等离子体浸没离子注入与沉积合成TiN薄膜的滚动接触疲劳寿命和机械性能

采用等离子体浸没离子注入与沉积(PIII&D)技术在AISI 52100轴承钢表面合成了高硬耐磨的TiN薄膜.膜层元素分布、化学组成和表面形貌分别用XRD,XPS表征.合成薄膜前后试样的滚动接触疲劳寿命和摩擦磨损性能分别由球棒疲劳磨损试验机和球-盘磨损试验机测定;疲劳破坏后的微观形貌通过SEM观察;薄膜力学性能经纳米压痕和纳米划痕实验评价.结果表明,TiN膜中还含有少量的TiO_2和Ti,N,O的化台物.在优化条件下,TiN膜层致密均匀,与基体结合良好,纳米硬度和弹性模量分别达到25和350 GPa;最低摩擦系数由基体的0.92下降到0.2.被处理薄膜试件在90%置信区间下的最大L_(10),L_(50),L_a和(?)寿命较基体分别提高了约4.5,1.8,1.3和1.2倍,疲劳寿命的分散性得到了显著改善.

金属等离子体浸没离子注入与沉积技术合成类金刚石薄膜研究

采用金属等离子体浸没离子注入与沉积技术在 9Cr18轴承钢基体表面合成了类金刚石薄膜。研究了注入脉宽和工作气压对合成薄膜性能及化学组成的影响 ;通过激光Raman光谱、维氏硬度、针盘试验和电化学腐蚀等测试手段分别表征了合成薄膜后试样表面的化学组成和微观结构、显微硬度、摩擦磨损性能和抗腐蚀性能。结果表明 :合成薄膜后 ,试样的显微硬度增大了 88 7% ,摩擦磨损和抗腐蚀性能也明显改善。

等离子体浸没离子注入与沉积技术的发展及前沿问题

等离子体浸没离子注入与沉积技术可实现复杂形状零件表面垂直、均匀地离子注入与沉积处理,在材料表面改性领域具有广泛的应用前景。在技术发明后的20年间,该技术得到了快速的发展,但是也遇到了如何提高离子注入效率和注入均匀性、内表面注入、大面积注入等一系列问题。若上述问题得到解决,将极大的推进等离子体浸没离子注入与沉积技术的工业应用进程。

铀表面等离子体浸没离子注入沉积制备氮化层+Ti/TiN多层膜的结构与性能

为了改善金属铀的摩擦磨损和抗腐蚀性能,采用等离子体浸没离子注入沉积(PIII&D)技术在铀表面氮化,再沉积Ti/TiN多层膜。利用扫描电镜和X射线衍射分析了薄膜的形貌和组织结构;对薄膜的摩擦磨损和抗湿热腐蚀性能进行了测试。结果表明:薄膜表面致密,界面晶粒柱状生长方式被阻断,晶粒细化;薄膜为Ti和TiN的双相结构,衍射谱中出现了UO2和U2N3的衍射峰;薄膜大大提高了铀基体的摩擦磨损和抗湿热腐蚀性能,调制周期对薄膜性能的影响较大。

等离子体浸没离子注入与沉积合成碳化钛薄膜的摩擦磨损性能研究

将等离子体浸没离子注入与沉积及射频辉光放电技术相结合,在GCr15轴承钢基体表面制备了碳化钛薄膜,考察了注入脉冲宽度和工作气体压力对薄膜性能和化学组成的影响;利用X射线衍射仪(XRD)、维氏硬度计、多功能摩擦磨损试验机和电化学腐蚀试验装置表征了薄膜试样的相组成、显微硬度、摩擦磨损性能和抗腐蚀性能.结果表明,注入脉冲宽度和工作气体压力对薄膜性能及其组成具有显著影响;GCr15钢经改性处理后抗磨性能和抗腐蚀性能显著改善.这是由于基体表面形成了硬质且致密的TiC薄膜改性层所致.

