连续压入法评定等离子体增强化学气相沉积(PECVD)TiN膜基结合强度

介绍了一种新型涂层压入仪。对比了压入法、划痕法、接触疲劳法测定不同处理基体、同类ＰＥＣＶＤ ＴｉＮ 膜基结合强度的变化规律。结果表明采用该压入仪， 运用连续加载压入法， 可方便地定性或半定量测定ＰＥＣＶＤ ＴｉＮ 膜基结合优劣。该法所测临界载荷Ｐｃ 不仅反映膜基结合的优劣， 还反映了膜基体系的承载能力。

等离子体辅助激光织构化预处理增强TiAlN刀具涂层膜基结合强度的机理研究

物理气相沉积(PVD)TiAlN涂层刀具在难加工材料高性能切削中有巨大的应用需求,而涂层膜基结合强度成为制约其高性能切削难加工材料的关键问题。为解决该问题,采用纳秒激光和等离子体刻蚀系统对硬质合金基体表面进行预处理,而后进行TiAlN涂层,最终获得传统涂层刀具(CCT)、激光织构化涂层刀具(LCT)、等离子体刻蚀涂层刀具(CECT)、等离子体辅助激光织构化涂层刀具(LECT)。分析织构化基体晶相结构、比表面积、表面能等材料特性和表面状态,并利用上述制备的涂层刀具进行划痕试验和干切削316奥氏体不锈钢试验。结果表明,通过基体表面等离子体辅助激光织构化预处理,可改善涂层膜基化学键合性能的差异,增加基体表面比表面积和表面能,改善膜基间物理结合和化学键合界面,进而提升TiAlN涂层膜基结合强度。与其他三种涂层刀具进行划痕试验与切削试验对比,进一步验证了LECT的涂层膜基结合强度最好。

PCVD TiN膜基结合强度初探

等离子体增强化学气相沉积(PCVD)是一项新工艺,特别适合于制备保护复层,不过这项工艺用在模具钢上沉积超硬复层还处于实验研究阶段,如果这种复层能在模具上成功地涂复就可以期望获得外硬内韧的模具,其使用寿命也将大大延长。本文对这个问题进行了探索并取得初步成效。

膜基结合强度的试验与研究

薄膜强化能显著改变材料的各种表面性能,因而在材料工程领域内具有广阔的发展前景。膜基结合强度是膜基复合材料性能的一个基本要求。本文综述了膜基结合强度的各种试验方法,并概述了提高膜基结合强度的途径。

Al-C/Al-N/Al涂层膜基结合强度工艺试验研究

通过对Al-C/Al-N/Al太阳能选择性吸收涂层沉积工艺的研究,分析了该涂层膜基结合强度较差的原因,进行了不同沉积工艺条件下的涂层膜基结合强度、吸收率和热损试验,对试验结果进行了仔细的分析,优化确认在Al-C/Al-N/Al太阳能选择性吸收涂层沉积工艺基础上实施第N层充N2气体工艺,可以较好的提高涂层的膜基结合强度,同时保证涂层的吸收率和集热管的热损不发生明显的下降.

Co元素对硬质合金基底金刚石涂层膜基界面结合强度的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,研究了硬质合金刀具基底黏结相Co元素对金刚石涂层膜基界面结合强度的影响机理.借助Materials Studio软件建立了WC/Diamond膜基界面模型和WC-Co/Diamond膜基界面模型,采用CASTEP仿真软件计算了WC/Diamond膜基界面模型和WC-Co/Diamond膜基界面模型的最优稳定结构.通过仿真计算,获得了WC/Diamond膜基界面模型和WC-Co/Diamond膜基界面模型的界面结合能、电荷密度图及Mulliken重叠布居数.经对比分析后发现,硬质合金基底中磁性元素Co的存在能转移金刚石涂层膜基界面处W元素及C元素的电荷,从而使膜基界面处的原子因失电荷而相斥,这直接导致了金刚石涂层膜基界面间距变大,使得金刚石涂层膜基界面结合能降低.

Cr/Ag纳米多层薄膜膜-基结合强度及摩擦学性能研究

采用中频磁控溅射技术在AISI 440C钢表面制备了不同调制周期的Cr/Ag纳米多层薄膜.通过X射线衍射仪(XRD)及高分辨透射电子显微镜(HRTEM)分析表征了纳米多层薄膜的微观组织结构,通过划痕试验机与真空球-盘摩擦试验机分别测试了纳米多层薄膜膜-基结合强度及真空摩擦学性能,并与纯Ag薄膜及Cr/Ag双层薄膜进行了对比.结果表明:纳米多层结构可以显著提高Ag基固体润滑薄膜膜-基结合强度,Cr/Ag纳米多层薄膜在较高转速及载荷条件下表现出明显优于纯Ag及Cr/Ag双层薄膜的摩擦学性能.Cr薄膜层与钢基体表面良好结合以及纳米多层薄膜内良好的层间结合性能是纳米多层薄膜膜-基结合强度提高的主要原因.

