新型多功能膜/基结合力测定仪的研制

采用改进划痕法原理及切向力检测临界载荷方法,研制了一种新型多功能膜/基结合力测定仪。该仪器结构新颖,实用简便,不仅能测定金属膜层与基体的结合强度,还能对金属膜层进行模拟单颗粒磨损试验。试验表明,该仪器具有较高的可靠性。

N_2/Ar流量比对HiPIMS技术制备AlCrSiN刀具涂层膜基结合力的影响

近年来多元纳米复合涂层的发展,为制备高速切削、干式切削高质量涂层刀具提供了更优异的解决方案。采用国际新型高功率脉冲磁控溅射技术,制备了不同N_2/Ar流量比的AlCrSiN高铝含量纳米复合涂层。运用电子扫描显微镜、纳米划痕仪对涂层力学性能进行表征。结果表明:N_2/Ar流量比的增加使AlCrSiN涂层膜基结合强度显著下降。N_2/Ar=1/4时临界载荷最大为66N.临界载荷的变化由沉积粒子动能主导同时与涂层显微结构的演化以及HiPIMS技术的工艺特点密切相关。

压头曲率半径对硬质薄膜结合力划痕测量影响的比较研究

硬质薄膜的膜/基结合力是表征材料可靠性的重要特性参数。采用划痕法测试硬质薄膜的结合力时,有很多因素会影响到临界载荷L c的判定,例如薄膜和基底的硬度、模量,薄膜的表面粗糙度等;此外,仪器机架刚度、划痕速率、压头的曲率半径等仪器的测量参数也会影响临界载荷L c的判定。采用划痕测量法,研究了曲率半径为20μm,50μm和100μm的压头对单晶硅和304基底的亚微米类金刚石薄膜与基底的结合力测量的影响。研究结果显示:随着压头曲率半径的增加,2种材料的临界载荷也随之增大。

负偏压对纯Cr涂层表面液滴及涂层结合力的影响

采用多弧离子镀技术于不同负偏压条件下在锆合金表面沉积纯Cr涂层。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和划痕仪分析了纯Cr涂层表面形貌和择优生长取向变化规律,并对涂层膜基结合力进行表征。结果表明:负偏压不同,纯Cr涂层上液滴分布和择优生长取向都有较大的影响。其中随着负偏压的增加,纯Cr涂层表面液滴的数量和尺寸先减少后增加的趋势,同时纯Cr涂层晶体择优生长趋势由(200)晶面转向(110)晶面;纯Cr涂层的膜/基结合力随负偏压的增加逐渐增大。

靶/基距对CrTiAlN薄膜性能影响的研究

利用闭合场非平衡磁控溅射离子镀设备在H13热作模具钢基体上沉积了CrTiAlN薄膜.采用SEM、EDS、维氏显微硬度计、涂层附着力划痕仪等测试仪器对薄膜的形貌和成分进行了表征和分析,测得了薄膜的表面显微硬度和膜/基结合力,并采用摩擦磨损试验仪对薄膜的摩擦磨损性能进行了测试.研究和分析了不同靶/基距对CrTiAlN薄膜的厚度、成分和性能的影响.

N_2流量比对复合磁控溅射Zr-B-N薄膜结构和性能的影响

目的在反应沉积时补充金属离子,增加薄膜中金属氮化物硬质相的数量,优化复合磁控溅射Zr-B-N薄膜的制备工艺,揭示N_2流量比(N_2/(N_2+Ar))对Zr-B-N薄膜结构和性能的影响规律,进一步强化Zr-B-N纳米复合薄膜。方法采用高功率脉冲磁控溅射和脉冲直流磁控溅射复合镀膜技术沉积Zr-B-N薄膜,借助X射线衍射仪、能谱仪、扫描电镜、纳米压痕仪、划痕测试仪和摩擦试验机,研究N_2流量比对Zr-B-N薄膜成分、微观结构、力学性能和摩擦性能的影响。结果Zr-B-N薄膜具有典型的纳米复合结构,即BN非晶层包裹着ZrB_2、Zr_3N_4、Zr_2N、Zr N等纳米晶,所有Zr-B-N薄膜均沿(100)晶面择优生长。随着N_2流量的增加,(100)晶面的衍射峰宽化加剧;薄膜硬度由36.2 GPa下降到21.0 GPa;膜/基结合力逐渐增强,临界载荷从34.8 N增加到55.8 N;摩擦系数逐渐增大。当N_2流量比为42.9%时,摩擦系数相对较低,约为0.48,归因于薄膜内形成了沿(220)晶面生长的ZrN相,从而起到了良好的减摩作用。结论当N_2流量比为42.9%时,Zr-B-N薄膜具有纳米复合结构和良好的各项性能。

