靶电流对高功率脉冲磁控溅射WS_(2)-Ti固体润滑涂层微观组织及力学性能的影响研究

过渡金属硫化物涂层的耐磨性能与其微观结构、力学性能有关,而其结构与溅射能量有关。高能脉冲磁控溅射(HiPIMS)具有离化率高和沉积能量高的特性,其沉积能量受控于靶电流。采用HiPIMS技术,通过改变Ti靶电流制备了WS_(2)-Ti涂层,并利用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪和纳米压痕仪表征涂层的微观组织结构和力学性能。分析结果表明,采用HiPIMS制备WS_(2)-Ti涂层可以有效细化晶粒并抑制其柱状生长,所制备的涂层结构致密且以非晶态为主;随着靶电流的增加,可进一步细化WS_(2)-Ti涂层晶粒,提高其致密度;涂层硬度随靶电流的增大呈先上升再下降的趋势,而其约化弹性模量先下降再上升;相应塑性因子H/E_(r)和H_(3)/E_(r)^(2)先变大后变小,在靶电流为50A时达到最高。

Cr靶电流对Cr改性类石墨薄膜摩擦磨损性能的影响

采用闭合场非平衡磁控溅射离子镀设备,在不同Cr靶电流参数下制备Cr改性类石墨薄膜,测试了薄膜的硬度、结合强度、摩擦系数和比磨损率,采用扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察薄膜的显微结构.结果表明:改变Cr靶电流不仅能够改变薄膜的化学成分,而且能够改变薄膜的显微结构;随着Cr靶电流增加,薄膜的断口出现纤维状结构,并逐渐发展为柱状结构;Cr的加入使得类石墨薄膜形成周期性层状结构;在干摩擦条件下,随着Cr靶的电流增加,GLC膜的摩擦系数先减小而后增大;当载荷较小时,薄膜的比磨损率随Cr靶电流的增加而增大,载荷较大时薄膜的比磨损率变化不大.化学成分和显微结构的变化引起GLC膜硬度和韧性的变化,从而改变了薄膜的摩擦磨损性能.

靶电流对TiAlN/TiN复合膜组织及硬度的影响

采用多弧离子镀技术在40Cr基体上制备TiAlN/TiN复合膜层,通过金相显微镜、扫描电镜和显微硬度仪研究靶电流对膜层表面形貌、沉积率及硬度的影响。结果表明:靶材电流对膜层组织和硬度有显著影响,电流越高膜层表面越不平整,显微硬度随靶材电流的升高先上升后降低。靶电流越高,膜层中Ti、Al原子的含量就越高。

不同Ti靶电流对Ti掺杂类石墨碳膜的结构和性能的影响(英文)

利用磁控溅射的方法成功制备Ti掺杂类石墨碳(Ti-GLC)膜。采用拉曼光谱、X射线光电子谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、纳米压痕仪和球盘式摩擦机分别表征不同Ti靶电流下制备的Ti-GLC膜的成分、结构和性能。随着Ti靶电流的增加,薄膜中sp2键的比率和Ti含量增加,同时薄膜的硬度和内应力也增大,但较高的Ti靶电流将会促使薄膜产生鳞片状结构从而使其变疏松。较少的Ti掺入量可以降低GLC膜的干摩擦因数,纯GLC膜在水润滑条件下的摩擦因数最低。在较低Ti靶电流下制备的Ti-GLC膜在干摩擦及水润滑条件下均具有较高的抗磨性能。

靶电流对磁控溅射类石墨镀层组织与性能的影响

利用非平衡磁控溅射技术在铝合金表面制备了类石墨镀层,分析了碳靶电流对镀层组织、硬度、结合强度以及摩擦系数的影响。结果表明:碳靶电流在1.2~1.8 A内,电流越小,镀层越致密。随着碳靶电流的增大,镀层硬度先增加后降低,并在1.5 A时达到最大值226 HV0.025。结合强度、摩擦系数随碳靶电流的增加而降低;碳靶电流为1.8 A时,摩擦系数达到最小值0.2。

多弧离子镀靶电流对膜层形貌与性能的影响

采用渗氮与多弧离子镀复合技术,在不同靶电流条件下制备Ti0.33Al0.67N膜层,分析靶电流对膜层形貌、膜层厚度、结合力及显微硬度等性能的影响。得出靶电流设计范围内存在一个最佳值,以获得膜层最优性能。

