刀具表面超晶格TiN/AlN纳米多层膜的制备及性能的研究

采用脉冲多弧离子镀技术制备TiN/AlN纳米多层膜,对该薄膜的结构研究表明,随着调制周期的减小,稳定态六方AlN相逐渐转变成亚稳态立方AlN相,形成以TiN/AlN超晶格结构为主的薄膜。并从与标准图谱的对比中可知,TiN/AlN超晶格是AlN在立方TiN簿膜的影响下,在TiN层上以亚稳态相立方结构外延生长所形成。另研究显示,TiN/AlN薄膜具有一定的超硬效应以及在硬质合金刀具上优良的使用性能。

多弧离子镀制备TiN/AlN纳米多层膜及其超硬效应

采用多弧离子镀技术在高速钢表面制备TiN/AlN纳米多层膜,并对TiN/AlN纳米多层膜的表面形貌、调制机构进行表征。通过对薄膜显微硬度的测试发现,纳米多层膜的显微硬度明显高于TiN或AlN单层薄膜的显微硬度,具有明显的超硬效应。对比试验表明,TiN/AlN纳米多层膜涂层刀具比TiN涂层刀具具有更长的使用寿命。

TiN/Si_3N_4纳米多层膜的生长结构与超硬效应

采用磁控溅射方法制备了一系列不同Si3N4和TiN层厚的TiN/Si3N4纳米多层膜,采用X射线衍射、高分辨电子显微分析和微力学探针表征了薄膜的微结构和力学性能,研究了Si3N4和TiN层厚对多层膜生长结构和力学性能的影响。结果表明:当Si3N4层厚小于0.7 nm时,原为非晶的Si3N4在TiN的模板作用下晶化并与之形成共格外延生长的柱状晶,使TiN/Si3N4多层膜产生硬度和弹性模量异常升高的超硬效应。最高硬度和弹性模量分别为34.0 GPa和353.5 GPa。当其厚度大于1.3 nm时,Si3N4呈现非晶态,阻断了TiN的外延生长,多层膜的力学性能明显降低。此外,TiN层厚的增加也会对TiN/Si3N4多层膜的生长结构和力学性能造成影响,随着TiN层厚的增加,多层膜的硬度和弹性模量缓慢下降。

TiN/NbN纳米多层薄膜的交变应力场和超硬效应

为了研究纳米多层薄膜的超硬效应 ,采用反应溅射法制备从 1 4nm至 2 7nm不同调制周期的一系列TiN/NbN纳米多层膜。高分辨电子显微镜对薄膜的调制结构和界面生长方式的观察发现 ,TiN/NbN膜具有很好的调制结构 ,并呈现以面心立方晶体结构穿过调制界面外延生长的多晶超晶格结构特征。显微硬度测量表明 ,TiN/NbN纳米多层膜存在随调制周期变化的超硬效应。薄膜在调制周期为 8 3nm时达到HK39 0GPa的最高硬度。分析认为 ,两种不同晶格常数的晶体外延生长形成的交变应力场 ,对材料有强化作用 。

TiN/NbN纳米多层膜的微结构与超硬度效应

采用反应溅射法制备了一系列不同调制周期的 Ti N/Nb N纳米多层膜 ,并使用 X射线衍射分析 ( XRD)、透射电子显微镜 ( TEM)和显微硬度计表征了薄膜的调制结构、界面结构和显微硬度 .结果表明 :Ti N/Nb N多层膜具有周期性良好的调制结构 ,调制界面清晰、平直 ;薄膜呈现为多晶外延生长的面心立方结构 ;薄膜硬度出现异常升高的超硬度效应 ,并在调制周期为 8.3nm左右达到硬度峰值 ( HK 3 9.0 GPa)

TiN/AlN纳米多层膜的调制结构研究

纳米多层膜具有多种物理性能和力学性能的异常效应，其中超模量、超硬度效应为近年来的研究热点之一。本文采用高分辨透射电子显微镜（ＨＲＥＭ）研究了ＴｉＮ／ＡｌＮ纳米多层膜的微结构并对其力学性能的变化给予解释。ＴｉＮ／ＡｌＮ纳米多层膜采用反应溅射法在日本产Ａ...

