镁合金表面溅射沉积M-TaC多层涂层的微观结构与性能

采用磁控溅射技术在ZK60镁合金表面制备了M-TaC多层涂层,并以TaC单层涂层作为对照,研究了涂层的微观结构、结合性能和耐腐蚀性能。结果表明,涂层呈多孔柱状结构和亲水性,能显著提高ZK60镁合金的耐腐蚀性能。相比于TaC单层涂层,M-TaC多层涂层的表面粗糙度增大,亲水性减弱,结合力提高(约60%),耐腐蚀性能增强(腐蚀电流密度减小2.382μA/cm^(2))。

磁控溅射制备AlTiCrNiTa/(AlTiCrNiTa)N多层涂层的力学性能及微结构分析

利用反应磁控溅射N 2流量灵活可调的特点,在Zr-4基底上,制备了由AlTiCrNiTa高熵合金和(AlTiCrNiTa)N高熵合金氮化物交替调制的多层结构涂层。利用场发射扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、自动划痕法(Automatic Scratch)和纳米压痕(Nanoindentation)等表征与测试手段,对调制周期为2、4、8和20的多层涂层微观形貌、晶体结构、纳米硬度和结合力进行了分析。实验结果表明,多层涂层由非晶态的AlTiCrNiTa和FCC的(AlTiCrNiTa)N组成,涂层纳米硬度随层数增加而先降后升,调制周期为20时达到52.31 GPa。此外,所有多层涂层与基底的结合强度均大于100 N。

CVD多层涂层断裂方式及失效的微观机理分析

本文以TiN/Al_(2)O_(3)/TiAlCNO/TiCN/TiN CVD多层涂层为对象研究了CVD多层涂层的断裂方式和失效机理。采用扫描电镜和透射电镜观察多层涂层的断裂形貌和涂层界面微观组织,结果表明多层涂层的断裂方式为沿晶断裂和穿晶断裂;Al_(2)O_(3)/TiAlCNO/TiCN涂层界面微观组织疏松有微裂纹等缺陷。采用电子探针分析了多层涂层界面的元素扩散行为,结果表明TiN/基体界面依靠机械结合、吸附结合、扩散结合和化学结合,界面强度高;Al_(2)O_(3)/TiAlCNO界面仅依靠吸附结合,界面强度低。通过计算得出多层涂层中存在残余热应力,它使多层涂层中产生较多微裂纹。因此,多层涂层失效源于涂层中微裂纹,界面结合强度低会加速涂层脱落。

TiAlN/AlON纳米多层涂层的微观结构和力学性能研究

通过磁控溅射制取一系列不同AlON厚度的TiAlN/AlON纳米多层涂层,并用X射线衍射、扫描电镜、高分辨透射电镜和纳米压痕仪分别对微观结构和力学性能进行表征和测量。研究表明:非晶态的AlON在厚度约小于1 nm时,在TiAlN模板作用下转变为晶体结构,并与TiAlN呈共格外延生长,出现超硬效应,当AlON厚度为0.7 nm时,硬度和弹性模量分别最高可达38.1 GPa和385.6 GPa。当AlON厚度超过1 nm时,逐渐转变为非晶结构并且破坏了多层涂层的共格外延生长,硬度随之降低。因此利用这种机制可以制备出力学性能好、耐高温氧化性的刀具涂层,满足现代切削的需要。

化学气相沉积硬质合金TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN多层涂层的抗氧化性能

对化学气相沉积（CVD）法制备的硬质合金TiN/TiCN/Al2O3/TiN多层涂层试样在600~950℃温度范围内进行了氧化质量增加试验,采用X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）分析试样氧化前后相组成及微观组织。结果表明：复合涂层最外层为α-Al2O3时,涂层具有最佳的抗氧化能力;增加TiN/TiCN/κ-Al2O3/TiN复合涂层中TiCN和κ-Al2O3的厚度能大大提高涂层高温抗氧化性。TiN和TiCN涂层经600℃以上氧化后,产物均为金红石结构的TiO2,氧化后TiN/TiCN间的界面消失;经900℃以上氧化时,κ-Al2O3转变为α-Al2O3。