等离子体浸没式离子注入-离子束增强沉积TiN膜研究

本文采用一种新型的等离子体浸没式离子注入 离子束增强沉积的技术(PIII IBAD),在Cr12MoV钢基体上制备出了TiN膜,对沉积膜的组织进行了光电子能谱分析,并对沉积膜进行了硬度检测、摩擦试验及磨痕形貌分析。试验结果表明,沉积膜中的组织为TiN、TiO2和Ti2O3,TiN膜具有高达Hv3200的高硬度和极其优良的摩擦性能。

金属等离子体浸没动态离子束增强沉积

采用由阴极真空弧等离子体源、负脉冲高压靶台和磁过滤系统组成的金属等离子体浸没动态离子束增强沉积系统 ,对 30 4L不锈钢进行金属等离子体浸没动态离子束增强沉积处理 .对试样予以电化学测试和AES分析 .动态增强沉积试样比非增强沉积试样有更强的抗电化学腐蚀能力 .

等离子体浸没离子注入与沉积技术在刀具上的应用研究

采用等离子体浸没离子注入与沉积技术(PIIID)在GB/T 1438高速钢表面制备了薄膜,采用显微硬度计和扫描电镜进行性能测试,并对其进行寿命试验。结果表明:显微硬度达到2 000HV以上,使用寿命比未处理的钻头延长了近5倍。

9Cr18轴承钢表面不同等离子体浸没离子注入强化处理技术研究

采用不同的等离子体浸没离子注入 (PIII)工艺在 9Cr18轴承钢表面进行了气体、金属、金属加气体的离子注入和碳化钛 (TiC)、类金刚石 (DLC)薄膜的等离子体浸没离子注入与沉积 (PIIID)。对处理后的试样进行了X射线光电子能谱 (XPS)、X射线衍射 (XRD)、俄歇电子能谱 (AES)和拉曼光谱 (Raman)分析 ;测试了处理前后试样的显微硬度、磨痕宽度和摩擦系数。结果表明 :处理后试样表面均形成了不同的改性层 ,且改性层中化学组成和各元素的浓度 深度分布随处理工艺的不同而变化 ;处理后试样的显微硬度都有较大提高 ,最大增幅达 77.7% ;表面摩擦系数由 0 .8下降到0 .16 ;磨痕宽度减少了 2 3倍 ;与PIII工艺相比 ,相同参数下 ,PIIID处理后的试样表面综合性能更加优异。

等离子浸没离子注入沉积纳米TiN薄膜的机械性能研究

采用等离子体浸没离子注入沉积(PⅢ-D)在不锈钢基底上合成TiN薄膜。对沉积TiN薄膜后的不锈钢试样进行拉伸变形实验,扫描电子显微镜(SEM)原位观察表明在较大塑性变形量下氮化钛薄膜没有剥落和裂纹出现。采用划痕法测得薄膜与基体间有较强的结合力。薄膜的纳米压痕测试显示出很高的纳米硬度和弹性模量值。通过对合成TiN薄膜的TEM结构测试、AFM表面观察、AES成分结果分析,认为该合成薄膜的纳米级晶粒尺寸、致密的表面质量以及成分沿深度的分布是其具有优异的抗塑性变形性能以及高的结合强度的原因。

脉冲阴极弧金属等离子体源的调试及其应用

对脉冲阴极弧金属等离子体源的工作参数进行了测量,研究了离子流与磁导管偏压以及磁场电流与离子流之间的关系,确定了其最佳工作参数。并应用该脉冲阴极弧金属等离子体源和等离子体浸没离子注入与沉积技术制备了TiC薄膜。对改性层的显微硬度、摩擦磨损性能和膜基结合力进行了测试分析。结果表明:合成TiC薄膜后,试样的显微硬度、摩擦磨损性能得到了明显的改善,并且膜层与基体之间的临界载荷为36.03 N。

