获得了Ti_(1-x)Al_xN硬质薄膜;考察了Al含量x及高温退火对薄膜微观结构转变过程及其硬度的影响.结果表明,制备的Ti_(1-x)Al_xN薄膜由3—10nm晶粒组成.随Al含量x增加,薄膜硬度升高,x超过0.83时,硬度开始急剧下降;结构分析证实x小于0.83,Ti_(1-x)Al_xN薄膜是固溶强化;x=0.83,薄膜中出现六方氨化铝相(h—AlN).热稳定性实验表明,Ti_(1-x)Al_xN薄膜的纳米结构和硬度在N_2环境下可以维持到900℃.

(Ti,Al)N镀层的结构及氧化行为

介绍了一种新型防护镀层—— (Ti,Al)N镀层 .镀层中铝含量对薄膜的化学成分、微观结构 (相组成， 结构取向， 致密性等 )、力学性能及抗氧化性能的影响明显 .综合 (Ti1－ xAlx)N薄膜的力学性能和抗氧化性能得出， 铝含量大于 25％时， 可得到性能较优的薄膜 .

直流磁控溅射沉积（Ti，Al）N膜的研究

研究了用直流磁控反应性溅射法在Ａｒ＋Ｎ２气氛中沉积（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ膜的工艺。（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ膜具有比ＴｉＮ膜高的耐磨性、硬度和高温抗氧化性。ＡＥＳ深度分析表明，由Ａｌ的选择性氧化形成的Ａｌ２Ｏ３保护层，是（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ膜具有优良高温抗氧化性能的原因．

多弧离子镀(Cr,Ti,Al,Zr)N多组元超硬梯度膜的结构及性能

(Cr,Ti,Al,Zr)N梯度膜性能优异。采用多弧离子镀技术,使用Ti-Al-Zr合金靶和Cr单质靶在高速钢表面制备(Cr,Ti,Al,Zr)N多元超硬梯度膜,利用扫描电镜、能谱、X射线衍射仪、硬度计、划痕仪对膜层形貌、成分、结构、硬度、附着力进行分析,并通过热震性能试验考察了膜层的抗热震性能。结果表明:制备的膜层为面心立方结构,择优生长取向为(220)面;与TiN,(Ti,Al)N,(Ti,Cr)N,(Ti,Al,Zr)N等硬质膜相比,制备的(Cr,Ti,Al,Zr)N多元梯度膜具有更高的硬度和膜/基附着力,硬度可达4400HV,膜/基附着力大于200N,实现了从硬质膜到超硬膜的转变;膜层中N含量梯度可有效减少应力集中,Cr,Al含量的增加有利于提高膜层抗热震性能;负偏压对膜层硬度影响较大,对膜层成分、结构、抗热震性能影响较小,对膜/基附着力基本无影响。

脉冲偏压对(Ti，Al)N／TiN／(Ti，Al)N多层复合涂层成分和硬度的影响

采用脉冲偏压多弧离子镀技术在Hss-Al高速钢上涂镀(Ti,Al)N/TiN(/Ti,Al)N多层复合涂层。所用设备为复合八阵弧离子镀膜生长系统。简要介绍了多层复合膜的镀层工艺过程。鉴于复合涂层中的Al含量对涂层的性能特别是抗磨损性能有极重要的影响,实验中重点考察了脉冲偏压幅对Al含量的影响。同时测试了复合涂层的Vickers硬度与偏压幅值的关系。研究结果得出,随着脉冲偏压幅值的增加,涂层中Al含量先增加,然后减少,偏压幅值为-150V时,Al含量高达36.41at%;偏压幅与涂层显微硬度的关系有相似的规律,在偏压幅值为-150V时,7层复合膜的Vickers硬度达2750MPa左右,10层复合膜的硬度约2880MPa。

A1含量对(Ti,Al)N膜结构性能影响的研究进展

综述了Al元素在(Ti,Al)N膜中的作用机理和Al含量对(Ti,Al)N膜结构、抗高温氧化、硬度、耐磨性、结合强度等的影响,指出了(Ti,Al)N膜的发展方向。

多弧离子镀(Ti,Al,Zr)N多元超硬梯度膜的制备及力学性能研究

采用多弧离子镀技术并使用合金靶Ti-Al-Zr制备(Ti,Al,Zr)N多元超硬梯度膜。利用扫描电镜、X衍射仪对(Ti,Al,Zr)N膜层表面、断面形貌、成分、结构进行观察测定;系统考察了沉积工艺对(Ti,Al,Zr)N膜层质量、膜/基附着力和硬度的影响;并对膜层抗热震性进行了研究。通过与TiN,(Ti,Al)N,(Ti,Zr)N等硬质膜进行比较,发现采用Ti-Al-Zr合金靶制备的(Ti,Al,Zr)N多元梯度膜有更高的硬度和膜/基附着力,硬度可达4000 HV,实现了从硬质膜到超硬膜的转变;膜/基附着力大于200 N,同时对沉积工艺有较强的适应性。

