氮氩流量比对磁控溅射CrAgCeN涂层摩擦学性能的影响

目的研究不同氮氩流量比对磁控溅射制备CrAgCeN涂层微观组织结构和摩擦学性能的影响。方法采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪对涂层表面形貌、成分和微观组织进行分析。采用纳米压痕仪、球盘式摩擦磨损试验机和白光干涉三维形貌仪,测试涂层的力学性能和摩擦学性能。结果在给定的氮氩流量比下,CrAgCeN涂层主要有CrN、Cr_(2)N、Ag、AgN_(3)和Ce相构成,引入Ce、Ag可改变组织结构,随着氮氩流量比的增加,CrAgCeN涂层表面形貌由三角锥状转变为球状,在氮氩流量比为1.5时,涂层组织更加致密。涂层硬度和弹性模量随着氮氩流量比的增加呈现先升高后降低的趋势,在氮氩流量比为1.5时,硬度(H)和弹性模量(E)最大,分别为14.1 GPa和213.8 GPa;H/E值最高,为0.066,反映涂层具有较好的抗塑性变形能力。随着氮氩流量比的增加,摩擦因数和磨损率先减小后增大,在氮氩流量比为1.5时,涂层的摩擦因数和磨损率最小,分别为0.381和1.1×10^(-6) mm^(3)/(N·m),相比于氮氩流量比为0.6、1、3时,对磨球磨损表面能谱表明Ce、Ag含量最高,减摩耐磨效应最优,对磨球磨损表面最平整。结论通过调整氮氩流量比可以获得摩擦磨损性能良好的CrAgCeN涂层。

氮氩流量比对磁控溅射Zn3N2薄膜微观结构的影响

采用射频感应耦合等离子体增强磁控溅射装置在p型Si〈100〉基片上制备Zn3N2薄膜,用于研究不同氮氩流量比对薄膜结晶质量及微观结构的影响。用X射线衍射仪（XRD）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）、原子力显微镜（AFM）和四探针测试仪表征薄膜的微观结构、表面形貌和电学特性。实验结果表明：不同氮氩流量比条件下制备的Zn3N2薄膜均为多晶态,（400）,（411）和（332）晶面生长明显。随着氮氩流量比增加,（400）晶面衍射峰逐渐增加,在3∶1时达到极值,结晶度逐渐变佳;（332）晶面衍射峰逐渐减小,结晶度随之变弱;（411）晶面则无明显变化。随氮氩流量比增加,薄膜结晶度、晶粒尺寸和表面平整度先增加后减小。氮氩流量比为2∶1时,结晶质量和表面平整度达到最佳且导电性能最好,较大的氮氩流量比有利于磁控溅射制备性能更好的Zn3N2薄膜。

氮氩流量比对玻璃基TiN薄膜的结构和硬度的影响

采用直流磁控溅射镀膜工艺,在不同的氮氩流量比条件下,制备了玻璃基Ti N薄膜。通过X射线衍射仪（XRD）、场发射扫描电子显微镜（SEM、EDS）、纳米显微硬度仪,研究了Ti N薄膜的组织结构、物相组成、表面形貌、元素成份、维氏硬度,分析了氮氩流量比对Ti N薄膜结晶取向、硬度的影响机理。结果表明,在低的氮氩流量比条件下,Ti N薄膜以（111）晶面择优取向;随着氮氩流量比增加,择优取向由（111）晶面向（200）晶面过渡;氮氩流量比为1∶2时薄膜以（200）晶面择优取向;继续增加氮氩流量比（1∶2~2∶1）,Ti N薄膜衍射峰强度降低,晶粒尺寸减小;当氮氩流量比增加到2∶1时,薄膜开始呈现非晶态。随着氮氩流量比的增加,薄膜硬度呈现先增加后减小的趋势;当氮氩流量比为1∶1时,Ti N薄膜以（200）晶面择优取向结晶,组织致密均匀,晶粒尺寸最小,具有最大的硬度值（825 HV）,相比未镀膜的玻璃基片,硬度值增加了20.44%。

氮氩流量比与基底温度对射频溅射TiN薄膜性能的影响

采用射频磁控溅射技术,以纯钛为靶材,氮气为反应气体,通过改变氮氩流量比与基底温度在304不锈钢及玻璃表面制备了不同的TiN薄膜。利用能谱仪、扫描电镜、台阶仪、四探针仪、划痕仪和纳米压痕仪对制备的所制薄膜的氮钛原子比、表面形貌、沉积速率、方块电阻、膜基结合力和纳米硬度进行表征。结果表明:随着氮氩流量比的增大,TiN的形貌先由四面锥体凸起结构逐渐过渡至柱状晶体堆积结构,然后转变为稀疏的液滴状颗粒结构,直至平整光滑,致密均匀。在氮气和氩气的流量分别为5.0 mL/min和50.0 mL/min的条件下,基底温度25~400℃范围内制备的TiN薄膜的结合力介于135.4 mN与210.2 mN之间。当基底温度为300℃时,薄膜的沉积速率最大,颜色最接近金黄色,氮钛原子比最接近1,结合力和纳米硬度也都最大。随着基底温度的升高,氮钛原子比逐渐降低,方块电阻不断下降,400℃时达到最小的9.87Ω。