热丝CVD金刚石涂层膜基界面结合强度研究新进展

硬质合金基体金刚石涂层工具产业化应用的主要障碍之一在于涂层的膜基界面结合强度较差,易引发涂层早期脱落。提高膜基界面结合强度、保证刀具正常使用寿命,已成为金刚石涂层工具产业化亟待解决的主要问题。我们介绍了近年来在提高硬质合金基体金刚石涂层膜基界面结合强度方面所取得的一系列研究新进展,并提出了进一步改善其膜基界面结合强度的新思路,以促进热丝CVD金刚石涂层工具的产业化应用。

弯曲法分析计算气相沉积超硬膜与高速钢基体的结合强度

本文探讨用弯曲法定性评价和定量计算气相沉积超硬膜与高速钢基体的结合强度.

高速钢与TiN膜结合强度计算方法的探讨

在研究与应用气相沉积方法的过程中,如何准确地评价膜与基体的结合强度一直是有待解决的问题。本文提出了用四点弯曲定性分析膜基结合强度的方法,并推导出定量计算膜基结合强度的公式。

Cr/Cr_2O_3多层薄膜的制备、力学及摩擦学性能研究

为了提高Cr2O3陶瓷薄膜的韧性及摩擦学性能,设计制备了Cr/Cr2O3软硬交替的多层薄膜,通过复配韧性层提高Cr2O3陶瓷薄膜的韧性及摩擦学性能,同时研究了调制周期对Cr/Cr2O3薄膜力学性能及摩擦学性能的影响.研究结果表明多层薄膜的韧性和第一临界载荷随调制周期的减小而增大,而其硬度随调制周期的减小而降低.调制周期为1 075 nm的薄膜表现出了最好的综合性能,即薄膜具有较好的膜基结合强度、较高的韧性和硬度,同时薄膜具有最好的抗磨损性能.

铬过渡层对氮化铬/镁合金膜基界面结合强度的影响

为了提高磁控溅射氮化铬膜与镁合金基底的结合强度,在两者之间以不同工艺溅射沉积铬过渡层,分析并讨论了铬过渡层对膜基界面结合强度的影响及其机制。结果表明,在镁合金/氮化铬之间增加铬过渡层可提高表征膜基结合强度的膜层破裂临界载荷,且当铬过渡层的溅射工艺为溅射功率100 W、负偏压30 V、基底温度25℃、溅射时间4 min时膜层破裂临界载荷最大,此工艺下铬过渡层表面在微观上具有最大的粗糙度和最小的突起间隔;铬过渡层增强界面结合的作用主要表现为改善了氮化铬与镁合金基底之间的结合状况,与铬/氮化铬接界面积较大且能有效机械互锁、铬过渡层缓减了界面应力等机制有关。

电弧离子镀CrSiN薄膜的内应力控制与厚膜化

采用电弧离子镀技术在不锈钢SUS440C基片上沉积了CrSiN薄膜,并在此基础上通过引入Cr应力缓和层制备了CrSiN/Cr多层薄膜,研究了Cr应力缓和层对缓解CrSiN薄膜内部应力、增强膜基结合力、提高薄膜沉积厚度的作用。利用X射线衍射仪及sin2ψ法测试计算了薄膜的内部应力、采用扫描电镜及透射电镜观察了薄膜的显微结构,采用微米划痕仪测试了膜基结合强度。结果表明:20～30 nm极薄Cr层的导入,缓解了CrSiN薄膜内部应力的积累,降低了薄膜整体的内部应力,选择合适的Cr层数,最大可降低内部应力1/2。CrSiN/Cr多层膜仍保持了原有的连续柱状晶生长模式,CrSiN层与Cr层间,界面完整清晰,Si-N非晶部分缓解了CrSiN中CrN晶格与Cr层中Cr晶格间的失配,使得层间结合紧密牢固。划痕仪测试结果表明膜基结合强度与薄膜内部应力呈现出高度的相关性,Cr应力缓和层的导入改善了薄膜的膜基结合力、提高了薄膜可沉积厚度。

超光滑金刚石复合薄膜的制备、摩擦学性能及应用研究

本文针对国内外CVD金刚石薄膜在硬质合金工模具领域应用中存在的膜基结合强度低,薄膜表面光滑性和均匀性差、表面抛光困难等关键技术难题,开发了超光滑金刚石复合薄膜制备技术,

磁控溅射铜膜与基底结合强度的分析研究

根据磁控溅射金属铜膜在超声清洗中从硅基底上发生剥落的现象,分析了样品在声场中的运动和受力状态,发现样品会发生受迫振动,拉-拉周期应力引起膜基界面的失效是薄膜脱落的主要原因,而空化作用是次要原因。通过建立的力学模型,计算了膜基结合强度。与划痕法等所测得的膜基结合强度值的比较,计算值与测量值在数量级和与溅射参数变化趋势上有很好的吻合。此评价方法可以应用于溅射铜膜/多晶金刚石的膜基体系上,并研究了超声参数、基底表面形貌、基底成份等因素对膜基结合强度的影响。