微喷砂预处理对硬质合金上沉积类金刚石薄膜结构和性能的影响

使用45μm白刚玉对YG6硬质合金样品进行微喷砂预处理后,利用阳极层流型气体离子源和非平衡磁控溅射复合技术制备梯度过渡类金刚石薄膜。研究表明:优化的微喷砂预处理工艺能显著提高膜/基结合力,降低膜层的摩擦因数。文中通过对优化微喷砂预处理前后表面接触角成分和硬度的测试,以及制备出膜层的物相和微观结构的分析,进一步探讨了优化微喷砂预处理对类金刚石薄膜性能的影响。

无氢非晶金刚石膜耐磨性研究

用滤质阴极真空电弧(FCVA)离子镀技术在高速钢(W6M05Cr4V2)和不锈钢(0Cr18Ni9Ti)基体上沉积120～150nm非晶金刚石膜。用划痕法测定其结合力,平均临界载荷分别为19.15N(高速钢)和6.44N(不锈钢,CB工艺)。用栓盘摩擦试验测定镀膜的摩擦系数μ和耐磨寿命。摩擦系数μ为0.092～0.105,镀膜耐磨性比高速钢高106～319倍,比不锈钢高480～3600倍,而且镀膜质量稳定,重复性好。

铜合金表面过渡层厚度对Cr-DLC薄膜残余应力和结合性能的影响

为提高铜合金表面Cr-DLC薄膜的膜/基结合性能,设计了Cr/CrN/Cr-DLC多层结构薄膜,采用磁控溅射/等离子辅助气相沉积方法在铜合金样品表面制备不同Cr粘结层厚度的Cr掺杂类金刚石(Cr-DLC)薄膜。利用高分辨拉曼光谱仪、薄膜应力仪、纳米压痕仪、划痕仪和连续冲击试验机分别对薄膜的微观结构、残余应力、纳米硬度和弹性模量、薄膜与基体结合性能和耐冲击韧性进行测试。结果表明,随着Cr粘结层厚度的增加,铜合金表面Cr-DLC薄膜的残余应力出现了先升高后降低的趋势,最小残余应力达到-0.47 GPa,降幅高达75.5%。薄膜的膜/基结合力随Cr粘结层厚度的增加而提高,当Cr粘结层厚度为1.01μm时,Cr-DLC薄膜的膜/基结合力最佳,与无Cr粘结层Cr-DLC薄膜的第1(Lc1)和第2(Lc2)临界载荷相比分别提高69%和67%。经20000次连续冲击试验,所有薄膜样品冲击坑的冲击深度均没有弹性恢复,薄膜在冲击坑的中心位置均出现一定面积的剥落,其中,Cr粘结层厚度1.01μm的Cr-DLC薄膜样品的膜层剥落面积最小,表现出了最好的抗连续冲击的能力。一定厚度Cr粘结层能够大幅降低铜合金表面Cr-DLC薄膜的残余应力,提高膜/基结合力和耐冲击性能。

硬质合金刀具类金刚石涂层及其性能评价

利用磁控溅射技术在硬质合金刀具表面制备了含纯金属过渡层的类金刚石涂层。采用光学轮廓仪、SEM、EDS、拉曼光谱、显微硬度计和多功能表面性能测试仪对制得的涂层进行了成分和性能等表征。结果表明,在类金刚石涂层和基体之间成功沉积了过渡层,过渡层对样品的性能影响程度不同。通过拉曼光谱分析表明过渡层的金属种类对样品涂层的sp^3键含量影响不大,过渡层元素为Cu和Ag的样品涂层中sp^3键含量略高。通过硬度测试表明涂层的硬度受到的影响也较小,其中过渡层元素为Ti和W的样品硬度较高。通过膜/基结合力测试表明过渡层的金属种类对该项性能影响较大,其中过渡层元素为W的样品表现最好。综合各项表征可以看出,过渡层更多地影响涂层与基体之间的关系,而对涂层本身的性能影响并不大。