氮氩体积流量比对AlN薄膜生长取向、晶体质量及沉积速率的影响及机理分析

采用反应磁控溅射法,在溅射气压、溅射功率和衬底温度恒定的条件下,通过调控氮氩体积流量比,在单晶Si衬底上制备AlN薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)研究氮氩体积流量比对AlN薄膜的生长取向、晶体质量及沉积速率的影响规律并分析其机理。结果显示,提高氮氩体积流量比有利于AlN薄膜(002)择优取向的生长,但过高的氮氩体积流量比会降低薄膜的沉积速率。在溅射气压为5 mTorr(1 Torr=133.3 Pa)、溅射功率为500 W、衬底温度为200℃、氮氩体积流量(cm3/min)比为14∶6时,在单晶Si衬底上可以制备出质量较好的,具有良好(002)择优取向的AlN薄膜。研究结果可为反应磁控溅射制备高质量AlN薄膜提供工艺参数设置规律指导。

Ti6Al4V合金表面钼-氮渗镀复合层的制备及性能

利用等离子表面合金化技术在Ti6Al4V合金表面制备了钼-氮渗镀复合层,通过调整氮氩流量比获得3种表面渗镀复合层,对渗镀复合层的组织结构、显微硬度、耐腐蚀性能进行了研究。结果表明:氮氩流量比影响合金表面渗镀复合层的组织结构、硬度;渗镀复合层可明显提高Ti6Al4V合金在质量分数为37%沸腾盐酸溶液中的耐腐蚀性能;随着氮氩流量比的增加,复合层的厚度增加,硬度提高,耐腐蚀性能变差。

高氮掺杂对类金刚石薄膜的结构和摩擦磨损性能的影响

采用Si层作为过渡层,通过射频磁控溅射辅助直流脉冲磁控溅射技术在n型(100)单晶Si和硬质合金(YG8)基底上制备掺氮类金刚石薄膜。采用拉曼光谱仪、X射线光电子能谱仪及场发射扫描电镜对薄膜的结构、组成和形貌进行表征;采用显微硬度计测试薄膜的维氏硬度;采用用球-盘往复摩擦试验机和白光干涉仪测试薄膜的摩擦磨损性能。结果表明:复合薄膜中碳氮原子主要以C=N键形式存在,随着掺氮量的增加,C=N键含量降低。氮掺杂DLC复合薄膜的硬度随掺氮量的增加而降低,摩擦系数在掺氮量为12.7 at%时最低,为0.10;而在掺氮量为6.6 at%时比磨损率最低,为5.1×10^(-15)mm^(3)/(N·m)。

多弧离子镀TiAlN薄膜的制备及其抗氧化性能

目前,关于氮氩比对TiAlN薄膜高温抗氧化性能影响的研究较少。采用多弧离子镀技术在M2高速钢上沉积TiAlN薄膜,利用SEM、XRD等方法研究氮氩流量比对薄膜组织结构、表面形貌和抗氧化性的影响。结果表明:TiAlN薄膜呈δ-TiN面心立方晶体结构;随着氮氩流量比的提高,薄膜表面熔滴数量显著下降,膜层表面更加平整光滑,相结构的择优取向发生改变,硬度先增大后趋于稳定,表面氧化物含量逐渐下降;当氮氩流量比为9∶1时,所得TiAlN薄膜在800℃氧化温度下,其表面会生成一层致密的Al_2O_3保护膜,有效阻止了薄膜被进一步氧化,具有良好的抗氧化性能。

多弧离子镀CrN薄膜的耐腐蚀性能

单相CrN薄膜较难制取,国外已形成商用,而国内相关研究尚处于起步阶段。采用多弧离子镀技术在45钢表面沉积CrN薄膜,通过扫描电镜观察了CrN薄膜的表面形貌,采用X射线衍射仪对其相结构进行了分析,分别讨论了CrN薄膜在3.5%NaCl溶液、1 mol/L NaOH溶液和1 mol/L H2SO4溶液中的电化学腐蚀性能,在其他制备参数不变的条件下,考察了氩氮流量比对薄膜组织结构以及性能的影响。结果表明:随着氩氮流量比的减小,CrN薄膜表面的液滴尺寸和数目逐渐减小;薄膜主要以CrN相为主,随着氩氮流量比的增大,CrN(110)的峰值逐渐减弱,CrN(200)的峰值逐渐增强;随着氩氮流量比的减小,CrN薄膜在3.5%NaCl溶液、1 mol/L NaOH溶液和1mol/L H2SO4溶液中的耐蚀性均得到提高,在氩氮流量比1∶3时,薄膜的耐腐蚀性最佳。

磁控溅射法制备TiN薄膜及其性能研究

为了研究Ar/N2流量比对Ti N薄膜耐蚀性的影响,采用反应直流磁控溅射法在304不锈钢上制备Ti N薄膜。研究了在溅射沉积过程中Ar/N2气体流量比对Ti N薄膜结构形貌和耐腐蚀性能的影响,并对结果进行了分析。结果表明:在保持其他工艺参数不变的情况下,增大N2流量制备Ti N薄膜,薄膜主要成分为Ti N,Ti2N和Ti N0.3;在高的Ar/N2条件下,即低的氮分压下,薄膜生长呈任意取向,在低的Ar/N2条件下,即高的氮分压下,薄膜(200)择优取向;氩氮流量比为50∶5时,电阻率最小,为0.002Ω·m,薄膜具有良好的导电性;当氩氮流量比为50∶5时,Ti N表面平整,呈现细小颗粒状,并且通过盐雾腐蚀试验可知,此时Ti N薄膜的耐腐蚀性能最好。