铀表面N等离子体增强沉积Ti薄膜的湿热腐蚀行为

非平衡磁控溅射离子镀和等离子体浸没离子注入及沉积技术在表面改性技术中受到广泛重视。文中利用N等离子体浸没离子注入技术原位增强铀表面离子镀Ti薄膜（磁控溅射沉积5min），制备了含Ti的TiNx薄膜，以降低TiN镀层的脆性，探讨了该薄膜和膜-基界面在96℃、相对湿度96％的大气湿热环境下的腐蚀行为。50keV的N等离子体增强沉积的Ti膜组织致密，形成了部分TiM，在膜-基界面产生了Ti，N，U共混区。

全方位离子注入与沉积类金刚石碳膜的结构与性能

用等离子体浸没离子注入与沉积(PIIID)复合强化新技术在AISI440C不锈钢表面制备了类金刚石(DLC)碳膜。膜层表面的原子力显微镜(AFM)形貌显示出DLC膜结构致密均匀。Raman光谱分析结果表明,制备的DLC主要是由金刚石键(sp3)和石墨键(sp2)组成的混合无定形碳膜,且sp3键含量大于10%。以纯石墨棒做阴极,C2H2为工作气体条件下合成的DLC薄膜中,sp3键含量总体上较单纯用石墨作阴极而无工作气体条件下合成的DLC薄膜中sp3键含量高。与基体相比,薄膜试样的显微硬度和摩擦磨损性能均得到了较大改善,最大硬度提高88.7%,磨损寿命延长超过4倍。

离子注入与沉积TiN膜层中的残余应力

利用掠入射X射线衍射(GIAXRD)研究了GCr15轴承钢表面等离子体浸没离子注入与沉积(PIII&D)氮化钛(TiN)薄膜后膜层表面的应力状态。用X射线衍射(XRD)分析了处理后膜层的化学组成。探讨了薄膜厚度和掠入射角对表面膜层中应力变化规律的影响。结果表明,表面膜层中主要存在TiN相,同时含有少量的TiO2和钛氮氧的化合物。不同工艺下,TiN/GCr15轴承钢试样表面膜层中存在的应力均为压应力;且应力值随着掠入射角度的增大而减小,随着薄膜厚度的增加而降低。

全方位离子注入与沉积TiN薄膜的纳米压痕和纳米划擦行为

用等离子体浸没离子注入与沉积(PIIID)复合改性技术在AISI52100轴承钢基体表面合成了高硬耐磨的TiN薄膜。膜层的相组成及其表面形貌分别用X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)表征。合成薄膜前后试样的力学性能经纳米压痕和划痕实验评价。XRD结果表明,膜层中主要存在TiN相,择优取向(200),同时含有少量TiO2和钛氮氧的化合物。AFM形貌显示出试样表面TiN呈定向排列,膜层均匀完整,结构致密。纳米压痕测试结果表明,膜层具有较高的纳米硬度和弹性模量,最大值分别达到22.5和330 GPa,较基体分别增长104.5%和50%。根据纳米划痕形貌和划痕深度随划痕位置的变化关系分析出,薄膜在纳米划擦过程中先后经历了弹性变形,弹塑性变形,加载开裂或卸载剥落三个阶段。划擦剥落抗力达到80mN,表明TiN薄膜具有很好的弹性恢复能力和较强的疲劳剥落抗力。

乙炔笼网形空心阴极放电特性研究

为解决常规直流脉冲等离子体增强化学气相沉积工艺制备类金刚石膜沉积速率低问题,美国西南研究院开发了"笼网等离子体浸没离子沉积技术"。采用这种技术,本次实验研究了乙炔气压、流量、脉冲电压及氩气分压等工艺参数对笼形空心阴极放电动力学的影响。结果表明:在单个脉冲辉光放电过程中存在自辉光和空心阴极两种放电模式。工艺参数的影响表现为,乙炔气压由2.5升高到8 Pa,笼网放电击穿电压由1100降为620 V;当脉冲电压从900升高到1400 V,对应乙炔流量为200和100 m L/min时,工作气压分别下降1.4和3.9 Pa;提高脉冲电压或氩气分压,笼形空心阴极辉光增强,笼网电流增大,在p(C2H2):p(Ar)为1∶4时有最高值32 A。