力学探针两步压入法研究(Ti,Al)N/AlN纳米多层膜的超硬效应

提出了采用毫牛力学探针技术对硬质薄膜的硬度和弹性模量等力学性能进行准确测量的两步压入法 ,并用此方法研究了 (Ti,Al) N/ Al N纳米多层膜的硬度和调制周期之间的关系。结果表明 ,该纳米多层膜体系的硬度和弹性模量随调制周期的减小单调增加 ,并在调制周期为 1.3nm时达到最高值 HV=2 9.0 GPa和 E=383.0 GPa,表明 (Ti,Al) N/ Al N纳米多层膜存在超硬度和超模量效应。

TiAlN/TiN纳米多层膜的微结构与力学性能

采用多靶反应磁控溅射制备了一系列TiAlN层厚固定,TiN层厚在一定范围内连续变化的不同调制结构的TiAlN/TiN纳米多层膜,并使用X射线衍射分析、扫描电子显微镜、纳米压痕仪和CETR-UMT-3型多功能摩擦磨损试验机对多层膜的微观结构和力学性能进行了表征和分析。研究结果表明:TiAlN/TiN纳米多层膜形成了周期性良好的成分调制结构,其中TiN层的插入并没有打断TiAlN层的柱状晶生长。在一定的调制周期下,TiN层和TiAlN层能够形成共格外延生长结构,多层膜呈现硬度异常升高的超硬效应,当TiN层厚约为1.6 nm时多层膜的硬度达到最大值50 GPa,并具有相比于TiAlN单层膜更低的摩擦系数。进一步增加TiN层厚,由于多层膜共格界面结构的破坏,多层膜的硬度随之降低。

AlN/SiO_2纳米多层膜的超硬效应与高温抗氧化性

采用反应磁控溅射法制备了一系列不同SiO_2层厚的AlN/SiO_2纳米多层膜,利用X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜、扫描电子显微镜和微力学探针表征了多层膜的微结构和力学性能,研究了多层膜微结构与力学性能随SiO_2层厚的变化,考察了AlN/SiO_2纳米多层膜的高温抗氧化性.结果表明,受AlN层晶体结构的模板作用,溅射条件下以非晶态存在的SiO_2层在厚度<0.6nm时被强制晶化为与AlN相同的六方结构赝晶体,并与AlN形成共格外延生长结构,多层膜相应产生硬度升高的超硬效应.SiO_2随自身层厚的进一步增加又转变为以非晶态生长,致使多层膜的外延生长结构受到破坏,其硬度也随之降低.高温退火研究表明,高硬度的AlN/SiO_2纳米多层膜的抗氧化温度为800℃,与AlN单层膜相当.SiO_2层的加入尽管能使多层膜获得较高硬度,但是并不能提高其抗氧化温度.

纳米级人工超晶格多层膜的X射线广角衍射分析

作者导出人工超晶格多层膜的X射线衍射的几何光学图 ,得出多层膜的Bragg方程 ,并讨论因装放样品而导致样品轴偏心的精细误差消除步骤 .用普通广角X射线衍射仪 ,在低角区得到纳米级单、多层膜的调幅波长 (厚度 )及周期 .

W/Mo纳米多层膜的界面结构与超硬效应

研究了W/Mo纳米多层膜的微结构及超硬效应。W/Mo纳米多层膜采用磁控溅射技术制备,并采用XRD、TEM和显微硬度计研究了薄膜的微结构和硬度。结果表明,W/Mo纳米多层膜形成多晶外延生长的超晶格结构;界面共格畸变使W,Mo两调制层的晶面间距随调制周期的减小而相互接近,在多层膜中形成交变应力场,从而使薄膜得到强化。

TiN／Si_3N_4纳米多层膜硬度对Si_3N_4层厚敏感性的研究

通过反应磁控溅射制备了一系列不同Si_3N_4层厚的TiN/Si_3N_4纳米多层膜,利用X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜、扫描电子显微镜和微力学探针表征了多层膜的微结构和硬度,研究了其硬度随Si_3N_4层厚微小改变而显著变化的原因．结果表明,在TiN调制层晶体结构的模板作用下,溅射态以非晶存在的Si_3N_4层在其厚度小于0．7nm时被强制晶化为NaCl结构的赝晶体,多层膜形成共格外延生长的{111}择优取向超晶格柱状晶,并相应产生硬度显著升高的超硬效应,最高硬度达到38．5 GPa．Si_3N_4随自身层厚进一步的微小增加便转变为非晶态,多层膜的共格生长结构因而受到破坏,其硬度也随之降低．

SiO_2层晶化对TiN/SiO_2纳米多层膜结构和性能的影响

采用多靶磁控溅射法制备了一系列具有不同SiO2调制层厚的TiN/SiO2纳米多层膜.利用X射线衍射,X射线能量色散谱、扫描电子显微镜、高分辨电子显微镜和微力学探针表征和研究了多层膜的生长结构和力学性能.结果表明,具有适当厚度(0.45-0.9nm)的SiO2调制层,在溅射条件下通常为非晶态,在TiN层的模板作用下晶化并与TiN层共格外延生长,形成具有强烈(111)织构的超晶格柱状晶多层膜;与此相应,纳米多层膜产生了硬度和弹性模量异常增高的超硬效应(最高硬度达45GPa).随着SiO2层厚度的继续增加,SiO2层转变为非晶态,阻断了多层膜的共格外延生长,使纳米多层膜形成非晶SiO2层和纳米晶TiN层的多层结构,多层膜的硬度和弹性模量逐渐下降.