石墨靶电流对类石墨镀层摩擦性能的影响

用非平衡磁控溅射离子镀技术制备含铬类石墨镀层,研究了石墨靶电流对磁控溅射法制备类石墨镀层摩擦性能的影响。通过扫描电镜、原子力显微镜、透射电镜等分析了镀层的表面形貌与组织。结果表明:所制备镀层的硬度随着石墨靶电流的升高而增加;镀层的摩擦系数和比磨损率随靶电流的增大呈现先降后升的趋势;扫描电镜和原子力显微镜图片分析表明镀层表面呈典型的岛团状聚集态,且随着石墨靶电流增大,镀层表面岛团状尺寸变大、镀层表面粗糙度随之增大。用高分辨透射电镜分析显示:靶电流较小时碳层中出现Cr元素富集区,随着石墨靶电流的增大,表面层中的Cr弥散分布。

Cr靶电流对磁控溅射C/Cr复合镀层性能和结构的影响

使用闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术制备了C/Cr复合镀层,并研究了Cr靶电流对C/Cr复合镀层摩擦学性能的影响规律。采用XPS检测了C/Cr复合镀层的化学成分,采用XRD分析了镀层的晶相结构,采用SEM观察了镀层的表面和断口形貌。实验结果表明:使用较小的Cr靶电流能改善镀层表面质量,降低镀层摩擦系数;Cr靶电流过大时,镀层的性能明显下降。

Al靶电流对复合离子镀TiAlCN薄膜组织结构与性能的影响

TiAlCN集TiAlN和TiCN优良特性,作为一种新型硬质薄膜材料具有重要应用,目前研究主要集中在单一工艺下薄膜的组织结构和力学性能,对于薄膜耐蚀性的研究鲜有报道。通过复合离子镀技术制备了一系列TiAlCN薄膜,着重研究了Al靶电流对薄膜组织结构与性能的影响规律。结果表明:不同Al靶电流下制备的TiAlCN薄膜表面光滑、平整,组织结构致密,适当增大靶电流可使薄膜表面颗粒、凹坑及针孔等缺陷数量减少,表面形貌得到改善; TiAlCN薄膜形成fcc-TiN型(Ti,Al)(C,N)相为主的多相混合结构,且随着Al靶电流的增大,薄膜发生生长取向的转变; TiAlCN薄膜的平均硬度与弹性模量随Al靶电流的升高先增大后减小,在靶电流60 A时达到最大值,分别为36.8 GPa和410 GPa,显著高于SS304的4.8 GPa和150 GPa; SS304表面镀覆TiAlCN薄膜后其自腐蚀电位上升,自腐蚀电流密度减小,随着Al靶电流的增加,薄膜的耐腐蚀性能逐渐提高,靶电流为60 A所得薄膜的自腐蚀电流密度和极化电阻分别为0.129μA/cm^2和430.500 kΩ·cm^2,腐蚀速率最小,具有良好的耐腐蚀性能。

靶电流对掺钨类金刚石膜的结构与摩擦学行为的影响

利用真空阴极电弧+磁控溅射+阳极层条形离子源制备了带梯度过渡层的掺钨类金刚石(DLC)膜,并研究了靶电流对掺钨DLC膜结构和性能的影响,结果表明:制备的掺钨DLC膜光滑致密,表面存在1~2μm的液滴。靶电流不大于3.5A时,随着靶电流的增加,掺钨DLC膜的钨含量逐渐增加,但sp3的含量基本不变;靶电流为5A时,制备的薄膜成分接近WC的理想化学计量比,薄膜中的sp3含量增加到48%。当靶电流不大于2A时,靶电流对掺钨DLC膜的显微硬度和摩擦系数影响较小;在高的靶电流条件下,掺钨DLC膜的显微硬度和摩擦系数随着靶电流的增加而明显增大。

磁控溅射C靶电流对Cr/C和Cr/C/N复合镀层组织和性能的影响

利用控溅射技术,通过改变溅射C靶电流工艺参数,在45#钢上制备出Cr/C和Cr/C/N复合镀层。用能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)检测镀层的微观组织;用HX-1000型维氏显微硬度计、球-盘摩擦磨损试验机(POD)、光学显微镜(OM)测试镀层的力学性能。结果表明:随C靶电流增加,镀层微观结构都变得更加均匀和致密,硬度在变大,韧性在提高,耐磨性明显提高;所获C电流为1.2A的镀层有优异的摩擦磨损性能;Cr/C/N镀层综合力学性能优于Cr/C镀层。