多弧离子镀制备的大厚度Cr/Cr_2N/CrN多层涂层的结构和力学性能（英文）

采用多弧离子镀制备一种厚度为24.4μm的Cr/Cr2N/CrN多层结构涂层。采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线光电子能谱(XPS)、能量散射谱(EDS)、X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)对涂层进行表征,并用纳米压痕和划痕仪测试其硬度和结合力。用UMT-3MT往复式摩擦磨损试验机对涂层在大气和海水环境中的摩擦性能进行测试。结果表明,该涂层由3种相结构组成,分别是Cr相、Cr2N相和CrN相。相对于单层CrN涂层,多层涂层的结合力明显提高,该涂层的硬度为(21±2)GPa。多层结构涂层在人工海水中的耐蚀性能显著优于单层CrN涂层的耐蚀性能,且在大气和海水中多层结构涂层的摩擦因数均低于单层CrN涂层的摩擦因数。

多层涂层的摩擦学研究进展

多层涂层与单一涂层相比具有优异的力学性能 :低的内应力、高附着力、适当的硬度刚度比、低的摩擦及磨损。简要综述了多层涂层在摩擦学领域内新的研究进展 ,概括了目前多层涂层的制备方法及结构设计 。

层厚比对磁控溅射Cr/CrN多层涂层组织和性能的影响

在超高真空磁控溅射仪上,制备了一系列具有相同调制周期不同层厚比的Cr/CrN涂层。用X射线衍射仪分析了涂层的相组成,通过扫描电镜观察了涂层形貌,采用显微硬度计测试了涂层硬度,在划痕仪上确定涂层和基体间的结合力,并利用磨损仪测量涂层的摩擦磨损性能。结果表明:调制周期为400nm时,当层厚比由2.0减小到0.2,Cr/CrN多层涂层始终由Cr和CrN两相组成,涂层择优取向为CrN(200),且涂层变得愈加致密,硬度从1550HV增大到2300HV,磨损率从2.4×10-8 mm3·N-1·m-1减小为0.6×10-8 mm3·N-1·m-1,涂层和基体结合性能优良。

CVD TiC-TiN多层涂层与TiC及TiN单层涂层摩擦学性能的比较

作者住Bernex公司计算机控制的CVD设备上制备了TiC-TiN多层涂层与TiC及TiN单层涂层,利用自制的MT-1型真空摩擦磨损试验机系统地考察了三者的摩擦磨损性能,并对磨痕进行了扫描电镜显微观察和X-射线能谱成分分析。结果表明,无论是在真空中还是在大气中,也无沦是在于摩擦还是在油润滑条件下,TiC—TiN多层涂层均具有较好的摩擦学性能。文章还根据这种涂层所特有的多层磨损机制和过渡层润滑机制,对其良好的摩擦磨损性能进行了解释。

TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN CVD多层涂层硬质合金的氧化行为

采用高温化学气相沉积(HT-CVD)和中温化学气相沉积(MT-CVD)相结合的复合化学气相沉积新技术在硬质合金基体WC-(W,Ti)C-(Ta,Nb)C-6%Co上分别沉积TiN/TiCN/TiN和TiN/TiCN/Al2O3/TiN涂层,制备TiN/TiCN/TiN和TiN/TiCN/Al2O3/TiN CVD多层涂层硬质合金。通过氧化实验,X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和显微硬度计等手段研究TiN/TiCN/TiN和TiN/TiCN/Al2O3/TiN CVD多层涂层硬质合金的氧化行为。结果表明,涂层后硬质合金的抗氧化性能明显提高,Al2O3的加入能进一步提高CVD多层涂层硬质合金的抗氧化性能,并使涂层硬质合金表现出独特的氧化行为。Al2O3涂层的抗氧化机理为Al2O3具有良好的高温化学稳定性,能起到很好的隔热和阻碍氧扩散的作用。

物理气相沉积TiN多元涂层和多层涂层的研究进展

综述了近年来物理气相沉积TiN多元涂层和多层涂层的研究 ,并指出通过合理的多元和多层涂层设计 ,TiN多元涂层和多层涂层能克服单一TiN涂层的不足 ,综合不同组元和不同单层的优势 ,从而获得优良的结合强度、硬度、耐磨性和高温性能 。

(Ti,Al)N单层和TiN/(Ti,Al)N多层涂层的物理及力学性能研究

借助EPMA、XRD、SEM、纳米压痕、EDX、Rockwell A压痕、强度测试和切削实验研究了采用磁控溅射法在硬质合金基体上沉积的(Ti,Al)N单层和Ti N/(Ti,Al)N多层涂层的物理和力学性能。研究结果表明:两种涂层均与基体结合紧密,(Ti,Al)N为面心立方结构;Ti N/(Ti,Al)N多层涂层具有更高的硬度、更低的脆性和更好的切削性能。

