2024铝合金表面镀CrNx多层膜的研究

在2024铝合金上采用了二次浸锌的预处理方法,化学镀镍,电镀铜作为过渡层的特殊工艺,再利用磁过滤脉冲偏压电弧离子镀技术制备了Zn/Ni/Cu/Cr/CrNx多层梯度膜。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计和腐蚀测量仪等测试手段分析薄膜的成分、结构、表面形貌、显微硬度和耐腐蚀性等特性。结果表明:多层梯度膜提高了铝合金上CrNx涂层的结合力,能够有效地解决铝合金上镀硬质膜的热适配和晶格错配度大的难题,形成了良好力学梯度过渡的表面改性技术;Cr/CrNx膜使铝合金表面具有高的硬度和良好的耐蚀性,对轻合金表面涂覆超厚硬质膜具有一定的研究意义。

高功率脉冲非平衡磁控溅射制备CrNx薄膜及其性能研究

高功率脉冲磁控溅射技术(HPPMS)溅射粒子离化率高,可沉积致密、高性能薄膜,作为一种新技术在国外广泛研究。本文用高功率脉冲非平衡磁控溅射技术(HPPUMS)制备一系列CrN_x薄膜,采用原子力显微镜(AFM)和X射线衍射(XRD)对不同厚度的薄膜表面形貌、微观结构进行了分析,测定了薄膜的厚度和硬度,研究了薄膜的摩擦学性能,并与中频磁控溅射(MFMS)技术制备的CrN_x进行比较。结果表明,使用高功率脉冲非平衡磁控溅射技术(HPPUMS)能制备致密的CrN_x薄膜。薄膜有较好的综合性能,有较高硬度、较高结合强度和低摩擦系数。

N2流量对脉冲溅射CrNx薄膜结构和耐蚀性的影响

采用脉冲磁控溅射法在不同氮气流量下制备出CrN_x薄膜,并利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和电化学工作站对薄膜进行了系统分析,以研究氮气流量对其微观结构和耐蚀性的影响规律。结果表明:氮气流量较低时,薄膜的物相为Cr_2N^+CrN的复合相,当氮气流量增加至150sccm,物相转变为CrN单相;表面和截面形貌照片显示,随着氮气流量的增多,薄膜的表面粗糙度逐渐减小、致密度也得到改善。物相的变化和致密度的改善,使得腐蚀电流密度随氮气流量的增加而降低,即腐蚀速度逐渐减小,当氮气流量为150sccm时薄膜表现出最好的耐蚀性。

溅射电流对磁控溅射CrN_x薄膜结构与性能的影响

采用非平衡磁控溅射技术在不锈钢以及单晶硅基体上制备了CrNx薄膜,并利用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、能量色散X射线能谱仪(EDS)和纳米压痕仪对薄膜的结构和性能进行了表征。结果表明,随着溅射电流的增大,薄膜中N/Cr比值减小,相组成由CrN(200)向Cr2N(111)转变;晶粒尺寸减小,柱状结构消失,结构变得致密;由于在大溅射电流下,易于形成Cr2N高硬度相,而且形成的薄膜晶粒细小、结构致密,所以硬度值随溅射电流单调升高,在21A时达到最高,为21GPa。

不同介质下CrN_X薄膜的摩擦学特性研究

采用电弧离子镀技术在45#钢衬底表面沉积了CrNX薄膜。用显微硬度计测试了薄膜的硬度,用X射线衍射仪分析了薄膜的相结构,用球-盘式摩擦磨损试验机评价了在不同介质条件下(干摩擦、水润滑、油润滑)CrNX薄膜的摩擦学性能,用表面轮廓仪测试了磨痕处的磨痕轮廓,用扫描电镜(SEM)观察了薄膜磨痕形貌。结果表明,相对于干摩擦,水润滑和油润滑条件下,CrNX薄膜的摩擦因数和磨痕深度都有明显降低的趋势。干摩擦条件下薄膜主要表现为磨粒磨损;水润滑条件下,主要表现为腐蚀磨损;油润滑条件下由于油膜在两摩擦表面的吸附,薄膜几乎无磨损。