靶电流密度对热丝增强等离子磁控溅射制备Cr_2N薄膜结构与性能的影响

采用等离子体增强平衡磁控溅射技术在316L奥氏体不锈钢基体表面制备了不同靶电流密度条件下的Cr_2N薄膜,并检测分析了靶电流密度对薄膜表面形貌、相结构、力学性能、膜基结合力和摩擦磨损性能的影响。结果表明,薄膜呈致密柱状结构,以Cr_2N(111)择优取向为主。当靶电流密度为0.132 mA/mm^2时,WN相与Cr_2N并存;随着靶电流密度的增加,薄膜厚度逐渐增加,硬度、弹性模量略有下降,膜基结合增强。薄膜与基体结合处呈脆性失效。靶电流密度0.132 mA/mm^2时,最高薄膜硬度及模量分别为33及480GPa,且磨损量最小。靶电流密度0.264mA/mm^2时,最大膜机结合力为36.6N。经过镀Cr_2N薄膜后,试样表面硬度、耐磨性明显提高。

铝靶电流对TiAlN薄膜组织结构与性能的影响

采用非平衡磁控溅射离子镀技术在YG6硬质合金表面沉积Ti Al N薄膜,研究Al靶的溅射电流对TixAl1-xN薄膜组织结构与性能的影响。利用X线衍射仪、扫描电子显微镜和显微硬度仪等分析仪器对制备的TixAl1-xN薄膜的相结构、表面形貌和显微硬度进行测试分析。测试结果表明:膜层中存在Ti3Al N、Al N相,且Ti3Al N沿(220)晶面择优取向。SEM测试表明,随Al靶功率的提高,膜层晶粒结构变得更致密。显微硬度仪测得薄膜平均硬度最高可达2 980 HV。

碳靶电流对磁控溅射GLC/Ti薄膜结构及摩擦学性能的影响

为改善掺杂Ti的GLC/Ti薄膜的摩擦学性能,采用非平衡磁控溅射技术在不同C靶电流下制备了类石墨碳基薄膜。利用扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱仪(Raman)对薄膜结构进行表征;采用纳米压痕仪测量薄膜的硬度及弹性模量;利用HSR-2M型高速往复试验机测试薄膜在干摩擦条件下的摩擦磨损性能,并用白光干涉仪观察磨痕表面形貌。结果表明:随着C靶电流的增大,薄膜的柱状生长趋势日趋明显,其致密性降低,sp2键含量减小,石墨化程度和结合力降低,而硬度和弹性模量略增;随着C靶电流的增大,摩擦因数和磨损率均增大。因此,适当降低C靶电流可以提高磁控溅射GLC/Ti薄膜干摩擦条件下的减摩耐磨性能。

碳靶电流对掺铬类石墨镀层结构和性能的影响研究

目的采用物理气相沉积磁控溅射方法,通过控制碳靶电流改变掺铬类石墨镀层的碳含量,在高速钢基体上制备不同厚度的掺铬类石墨镀层,以探究碳含量对掺铬类石墨镀层结构和性能的影响。方法采用压痕法和划痕法对镀层的膜基结合强度进行评价。采用维氏显微硬度计对镀层的硬度进行分析。采用ST-2258A四探针测试仪测量镀层的电导率。使用扫描电子显微镜对镀层的微观结构进行分析。使用摩擦磨损仪对镀层的摩擦学性能进行探究。结果随着碳靶电流的增加,掺铬类石墨镀层的截面柱状化现象越来越明显,表面团簇颗粒直径越来越大。碳靶电流为1 A时,镀层的截面形貌为细晶团簇结构;碳靶电流为3 A时,镀层截面产生柱状结构。镀层的复合硬度随着镀层碳靶电流的增加逐渐增大,在碳靶电流为3 A时,镀层的维氏硬度最大,为436HV。随着碳靶电流增加,镀层电导率逐渐上升。结论随着碳靶电流的增大,镀层致密度逐渐下降,镀层的电导率逐渐增加,镀层的摩擦系数逐渐减小,适当的碳靶电流能使类石墨镀层在功能化与力学性能上达到最佳效果。

