硬质多元氮化物薄膜研究进展

综述了硬质多元氮化物薄膜的研究进展,主要是从硬质薄膜的发展历程上,介绍了每一代薄膜的产生及其特点。同时介绍了硬质多元氮化物薄膜的结构及其性能特点。着重从如何提高薄膜硬度和韧性方面进行了详细介绍,对几种硬化机制进行了论述,包括晶粒细化、晶界强化、固溶强化及离子轰击/应力硬化。同时还介绍了提高薄膜韧性的方法,包括引入一个韧性相(包括金属相)、利用相变韧化、引入压应力韧化、优化涂层结构等。同时还指出,硬度和韧性都是硬质薄膜获得实际应用的重要指标。单纯追求高硬度或高韧性是不可取的,因为硬质薄膜一般脆性较大,而韧性好的薄膜却缺乏足够的硬度。从工程应用的角度来说,既要得到较高的硬度,而且韧性不能损失太多。最后指出,今后的发展方向要将硬化和韧性的研究集中在纳米尺度上,即如何在纳米尺度上进一步理解薄膜的变形。

多元氮化物薄膜及其沉积工艺对Ni Ti记忆合金性能和组织的影响

采用真空阴极电弧沉积技术,在NiTi记忆合金表面沉积了TiAlBN和TiAlCrFeSiBN多元膜和TiN薄膜,研究了薄膜成份及沉积工艺对NiTi合金性能和组织的影响。结果表明,在NiTi合金表面沉积TiAlBN和TiAlCrFeSiBN多元膜和TiN薄膜均可降低合金在Hank溶液中的Ni溶出速率,其中多元膜的Ni溶出速率最小;提高偏压对沉积了TiAlBN多元膜的NiTi合金的Ni溶出速率无明显影响,但使沉积了TiAlCrFeSiBN膜的NiTi合金的Ni溶出速率降低。在TiAlBN和TiAlCrFeSiBN多元膜表面存在较多细小的钛滴和孔隙,钛滴与薄膜基体之间的融合良好;在TiN薄膜表面存在一些大钛滴和孔隙,钛滴与薄膜基体之间的融合不好。镀膜后,NiTi基体的加热相变点移向低温区,其幅度与薄膜成份及沉积工艺有关,提高偏压使沉积了两种多元膜的NiTi基体的相变点移动幅度增大,但却使沉积了TiN膜的NiTi基体的相变点的移动幅度减小。镀膜过程均使NiTi中的M体尺寸增大。

复合离子束制备氮化物多层膜的抗冲蚀性能

为了在TC4钛合金上获得抗冲蚀性能优良的膜层,利用金属蒸发真空多弧(Metal evaporation vacuum arc,MEVVA)离子源和阴极真空磁过滤弧复合离子束沉积技术在TC4钛合金基材表面制备Cr/Cr-N、Ti/Ti-N、Cr-Ti/Cr-Ti-N、Ti-Al/Ti-Al-N 4种体系的多层膜。采用努普显微硬度计、划痕仪、微粒喷浆冲蚀试验机、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、体式显微镜等仪器对不同体系膜层的力学性能及形貌进行测试表征,对比研究各膜层体系抗冲蚀性能的机理。结果表明:该技术制备的膜层致密、交替层结构明显;不同膜层体系的抗冲蚀性能差异较大,尤以二元金属及其氮化物交替复合多层膜具有较好的抗冲蚀性能,其中CrTi/Cr-Ti-N体系的膜层抗冲蚀性能相比基体提高10.1倍以上,其次为Ti-Al/Ti-Al-N、Ti/Ti-N、Cr/Cr-N,分别提高6.1倍、4.1倍和2.3倍。

金属氮化物硬质膜层“合金化”的研究进展

通过展示近年来国内外金属氮化物膜层的研究结果,探究了膜层晶体结构、微观组织的变化规律和提高性能的途径;列举了大量文献进行分析.结果表明:添加C或B元素,可形成"替位式"的金属氮碳化物或氮硼化物膜层,具有明显的固溶强化效应;大部分氮硼化物膜层,都可生成细小的金属硼化物,对性能的提高非常有力;加入Si可以细化晶粒,提高膜层的韧性和耐磨性.在TiN和CrN膜层中加入金属合金化元素(如Al、Zr等),除具有明显的固溶强化效应外,还能显著提高膜层的高温氧化阻力和腐蚀阻力,提高膜层的耐磨性.沉积膜层的显微组织结构,可以通过调整"合金化"元素的比率来改变,并由此可以对膜层性能进行调制.通过"合金化",金属氮化物膜层的晶体结构、微观组织都可以调制,综合性能显著改善和提高.