磁控溅射Ti_(1-x)Al_xN薄膜的结构与摩擦学性能研究

采用双靶反应磁控溅射的方法,通过改变基体相对于靶材的位置制备了一系列不同化学成分的TiAlN薄膜.用SEM,AFM,EDS,XRD等检测手段对薄膜的表面状态,如粗糙度、化学成分及结构等进行了表征,采用UMT-3型多功能摩擦磨损试验机,在室温、大气环境、无润滑的条件下对不同成分TiAlN薄膜的摩擦学性能进行了评价.试验结果表明:薄膜的化学成分伴随着位置的改变在Ti0.82Al0.18N和Ti0.12Al0.88N的范围内发生变化;在700℃经1h的退火以后不同位置制备的薄膜先后出现了TiN,Ti2AlN,TiN0.30AlN,TiAlN等多种物相结构;表面粗糙度和形貌的试验结果表明了不同薄膜在不同位置的生长方式也不同;x值在0.57及0.65的薄膜具有高硬度、低粗糙度,并在摩擦过程中形成了摩擦转移膜,从而导致薄膜具有最佳的摩擦学性能.

PVD法制备的(Ti,Al)N硬质膜热稳定性研究

采用空心阴极离子束辅助多弧离子镀技术在高速钢表面沉积(Ti,Al)N硬质膜,并将其分别在空气和保护气氛中、不同温度下加热,研究膜层的热稳定性。利用X射线衍射和差热分析方法确定了相组成及其变化;观察和检测了膜的表面形貌、粗糙度和纳米压痕硬度。结果表明,膜表面粗糙度0.2190,硬度值34.19 GPa,经空气中700℃加热后,膜层中TiN相开始分解生成TiO_2,当温度升至900℃时膜分解开裂,硬度值降至12.27 GPa,失去保护作用。而在保护气氛下,膜层经1200℃高温加热后与未加热膜相比较,物相组成与表面形貌稍有变化,硬度值降为28.23 GPa。显示出(Ti,Al)N膜具有良好的热稳定性。

Ti_(1-x)Al_xN薄膜的制备及性能研究

介绍了利用反应溅射法制备Ti1-xAlxN薄膜的工艺过程，测量并分析了Ti1-xAlxN薄膜的光学性能及电阻率与薄膜成分的关系。结果表明，Ti1-zalxN薄膜的折射率和消光系数均随薄膜中Al含量x的增加而减小，电阻率则随x的增加而增大。并从薄膜的基本结构变化过程对实验结果作出解释。

高速钢表面多弧离子镀(Ti,Al)N薄膜及性能研究

采用多弧离子镀技术在W18Cr4V表面制备出(Ti,Al)N硬质薄膜,研究了Al含量对(Ti,Al)N薄膜的形貌、硬度、膜基结合力、耐磨性、摩擦系数的影响。并利用扫描电镜、X射线衍射仪对薄膜进行了分析。结果表明Al含量在25%左右的(Ti,Al)N薄膜硬度达到2780HV0.05,耐磨性好,摩擦系数仅为0.168,且与钢基体结合良好,具有最佳的综合性能。

(Ti,Al,Si,C)N硬质膜层高温性能研究

采用等离子增强电弧离子镀联合磁控溅射工艺制备了含35%(原子比)C的(Ti,Al,Si,C)N硬质膜层,并利用扫描电镜、X射线衍射仪及高温摩擦磨损试验仪表征了膜层在不同退火条件下的性能及组织演变行为。研究结果表明,复合膜层在低于800℃的退火条件下,膜层仍表现出较高的显微硬度、较低的摩擦系数以及氧化增重率,复合膜层的显微结构并未发生显著的变化。在800℃、氧化7 h后,膜层发生了严重的氧化失效。因此,复合膜层在长时间高温氧化下的性能仍需要进一步提高。

多弧离子镀(Ti，Al，Zr，Cr)N多元膜的高温氧化行为

采用多弧离子镀技术,用Ti-Al-Zr合金靶和Cr靶,在W18Cr4V高速钢基体上沉积了(Ti,Al,Zr, Cr)N多元膜,并进行了600℃,700℃,800℃和900℃短时(4 h)高温氧化实验及700℃和800℃长期(100 h)高温循环氧化实验。用扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)和X射线衍射(XRD)观察和分析样品表面氧化膜。结果表明,这种多元膜在短时(4 h)高温氧化条件下,800℃时仍具有良好的抗高温氧化性,XRD显示氧化膜主要为TiO_2;在长期(100 h)高温氧化条件下,该多元膜的抗高温氧化温度大约为700℃左右。

A1含量对(Ti,Al)N膜结构性能影响的研究进展

(Ti,A1)N是在TiN基础上发展起来的一种多元膜,目前A1元素对(Ti,Al)N膜的性能影响研究较多,但是不够系统,而且存在一些矛盾之处。综述了Al元素在(Ti,Al)N膜中的作用机理和Al铝含量对(Ti,Al)N膜结构、抗高温氧化、硬度、耐磨性、结合强度等的影响,指出了(Ti,Al)N膜的发展方向。