Ti靶电流对CrTiAlN涂层摩擦磨损性能的影响

在不同Ti靶电流下,采用非平衡磁控溅射技术在SDC99冷作模具钢表面制备CrTiAlN涂层。采用X射线衍射仪、原位纳米力学测试系统和摩擦磨损试验机等测试分析了Ti靶电流对涂层的相结构、力学性能及摩擦磨损性能的影响。结果表明:随着Ti靶电流的增加,涂层的厚度及Ti含量呈非线性增加,涂层的纳米硬度与弹性模量分别增至26.08与302.86 GPa,Cr(Ti,Al) N涂层均为单相fcc结构;在Ti靶电流4 A下沉积的涂层的摩擦磨损性能最好,干摩擦因数和磨损率分别为不含Ti涂层的69.77%和65.31%;油磨26 h后磨损率为不含Ti涂层的25.67%,磨损机制为磨粒磨损与疲劳磨损的综合。

靶电流对磁控溅射涤纶织物色牢度的影响

采用磁控溅射镀膜技术制备涤纶织物薄膜,探讨靶电流对Cu、Ti、Ss薄膜织物的各项色牢度的影响,比较了3种薄膜织物的色牢度。结果表明:3种薄膜织物的各项色牢度均随着靶电流的增大而呈现上升趋势,当靶电流为6 A时,Cu、Ti、Ss薄膜织物的各项色牢度值均达到最佳,其色牢度大小顺序为Ti薄膜织物>Ss薄膜织物>Cu薄膜织物。

双级HPPMS靶电流对TiN镀层微观结构及耐蚀性的影响

为了解决传统高功率脉冲磁控溅射(HPPMS)平均沉积速率低的问题,研究提出一种新型的双级HPPMS技术,即在一个脉冲周期内具有两个连续的、独立可调的脉冲阶段。通过对双级HPPMS电场的合理调配,可制备得到结构致密的TiN镀层,研究了双级HPPMS靶电流对TiN镀层微观结构及耐蚀性的影响。结果表明,当靶电流增大至20 A时,靶面形貌由小凹坑转变为大面积凹坑,说明镀料粒子的脱靶方式由碰撞溅射转变为升华或蒸发。同时,当靶电流为10 A时,镀层颗粒呈现三棱锥状结构,平均晶粒尺寸为11 nm;当靶电流增大至25 A时,镀层颗粒呈现光滑致密的圆胞状结构,平均晶粒尺寸为18 nm,光滑致密的组织结构使镀层具有较好的耐蚀性。

双脉冲磁控溅射峰值靶电流密度对TiN薄膜结构与力学性能的影响

自主研发了双脉冲磁控溅射技术,提出在一个脉冲周期内电流呈阶梯式上升的双脉冲电场设计理念,通过对2个脉冲阶段持续时间和峰值靶电流密度的调配,既满足提高镀料粒子动能与离化率以制备高性能薄膜的工艺要求,又达到增加脉冲持续时间以提高薄膜沉积速率的效能目标。采用双脉冲磁控溅射技术,在后期脉冲阶段的不同峰值靶电流密度下制备4组TiN薄膜,研究了峰值靶电流密度对薄膜微观结构和力学性能的影响。结果表明,将峰值靶电流密度提高至0.87 A/cm^2时,所制备的TiN薄膜呈现出颗粒细小且致密的组织,平均晶粒尺寸为17 nm。同时,薄膜的显微硬度和膜基结合力可分别达29.5 GPa和30.0 N。

Ti靶电流对CrTiAlN镀层组织结构及硬度的影响

利用磁控溅射技术在高速钢和单晶硅基体上沉积CrTiAlN梯度镀层,研究Ti靶电流对CrTiAlN镀层组织、相结构及硬度的影响。利用EDS、XRD和SEM分析镀层的成分、相结构及形貌,采用显微硬度计测量镀层的硬度。结果表明:随着Ti靶电流的增大,镀层中的Ti原子逐渐置换CrN中的Cr原子形成Cr-Ti-N体系,同时出现少量的TiN相;镀层生长的择优取向由(111)晶面逐渐转变为(200)晶面;镀层柱状晶的结构更为致密,其表面形貌由三棱锥结构逐步变为胞状结构;随Ti靶电流的增大,镀层硬度逐渐由1267HV升至1876HV。