微观结构对纳米金刚石涂层WC-Co结合性能的影响

微观结构对金刚石涂层硬质合金的结合性能具有重要影响。本文采用酸碱二步腐蚀法预处理WC-Co基体,使用热丝化学气相沉积(HFCVD)设备,分别在CH4浓度为2%,3%,4%的CH4/H2/Ar气氛体系中,沉积得到不同微观结构的金刚石薄膜。采用SEM和Raman分别对薄膜的表面形貌、截面形貌及sp3/sp2相成分进行表征,采用划痕法评估薄膜的膜基结合性能。结果表明:提高甲烷浓度可有效细化金刚石晶粒,有利于纳米晶金刚石的生长;当金刚石薄膜的晶粒尺寸从几百纳米降低至几十纳米时,薄膜的sp2相增多,晶粒的形核密度随之提高;各样品所沉积的金刚石薄膜在剥落时所受的临界载荷分别为15.2,6.9和9.1N,结合薄膜的微观结构,可得出结论:高纯度、高形核密度的金刚石有利于提高纳米尺寸薄膜与WC-Co基体的结合性能。

等离子体处理对氰酸酯基复合材料表面性能影响研究

采用等离子体处理技术对不同作用距离下的石英纤维/氰酸酯复合材料表面进行活化处理,考察了等离子体处理工艺参数对复合材料表面接触角的影响,以及等离子体处理前后表面形貌、性能和膜基结合强度的变化规律。研究结果表明:经氮气、氩气等离子体处理后,复合材料表面接触角明显减小,均随作用距离减小呈下降趋势,且氩气的活化效果比氮气的好;工艺参数对复合材料表面接触角影响重要程度依次为气压、电压、时间,在一定范围内增加气压、电压,延长处理时间,复合材料表面接触角变小,活化效果越好;等离子体处理后,复合材料的玻璃化转变温度(Tg)和弯曲强度无变化,没有损伤复合材料的本征性能;等离子体处理后,复合材料表面粗糙度和比表面积增大,复合材料与Al镀层的膜基结合强度显著提升。

铜/金刚石复合材料化学镀铜后的组织结构和焊接性

铜/金刚石复合材料具有高的热导率及与半导体材料相匹配的热膨胀系数,是功率器件散热的理想材料。但由于金刚石的非金属特性,铜/金刚石复合材料在使用过程中存在焊接性差的问题。针对该问题,通过化学镀铜来提高铜/金刚石复合材料的润湿性和焊接性。在化学镀铜之前,先用稀硫酸粗化复合材料,然后用氯化亚锡溶液敏化,再用氯化钯溶液活化。通过扫描电镜、X射线衍射和拉拔试验研究了化学镀铜时间对镀层微观形貌、厚度、晶相结构及膜基结合强度的影响。结果表明,化学镀铜60 min时镀层较为均匀、致密,膜基结合强度最高,尤其是金刚石粒径为116μm的铜/金刚石复合材料表面铜镀层的膜基结合强度达27.6 MPa。在相同的镀覆条件下,金刚石粒径小的铜/金刚石复合材料的膜基结合强度高于金刚石粒径大的铜/金刚石复合材料。润湿角测试和焊料铺展试验结果表明,铜/金刚石复合材料表面化学镀铜后焊接性提高。

温度对金刚石涂层膜基界面力学性能的影响

利用分子动力学方法建立了硬质合金基底金刚石涂层膜基界面模型,并采用Morse势函数和Tersoff势函数相互耦合的方法来表征模型内原子间的相互作用关系,在此基础上对不同温度(0—800 K)条件下硬质合金基底金刚石涂层膜基界面的力学性能进行了分子动力学仿真计算.结果表明:当温度由0 K上升到800 K的过程中,金刚石涂层膜基界面拉伸强度呈下降趋势,并且在0—300 K范围内下降趋势明显,在300—800 K范围内下降趋势缓和;体系能量随温度的变化具有相同的下降趋势.

AISI 316L表面氮化复合类金刚石涂层的相结构及摩擦学性能

为提高类金刚石涂层与奥氏体不锈钢之间的结合强度,利用等离子体增强化学气相沉积技术分别在未处理和氮化处理的AISI 316L表面沉积类金刚石(DLC)涂层,研究不同沉积温度下DLC及氮化复合DLC涂层的相结构与摩擦学性能。采用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)表征涂层的相结构;采用扫描电子显微镜(SEM)观察截面形貌,并用EDS测量氮、碳元素的深度分布;采用纳米压痕仪、摩擦磨损试验机、超景深显微镜、划痕仪检测DLC涂层的摩擦学性能。结果表明:氮化复合DLC涂层的结合力和耐磨性优于DLC涂层;其中100℃时,硬度和结合力分别提高25%和175%,综合性能最好。沉积DLC涂层的过程中,氮化层中氮原子因扩散而重新分布,使氮化层的厚度增加,硬度梯度减缓,更有利于基体与DLC涂层间的过渡。