氮气流量对热丝增强等离子体磁控溅射制备CrN_x薄膜组织结构与性能的影响

采用热丝增强等离子体磁控溅射技术在SKD61钢基体上制备了CrN_x薄膜,并分析研究了不同氮气流量对薄膜相结构、组织形貌、粗糙度、厚度、耐磨性、膜基结合力以及纳米硬度和弹性模量的影响。结果表明:在较宽的氮气流量变化范围内可制备出厚度均匀、结构致密、高硬度及高耐磨性的CrN_x薄膜。随氮气流量增加,薄膜由Cr2N及CrN双相组成转变为CrN单相。由于复杂相及相取向的存在,氮气流量为90 mL/min的CrN_x薄膜内应力最大,膜基结合力最低。CrN_x薄膜使SKD61钢的纳米硬度、弹性模量及耐磨性能均大幅提高,最高纳米硬度及弹性模量分别达36 GPa,477 GPa。通过对材料韧性的综合评价,氮气流量为75 mL/min条件下所制得的以Cr_2N相为主的薄膜的韧性最佳。

电弧离子镀制备CrN_x薄膜中熔滴的结构表征与形成机制

应用电弧离子镀技术,在不同的氮气分压(0.5~2.5 Pa)和脉冲偏压(0^-300 V)条件下对TC4基体沉积CrNx薄膜,采用扫描电镜和透射电镜对镀膜过程中产生的熔滴现象进行分析研究。结果表明,升高氮气分压能减少靶材排出粒子团数量,改变等离子体轰击作用,从而控制熔滴数量及尺寸,改善薄膜表面平整度;脉冲偏压能够使熔滴与薄膜紧密结合,改变熔滴成分,在一定范围内能促进靶材成分熔滴的形成。

脉冲偏压对贫铀表面磁控溅射CrN_x薄膜结构与性能的影响

为改善金属铀基体的抗腐蚀性能,采用非平衡磁控溅射离子镀技术在不同偏压下于金属铀表面制备CrNx薄膜。采用SEM和AFM研究了薄膜形貌和表面粗糙度,采用X射线光电子能谱研究了薄膜表面的元素分布及化学价态。试验结果表明,采用磁控溅射在较低脉冲偏压下沉积的CrNx薄膜晶粒较细小,偏压越高,表面粗糙度越大。生成的薄膜为Cr+CrN+Cr2N混合结构,并含有少量的Cr2O3,随着偏压的升高,金属态Cr的含量减少,而铬的氮化物的含量增加,所制备薄膜的自然腐蚀电位升高,腐蚀电流密度减小。偏压为-800 V时,所制备的薄膜具有较好的抗腐蚀性能。

氮气含量对反应射频磁控溅射制备CrN_x薄膜组织与性能的影响

采用反应射频磁控溅射法在40Cr基体上制备CrNx薄膜,研究了不同氮气含量对薄膜组织形貌、粗糙度、沉积厚度以及纳米硬度和弹性模量的影响。结果表明:采用反应射频磁控溅射法在不同氮气含量下,可制备得到厚度均匀、表面质量好的CrNx薄膜;随着氮气含量的增加,薄膜的表面光洁度先逐渐增大,氮气含量为20%时光洁度值最大为0.024μm,之后光洁度缓慢下降;薄膜的沉积厚度也随着氮气含量的增加而先增大后减小,氮气含量分别为20%和50%,薄膜厚度出现最大值8.7μm和最小值2.1μm;随着氮气含量的变化,当含量为20%时纳米硬度最大值为30.9 GPa,弹性模量为422.6 GPa。

CrN_x薄膜的制备及结构分析

用正交设计法L16设计了五因素四水平共16种工艺,用热阴极离子镀在GCr15块规上制备CrNx薄膜。用X射线衍射议(XRD)分别对16个试样进行了物相分析及结构分析,用显微硬度计(25g)测试了显微硬度,并对检测结果进行了分析讨论。结果表明:工艺参数的变化对于CrNx薄膜的制备会产生重要影响。