TiN／Si_3N_4纳米晶复合膜的微结构和强化机制

采用高分辨透射电子显微镜对高硬度的TiN／Si3N4纳米晶复合膜的观察发现,这类薄膜的微结构与Veprek提出的nc-TiN／a-Si3N4模型有很大不同;复合膜中的TiN晶粒为平均直径约10nm的柱状晶,存在于柱晶之间的Si3N4界面相厚度为0．5-0．7nm,呈现晶体态,并与TiN形成共格界面．进一步采用二维结构的TiN／Si3N4纳米多层膜的模拟研究表明,Si3N4层在厚度约<0．7nm时因TiN层晶体结构的模板作用而晶化,并与TiN层形成共格外延生长结构,多层膜相应产生硬度升高的超硬效应．由于TiN晶体层模板效应的短程性,Si3N4层随厚度微小增加到1．0nm后即转变为非晶态,其与TiN的共格界面因而遭到破坏,多层膜的硬度也随之迅速降低．基于以上结果,本文对TiN／Si3N4纳米晶复合膜的强化机制提出了一种不同于nc-TiN／a-Si3N4模型的新解释．

Ti(C,N)复合膜和TiN/Ti(C,N)多层膜组织和显微硬度

采用非平衡反应磁控溅射的方法在Si(100)基片上沉积Ti(C,N)复合膜和不同调制周期、调制比的TiN/Ti(C,N)纳米多层薄膜。薄膜的微观结构和力学性能采用X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计进行表征。结果表明,Ti(C,N)复合膜的微观结构和力学性能与掺入C的含量有关;TiN/Ti(C,N)纳米多层膜的微观结构和力学性能与调制周期和调制比有关,其显微硬度在一定的调制周期和调制比范围内出现了超硬现象。Ti(C,N)、TiN/Ti(C,N)均为δ-NaCl面心立方结构;Ti(C,N)复合膜显微硬度提高是因为固溶强化,TiN/Ti(C,N)纳米多层膜硬度的提高主要是共格外延生长在界面处产生的交变应力场。

W/Mo超晶格薄膜的微结构研究

纳米多层膜因常出现物理或力学性能的异常而成为薄膜研究的热点之一。采用ＸＲＤ和ＴＥＭ技术研究了Ｗ／Ｍｏ纳米多层膜微结构。结果表明，Ｗ和Ｍｏ由于同为体心立方结构，且晶格常数相近，由它们交互重叠形成的纳米多层膜具有柱状晶穿过调制界面外延生长的结构特征，形成多晶超晶格结构。

电化学法制备组分调制纳米多层膜的研究现状

探讨了应用电化学电沉积法制备具有超晶格结构的纳米组分调制多层膜的原理,对比了恒电流和恒电位两种电化学手段对膜层微观结构的影响,并简述了阳极氧化法制备多层膜陶瓷材料的研究现状;同时介绍了XRD、STM等几种常用于表征纳米多层膜微观结构的现代测试方法,阐述了纳米多层膜的优异性能及应用前景.

纳米多层膜的硬度研究进展

由两种不同材料交替生长而成的纳米多层膜，其硬度出现增强现象，在调制周期一定范围内出现极大值。这一现象有理论研究意义和实际应用价值。综合评述了硬度增强理论和应用的研究结果，展望了未来的研究发展方向。

低转速下多弧离子镀制备的Mo-Ti-Al-N超晶格硬质涂层的微结构及背散射谱分析

目的研究低基片转速对纳米多层膜微结构和性能的影响。方法采用阴极多弧离子镀技术在单晶硅基片上沉积制备了MoTiAlN/MoN/Mo纳米复合结构涂层,借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、背散射谱(RBS)和纳米硬度计,分别对样品的物相、形貌、组分和硬度进行表征分析。结果 XRD显示不同转速下制备的涂层的物相结构主要为六角密排结构的Mo N和面心立方(Ti,Al)N,较高基片转速下涂层的结晶性较好。SEM和TEM图像证实,2 r/min基片转速下的目标涂层具有平均调制周期26 nm的Ti AlN/MoN超晶格结构,总厚度为1.15μm,且界面清晰。纳米显微硬度测试表明,低基片转速下,涂层硬度和杨氏模量分别达到(30±2)GPa和(500±30)GPa。结论不同能量的~7Li^(2+)离子卢瑟福背散射谱结合SIMNRA拟合程序,可定量评估该超晶格结构涂层的原子百分比、每个子层的物理厚度及调制周期,这为纳米多层膜的微结构表征提供了一种有效的分析手段。