Microstructures and properties of Si_3N_4/TiN ceramic nano-multilayer films

The polycrystalline Si3N4/TiN ceramic nano-multilayer films have been synthesized on Si substrates by a reactive magnetron Sputtering technique, aiming at investigating the effects of modulation ratio and modulation period on the microhardness and to elucidate the hardening mechanisms of the synthesized nanomultilayer films. The results showed that the hardness of Si3N4/TiN nano-multilayers is affected not only by modulation period, but also by modulation ratio. The hardness reaches its maximum value when modulation period equa1s a critical value λ0, which is about 12 nm with a modulation ratio of 3: 1. The maximum hardness value is about 40% higher than the value calculated from the rule of mixtures. The hardness of nano-multilayer thin films was found to decrease rapidly with increasing or decreasing modulation period from the Point of λ0. The microstructures of the nano-multilayer films have been investigated using XRD and TEM. Based on experimental results, the mechanism of the superhardness in this system was proposed.

IF钢凝固过程中Al_2O_3-TiN复合夹杂物的形成机理

以理论分析和实验研究相结合的方式分析了IF钢凝固过程中Al2O3-TiN复合夹杂物的形成机理.结果表明,以凝固分率0.9为界限,钢水凝固过程中Al2O3和TiN先后通过异质形核方式析出并结合形成Al2O3-TiN复合夹杂物;冷却速率越小,复合夹杂物粒径越大;在冷却速率一定时,可作为异质形核核心的夹杂物的粒径越大,凝固过程中析出的复合夹杂物的长大程度越小;复合夹杂物内层Al2O3粒径越小,外层TiN长大程度越明显.

大功率CO_2激光原位直接反应合成TiN/Ti复合材料的研究

使用大功率ＣＯ２激光原位直接反应合成ＴｉＮ／Ｔｉ复合材料，分析了材料的微观结构、物相组成、成分及显微硬度分布。结果发现：氮化层是富钛结构的，由ＴｉＮ相和α－Ｔｉ构成，ＴｉＮ以枝晶形式在氮化层均匀分布。材料横截面显微硬度连续变化。氮化层的氮化程度随激光作用时间的增加而增加，辐照的激光能量密度越高，氮化层的厚度越大。激光功率密度，激光扫描速度，氮气喷射压强分别为３．３５×１０５Ｗｃｍ－２，３００ｍｍｍｉｎ－１，０．３５ＭＰａ时，材料表面硬度值达到Ｈｖ１６００，氮化层的厚度有３５０μｍ。

TiN颗粒对镁合金微弧氧化过程及膜层性能的影响

目的分析Ti N颗粒在镁合金微弧氧化过程中的作用,并研究其在膜层中对镁合金硬度、耐磨和耐蚀等性能的影响。方法通过在微弧氧化电解液中添加2.7μm Ti N颗粒,并使其充分分散于电解液中,使电解液中Ti N颗粒的质量浓度分别为0、2、4、6 g/L,并控制其他实验参数(如电流密度、频率、占空比和氧化时间)一样的情况下进行实验,通过电子显微镜、涂层厚度测厚仪、显微维氏硬度计、X射线衍射和电化学工作站,分别从膜层的表面形貌、厚度、硬度、相组成及耐蚀性等方面,研究了Ti N颗粒对镁合金微弧氧化膜层性能的影响。结果在微弧氧化电解液中添加Ti N颗粒后,相同电化学参数下制得的微弧氧化膜层变得致密,厚度、硬度有所增加,氧化膜层主要由Mg、MgO、Mg2Zr5O12、Ti N组成。极化曲线显示,加入Ti N颗粒,制备的微弧氧化膜层比未加入Ti N颗粒制得的膜层的腐蚀电流下降了2个数量级。阻抗图谱表明,电阻值增加了1个数量级。结论 Ti N颗粒能够随镁合金的微弧氧化过程进入制得的氧化膜层中,并且能够增加膜层厚度和硬度,使膜层的耐磨、耐蚀性得到提高。