氮、氧及金属离子注入铝合金表面改性层摩擦磨损性能研究

在不同温度下对6061铝合金分别进行了氮、氧等离子体浸没离子注入处理,氮与氢混合气体等离子体浸没离子注入处理,以及在氮气氛中的钛或铝等离子体浸没离子注入与沉积处理;采用X射线光电子能谱仪分析了注入改性层的相组成、高温下氧离子注入层的成分及注入离子浓度的深度分布;同时测定了注入改性层的显微硬度及摩擦磨损性能.结果表明:经300℃下氧离子注入处理后铝合金表面形成了较厚的硬质Al2O3层,从而使铝合金表面的耐磨寿命显著延长;经氮/氢混合注入以及氮气氛中金属离子注入和沉积处理后的铝合金表面的抗磨性能显著改善;同单一氮离子注入相比,氮/氢混合注入能更有效地改善铝合金的性能.

笼网型空心阴极氩气放电特性研究

采用高功率脉冲电源,研究了氩气气氛下工作气压、脉冲电压和频率等参数对笼网型空心阴极放电特性的影响,并对等离子体发射光谱进行了分析。结果发现:在脉冲电压增加到一定程度,脉冲电流随时间呈指数型(n>1)激增。提高工作气压、脉冲频率及脉冲电压,笼型空心阴极放电增强。脉冲峰值电流随气压和脉冲电压的升高而增大,但随频率增大呈现降低趋势。光谱分析表明,氩气笼型空心阴极放电主要物种是Ar*和Ar+粒子,随脉冲电压、工作气压及频率的增大,Ar*和Ar+粒子数量增多。

涤纶材料表面类金刚石薄膜的沉积及其抗菌性能研究

采用乙炔等离子体浸没离子注入与沉积(PIII D),对医用涤纶(PET)缝合环材料进行表面改性,Raman光谱、X射线光电子能谱(XPS)和衰减全反射傅立叶变换红外光谱(ATR FTIR)的分析结果表明:在涤纶材料表面有效地沉积了一层类金刚石(DLC)薄膜。原子力显微镜(AFM)的图像分析进一步证明表面平均粗糙度从58.9nm降低到11.2nm。细菌粘附实验结果证明沉积了类金刚石薄膜的表面对5种细菌———金黄色葡萄球菌(SA)、表皮葡萄球菌(SE)、大肠杆菌(EC)、绿浓杆菌(PA)和白色念珠菌(CA)的粘附均有明显抑制作用,其中从培养时间为15h的吸附情况比较来看,金黄色葡萄球菌的粘附率降低了70%,表皮葡萄球菌降低了86%。

Ti-Al-Si-N涂层界面微结构研究

采用多元等离子体浸没离子注入与沉积装置制备Ti-Al-Si-N涂层,借助X射线衍射仪、X射线光电子能谱、透射电子显微镜、纳米探针和原子力显微镜等系统研究涂层界面微结构与力学性能。研究结果表明:Ti-Al-Si-N涂层具有Si3N4界面相包裹TiAlN纳米晶复合结构,Si元素掺杂诱发涂层发生明显晶粒细化效应。随涂层Si含量增加,TiAlN晶粒尺寸显著降低,界面Si3N4层厚度增加。当Si3N4界面层厚度小于1nm并与TiAlN晶粒共格外延生长时,Ti-Al-Si-N涂层表现超高硬度约40GPa,当Si3N4界面相厚度增至2nm并呈非晶态存在时,涂层硬度降至约29GPa。