铀表面Ti/TiN多层涂层在不同位移幅值下的微动磨损行为（英文）

利用多弧离子镀技术在铀表面制备Ti/TiN多层涂层以提高其微动磨损性能。采用SEM、XRD和AES研究多层涂层的形貌、结构和元素分布。通过销/盘接触方式研究铀及Ti/TiN多层涂层的微动磨损行为。铀及Ti/TiN多层涂层的微动磨损测试条件为载荷20 N、位移幅值5~100μm。随着位移幅值的增加,微动运行从部分滑移区变为完全滑移区。摩擦因数随着位移幅值的增加而增加。结果表明,位移幅值显著影响涂层的微动磨损性能。当位移幅值小于20μm时,涂层出现轻微损伤。研究表明,Ti/TiN多层涂层在部分滑移区的主要磨损机理为剥层,而在完全滑移区的磨损机理为剥层和磨粒磨损。

切削刀具多层涂层的力学特性和耐磨性

利用纳米硬度计研究了硬质合金基体上 CVD沉积 Ti N、Ti N/Ti( C,N) /Ti C、Ti N/Ti( C,N) /Ti C/Ti( C,N) /Ti C和 Ti N/Ti( C,N) /Ti C/Ti( C,N) /Ti C/Ti( C,N) /Ti C等 4种涂层的硬度和断裂韧性 ,讨论了载荷与压入深度关系曲线上的台阶和载荷与压入深度平方关系曲线上的直线段与涂层的断裂失效和界面失效的关系 ,指出可用临界载荷 pf 和pi来分别描述涂层的断裂失效和界面失效行为 .对 4种涂层的硬度、断裂韧性、界面失效载荷和耐磨性的研究结果表明 ,随着涂层层数的增加 ,其断裂韧性和耐磨性都相应提高 .

热喷涂金属陶瓷/合金多层涂层的磨粒磨损性能

采用超音速火焰(HVOF)和电弧喷涂技术制备金属陶瓷/合金多层涂层。运用光学显微镜观察涂层组织结构;涂层硬度采用显微硬度仪进行测试;用湿式橡胶轮磨粒磨损试验机测试涂层的磨损性能。结果表明:涂层组织为扁平层状结构,涂层与基体、涂层与涂层之间结合紧密;多层涂层表层和底层(WC-12Co涂层)的硬度较高,中间层(NiCr合金涂层)的硬度较低;涂层的磨损质量损失与载荷成正比;磨料的硬度较高时,涂层的磨损质量损失较大,与单层涂层相比,多层涂层在较高载荷作用下具有较好的抗磨损性能。

不同热处理TiN/Ti多层涂层冲蚀损伤特征与机理

目的通过研究分析不同热处理TiN/Ti多层涂层在冲蚀作用下的损伤特征,揭示不同热处理TiN/Ti多层涂层冲蚀损伤的机理。方法采用磁过滤阴极真空弧沉积技术在TC4钛合金表面制备TiN/Ti多层涂层,利用热处理炉对试样进行不同的热处理(300℃/40 min,空冷;400℃/40 min,空冷;300℃/40 min,空冷+300℃/40 min,空冷),采用划痕仪、显微硬度计、扫描电镜、能谱仪等设备对热处理试样涂层的结合力、显微硬度、涂层损伤形貌特征、元素分布等进行表征,并在冲蚀试验平台上通过砂尘冲蚀性能试验(速度130 m/s,角度45°)进行验证。结果TiN/Ti多层涂层在低温(≤400℃)下经短时间热处理后,涂层的物相未发生变化,仍以TiN(111)、TiN(200)、TiN(220)和TiN(311)为主,涂层结构完整,最外层的TiN涂层没有发生氧化现象,涂层结合力基本未发生改变,显微硬度略有下降,由2764.1HV分别降至2748.9HV、2493.2HV、2255.2HV。TiN/Ti多层涂层的抗冲蚀性能变化不大,冲蚀速率由0.117 mg/min分别变为0.100、0.156、0.120 mg/min。结论低温(≤400℃)短时热处理对TiN/Ti多层涂层冲蚀性能的影响不大,冲蚀损伤机理为环形裂纹引起分层剥落的脆性剥落。