TiC/TiN复合陶瓷刀具材料的力学性能研究

以微米TiC和TiN为主要原料,以微米Cr、Ni以及Co为添加剂,采用真空热压烧结工艺制备了TiC/TiN复合陶瓷刀具材料。测试和分析了烧结样品的相对密度、弯曲强度、断裂韧性以及硬度性能。结果表明,当微米TiC添加量(质量百分数)为48%,TiN为16%、Cr为7.2%、Ni为21.6%以及Co为7.2%时,所制备的复合陶瓷刀具材料性能最佳,相对密度值为95.2%,弯曲强度575 MPa,断裂韧性为9.32 MPa·m1/2,硬度值为1288 kgf/mm2。

磁过滤阴极弧法TiN薄膜的制备及其微观机械性能研究

采用“S”型磁过滤阴极弧等离子体沉积技术,室温下在(111)面单晶硅上沉积氮化钛薄膜。采用AFM和XRD技术分别对薄膜的表面形貌和晶体择优取向进行了表征,并用微刻划的方法分析薄膜的微观机械性能。结果表明,薄膜表面光滑致密,随偏压的增大,表面颗粒粒径先增大后减小,并且从(111)面的择优取向转变成(220)面。在刻划实验中,随载荷增加,薄膜先后经历了完全弹性变形,弹-塑性变形和脆性断裂阶段。利用直接和间接2种方法对得到的薄膜的临界载荷进行分析对比,发现在不同负偏压下,薄膜的内应力和临界载荷不同。随着负偏压的增大,薄膜的内应力逐渐增大,临界载荷逐渐减小。在-100V偏压下制备的氮化钛薄膜的微观机械性能最为理想。

N离子注入对TiN薄膜的组织及性能的影响

对钛合金基体上的TiN薄膜进行了不同剂量N离子的注入。利用扫描电镜、X射线衍射对离子注入前后组织进行了分析,并进行了硬度、摩擦磨损实验。结果表明:N离子注入使膜层呈现非晶化趋势,并随剂量增大而增强,当剂量为1.2×10^(18)ions/cm^2时膜层非晶化,晶粒得到了细化;当剂量为9×10^(17)ions/cm^2时变化最明显,尺寸约为20 nm以下;表面硬度得到提高,其增幅受到剂量及晶粒细化影响,最大增幅约为163.8 HV;摩擦磨损性能在TiN膜层表面硬度提高、粗糙度降低及长程效应的影响下也得到了较大提高,主要受注入剂量影响。

多弧离子镀制备TiN/AlN纳米多层膜及其超硬效应

采用多弧离子镀技术在高速钢表面制备TiN/AlN纳米多层膜,并对TiN/AlN纳米多层膜的表面形貌、调制机构进行表征。通过对薄膜显微硬度的测试发现,纳米多层膜的显微硬度明显高于TiN或AlN单层薄膜的显微硬度,具有明显的超硬效应。对比试验表明,TiN/AlN纳米多层膜涂层刀具比TiN涂层刀具具有更长的使用寿命。

钛合金表面百微米级Ti/TiN多层复合涂层性能研究

目的提高TiN硬质涂层的厚度及各项力学性能。方法采用等离子增强PVD技术在钛合金(TC4)基体表面制备多层复合Ti/TiN涂层,对涂层进行扫描电镜(SEM)分析,采用划痕法表征涂层的结合强度,用维氏显微硬度计测试涂层的显微硬度,利用销盘式摩擦磨损试验仪评价涂层的摩擦磨损性能。结果制备的多层复合Ti/TiN涂层厚度最高可达100μm,且未发生剥落等失效,结合强度相对于单层TiN提高了近3倍。由于Ti、TiN的多层复合调制作用,制备的Ti/TiN显微硬度测试表明复合涂层的显微硬度高达2700 HV0.025,同时,涂层在原有耐磨性能优良的基础上具备自润滑减摩作用,经过近20 000 m的磨损测试,复合涂层的摩擦系数低至0.25左右,且未完全失效。结论多层复合结构能够有效提高TiN硬质涂层的厚度,制备的Ti/TiN多层复合涂层的各项力学性能显著提高。