热阴极离子镀技术制备特种硬质薄膜及性能研究

采用热阴极离子镀技术在YG6基体上制备了CrNx薄膜,利用X射线衍射方法、划痕试验、扫描电镜观察对所制备的试样进行了物相、结构分析和性能测试。结果表明:热阴极离子镀技术能够制备出CrNx薄膜;膜-基结合强度好;膜层呈致密的柱状晶;5号试样性能最佳。参考5号试样工艺在模具表面镀CrNx薄膜,将镀层与未镀层的模具做加工试验对比,镀层后能显著提高模具的寿命。

氮化铬薄膜的径向纳动损伤机制研究

采用纳米压痕仪和曲率半径为20μm的金刚石球形压头研究了40Cr基体和CrNx薄膜的径向纳动行为,并探讨其损伤机制.结果表明:CrNx薄膜能够提高40Cr基体的抗压性能,提高其接触刚度,降低残余压痕深度,减少在纳动循环过程中的能量耗散;增大载荷或增加循环次数均可加剧材料的纳动损伤;40Cr基体的纳动损伤表现为压痕边缘的塑性堆积;而CrNx薄膜的纳动损伤由表面的径向和环向拉应力所引起,表现为环向裂纹和径向裂纹的萌生与扩展.

硬质CrN_x薄膜的高温氧化研究

利用热阴极离子镀膜技术在硬质合金上制备CrNx薄膜。在400℃-800℃区间选取7个温度对试样进行氧化处理后,通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、自动划痕仪、精密电子天平进行成分、结构及性能分析,研究其氧化过程和性能。结果表明:在700℃以下,CrNx薄膜具有良好的抗高温氧化性。

特种硬质薄膜的抗氧化性研究

采用热阴极离子镀膜技术制备了CrNx薄膜。用XRD和XPS对氧化后试样的相结构和成分进行了研究,分析了高温氧化后薄膜的物相、成分变化对薄膜抗氧化性能的影响。结果表明在700℃薄膜中形成了完整的Cr2O3氧化膜,此时薄膜抗氧化性能较佳。

电弧离子镀CrN_x薄膜的组织结构与性能研究

采用电弧离子镀技术在高速钢（HSS）基体上制备CrN_x薄膜,考察氮气气压对CrN_x薄膜的表面形貌、结构、显微硬度及摩擦系数的影响。用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、摩擦磨损试验机等分别测试分析薄膜的表面形貌、薄膜的结构、显微硬度以及摩擦系数。结果表明,氮气气压较低时（0.1Pa）,薄膜以Cr相为主;随着氮气气压的升高（0.5~4.0Pa）,薄膜中出现了Cr_2N和Cr的混合相,薄膜以Cr_2N相为主;随着氮气气压的升高,薄膜的显微硬度在氮气气压为0.5Pa和4.0Pa时出现极值,CrN_x薄膜的最大摩擦系数和平均摩擦系数都有所减少。

可钢化TiO_2-Si_3N_4-CrN_x-Ag-NiCrO_x-ZnO-Si_3N_4玻璃涂层的制备和性能表征

采用磁控溅射法制备了可钢化TiO_2-Si_3N_4-CrN_x-Ag-NiCrO_x-ZnO-Si_3N_4复合玻璃涂层(TSCANZSLow-E玻璃),并对其微观结构和物理性能进行了测试。AFM分析发现,薄膜表面光滑平整,粗糙度R_a为0.323nm;XPS探测到膜层表面存在TiO_2和Si_3N_4;四探针面电阻测试仪测定薄膜方阻R_s为8.81Ω/□,比辐射率值为0.108;光学性能分析显示可见光透过率达81%,在2500nm处的中远红外区反射率达80%;剥落实验证明薄膜与玻璃基底之间具有良好的附着性;钢化测试结果符合国标要求。