化学气相沉积Ti(CN)/TiC/Al_2O_3多层涂层的结构和耐磨性能

采用化学气相沉积技术在42CrMo钢基体表面制备了Ti(CN)/TiC/Al2O3多层涂层,分析了多层涂层的断面形貌、元素分布和物相组成,并研究了多层涂层的显微硬度及其与基体的界面结合力、耐磨性能。结果表明:Ti(CN)/TiC/Al2O3多层涂层的结构较致密,主要由TiC0.2N0.8、TiC、α-Al2O3和Ti2O3组成,厚度约10μm,其显微硬度约2 654HV,涂层与基体间的界面结合力可达62N;与基体相比,多层涂层的平均摩擦因数约降低了23%,磨损量约减少了50%,其磨损机制为疲劳磨损和磨粒磨损。

纳米调制周期对CrWN/MoN纳米多层涂层结构和性能的影响

目的研究纳米调制周期对CrWN/MoN纳米多层涂层结构及性能的影响。方法采用电磁永磁共控的阴极电弧离子镀技术,使用纯N2和合金CrW靶及纯金属Mo靶,制备不同调制周期厚度的CrWN/MoN纳米多层涂层,对CrWN/MoN纳米多层涂层的物相结构、微观形貌、硬度、摩擦系数和磨损率等进行分析。结果CrWN/MoN纳米多层涂层由面心立方CrWN与六方d-MoN两相组成。随着调制周期减小,CrWN/MoN纳米多层涂层衍射峰强度逐渐减弱,d-MoN(202)衍射峰消失,涂层表面的大颗粒数量减少,表面质量得到改善。随着调制周期由45 nm减小到13 nm,涂层的硬度由29.4 GPa逐渐减小到25.5 GPa,当调制周期为8nm时,CrWN/MoN纳米多层涂层硬度与弹性模量均达到最大值,分别为30.2 GPa和354.6 GPa。随着调制周期的减小,CrWN/MoN纳米多层涂层平均摩擦系数由0.45逐渐减小到0.29,磨损速率由4.2×10-7mm3/(N·m)逐渐减小到3.3×10-7mm3/(N·m)。结论调制周期对CrWN/MoN纳米多层涂层性能影响较大,调制周期厚度为8 nm时,CrWN/MoN纳米多层涂层的硬度最大,耐磨性能最好。

调制周期对ZrN/TiCuN纳米多层涂层的微观结构与力学性能的影响

为了系统研究电弧离子镀技术制备的纳米多层涂层的微观结构与力学性能的关系,通过调节样品转速,制备了不同调制周期的ZrN/TiCuN纳米多层涂层.利用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)及纳米压痕仪,分析了多层涂层的微观形貌、化学成分、相结构和力学性能以及多层涂层界面的微观结构对涂层力学性能的影响.结果表明,Zr N/TiCuN纳米多层涂层属于典型的电弧离子镀涂层表面形貌.随着调制周期减小,纳米单层厚度变薄,涂层表面形貌及厚度变化不明显;涂层中Zr、Ti的含量先降低后略有升高,而N含量的变化与之相反,且所有多层涂层和单层涂层都呈现出过化学计量比(N/Zr或N/Ti);多层涂层中ZrN(200)衍射峰强度逐渐减小,硬度逐渐提高,在调制周期最小时硬度达到最大值31.5 GPa;Zr N/Ti CuN多层涂层界面处存在大量共格结构,且连续贯穿几个相邻涂层,在涂层界面处可以发现较多位错.随着调制周期减小,膜层更均匀.在多层涂层结构中,降低涂层厚度、增加共格结构的界面可有效增加纳米多层涂层的硬度.

电弧离子镀制备TiN/TiSiN多层涂层及其性能研究

为提高单一TiN涂层的性能,采用AS600DMTXBE型阳极层离子源辅助电弧离子镀系统制备TiN层和TiSiN层厚度比分别为1∶2、2∶2、3∶1的TiN/TiSiN多层涂层。研究不同厚度比的TiN/TiSiN多层涂层的形貌、结构以及性能,并与TiN涂层性能进行比较。结果表明:TiN/TiSiN多层涂层为TiN面心立方结构,其中厚度比为2∶2的TiN/TiSiN多层涂层的TiN(111)衍射峰较强;厚度比为1∶2的TiN/TiSiN多层涂层摩擦因数最低,表明掺入Si的含量越大,涂层减摩性能越好;TiN/TiSiN多层涂层的减摩作用、硬度和结合强度都优于TiN涂层,且厚度比为2∶2的TiN/TiSiN多层涂层的硬度和结合强度均最大;厚度比为2∶2的TiN/TiSiN多层涂层的耐腐蚀性最高,表明Si元素的掺入能够提升涂层的耐腐蚀性能。