“一日完小说”专栏:家庭空间与主体焦虑--以香港地区《天天日报》(1993—1994)为中心

1993年12月1日至1994年2月28日,香港地区《天天日报》副刊《小说廊》推出了一项文学创新--“一日完小说”专栏,以微型小说的形式,深入探讨了香港地区社会的多样性和复杂性。本研究聚焦于该专栏中的微型小说,分析了其中所描绘的“屋邨”空间及其所体现的“被迫害想象”,揭示了香港地区底层家庭空间内不断滋长的生存焦虑;探讨了以香港地区中产阶层为代表的投资困境和家庭悲剧故事,反映了个体与社会、经济政策之间的紧张关系,以及空间生产过程中的个体困境。个体在家庭空间内的情感纠葛,以及社会结构和空间关系对个人生活的影响,构成了对“一日完小说”文本进行深入分析的重要视角。

反应磁控溅射TiN/AlON纳米多层膜的微结构与显微硬度

采用Ti靶和Al_2O_3靶在Ar、N_2混合气氛中进行反应磁控溅射的方法,制备了一系列不同AlON层厚度的TiN/AlON纳米多层膜,利用EDS、XRD、HRTEM和微力学探针研究了AlON的形成条件以及AlON调制层厚的改变对多层膜生长方式和显微硬度的影响.结果表明,在Ar、N_2混合气氛中对Al_2O_3进行溅射,N原子会部分取代Al_2O_3中的O原子,形成非晶态的AlON化合物.在TiN/AlON纳米多层膜中,由于TiN晶体层的模板效应,AlON层在厚度小于0.6 nm时被强制晶化并与TiN形成共格外延生长结构,多层膜显示出最高硬吱达40.5 GPa的超硬效应;进一步增加AlON的层厚,其生长模式由晶态向非晶态转变,破坏了多层膜的共格外延生长结构,多层膜的硬度随之降低.

生物医用钛合金TiN涂层微磨粒磨损及耐蚀性初步研究

对生物医用Ti6Al4V合金表面TiN涂层机械力学性能进行了研究,在分析力学性能的基础上,考察了TiN涂层在蒸馏水和Hank’s模拟体液中的耐磨性,并在Hank’s模拟人体体液中研究了TiN涂层在静态环境中的腐蚀行为。结果表明:在Ti6Al4V合金表面沉积TiN涂层后,其耐磨性和耐蚀性大大提高,有利于改善钛合金在人体环境中的使用寿命。

原子力显微镜对TiN薄膜的分析研究

主要论述了一种高精度的原子力显微镜AFM.IPC-208B型机在分子形态学方面的应用研究.以磁控溅射获得的TiN薄膜为例,从原子力显微镜测得的三维图上探析该TiN薄膜的优先生长面及其在优先生长面上的原子排布.实验不仅鉴定了测试材料的微观形态,也充分肯定了该原子力显微镜原子量级的精度及其在微观结构领域的潜在发展,为该机应用于微加工领域奠定了基础.

40Cr基体与TiN膜层界面微观结构研究

在 40 Cr基体上镀 Ti N,存在膜基结合不牢的问题 .作者前期工作已证实在镀 Ti N膜前先进行离子渗氮予处理 ,可以提高膜基结合力 .本文从微观的方面对这一机理进行研究 .膜层及膜基界面的透射电镜观察结果表明 ,40 Cr基体经离子渗氮后再镀 Ti N,膜层晶粒细小、均匀 ,膜基结合紧密 .

AFM对TiN薄膜和聚酰亚胺微观结构的分析

论述了一种高精度的原子力显微镜AFM.IPC-208B型机在分子形态学方面的应用,以磁控溅射获得的TiN薄膜和普通的聚酰亚胺纤维为例,从原子力显微镜测得的三维图上探析该TiN薄膜的优先生长面及其在优先生长面上的原子排布和聚酰亚胺的表面形态.这种实验不仅鉴定了测试材料的微观形态,也充分肯定了该原子力显微镜原子量级的精度及其在微观结构领域的潜在发展,为该机应用于微加工领域奠定了基础.

氮气流量对反应等离子喷涂TiN涂层形貌和显微硬度的影响

本文采用反应等离子喷涂技术在只改变氮气流量，固定其它工艺参数的备件下，制备了TiN涂层，并收集了少量TiN颗粒。通过SEM技术对涂层和TiN颗粒表面形貌进行了分析和研究，测试了TiN涂层的显微硬度。结果表明：氮气流量对氮化钛涂层的性能影响很大。当氮气流量为17501／h时，所得的氮化钛涂层致密，显微硬度最高且压痕形状规则。

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。

TC4钛合金表面激光原位反应制备TiN涂层及性能研究

利用激光原位反应技术在TC4钛合金表面制备了无裂纹、组织均匀致密的TiN涂层,并分析了激光氮化层的显微组织、成分和物相,测试了涂层横截面显微硬度、涂层耐磨性能及抗SiO_2颗粒高速冲蚀的能力。结果表明:在适当的激光参数下制备的氮化钛涂层与TC4基体之间呈现良好的冶金结合,其界面结合强度为240～270MPa;涂层主要为硬质TiN相,涂层硬度高达1550HV_(0.1),约为基材的4.5倍;涂层磨损失重量是TC4钛合金的14.7%;在60o冲蚀角度下,基材的冲蚀质量损失为涂层的2倍。

基体温度对锆合金表面TiN涂层微观形貌与性能的影响

为了研究磁控溅射过程中基体温度对涂层结构和性能的影响。利用磁控溅射技术在Zr-4合金表面制备不同基体温度下的TiN涂层,用X射线衍射(XRD)技术分析涂层的物相成分和残余应力,采用扫描电子显微镜(SEM)表征涂层表面和截面的微观形貌,用划痕仪测量涂层与基体结合强度。研究结果表明:不同基体偏压下制备的涂层表面均匀但略微粗糙,且涂层表面存在一定数量的熔覆状颗粒和沟壑状褶皱;由涂层XRD衍射谱可知,不同基体加热温度制备的涂层各主要衍射峰所对应的晶体晶相都能较好地对应,随着基体加热温度的升高,TiN(111)晶相的衍射峰值逐步增大,TiN(200)晶相衍射峰值逐步减小;由扫描电子显微镜(SEM)结果可知,随基体温度的升高,涂层的膜厚和表面形貌均发生了明显的变化,基体温度为300℃时,涂层表面平整、光滑、起伏小,成膜质量最好;由划痕仪检测结果可知,偏压为300℃时,Zr-4合金基体与涂层的结合强度最好;由残余应力结果可知,基体温度为300℃时,涂层残余应力最小。

利用微米划痕研究TiN涂层的失效机理

利用微米划痕仪和扫描电子显微镜,研究了TiN涂层的失效过程,分析了摩擦系数波动的机理,并评估了涂层的断裂韧性。结果表明:低载荷阶段,TiN涂层发生剪切滑移,划痕轨迹边缘出现了由反向V形裂纹到平行裂纹,再到正向V形裂纹的裂纹形式转变;随着法向载荷的增大,TiN涂层发生阶梯式剥落。摩擦系数的波动主要由于表面形貌和涂层失效的影响,不同的加载方式,摩擦系数有一定差别。采用微米划痕可以较准确地测试TiN涂层的断裂韧性,与压痕断裂法和有限元模拟法的测试结果相吻合。