激光熔覆Ti-Al-N复合涂层高温氧化及摩擦磨损性能

采用激光熔覆于TC4合金表面原位合成Ti-Al-N复合涂层,对比研究复合涂层及TC4基体的高温氧化行为及宽温域下的摩擦磨损性能。结果表明:复合涂层在800℃以下生成以TiO_(2)为主的多层膜,在900和1000℃下涂层氧化产物为TiO_(2)和Al_(2)O_(3)的混合氧化层,涂层表现出较好的抗高温氧化性能;由于氧化膜增厚及涂层中分布的Ti_2AlN自润滑相的作用,800℃时涂层摩擦因数降至0.2091,磨损率降至0.025×10^(-4)mm^3·N^(-1)·m^(-1)是TC4钛合金基体的1.43%。复合涂层在测试温度区间以磨粒磨损为主,高温条件下氧化物具有明显的润滑作用。

Al/N共掺杂TiO_(2)薄膜的制备及光学性能

采用溶胶-凝胶旋涂法(Sol-Gel Spin-Coating Method)制备了Al掺杂量为3.00at%,N掺杂量分别为6.00at%,7.00at%,8.00at%和9.00at%的Al/N共掺杂TiO_(2)薄膜样品。对样品测试的结果表明,共掺杂样品依旧保留了TiO_(2)的基本结构,并且Al/N共掺杂样品的晶粒尺寸有不同程度的减小,使样品表面得以修饰,变得更加均匀、平整。共掺杂样品吸收边都出现了不同程度的红移,在紫外光区以及可见光区的吸光性都有所增强。N掺杂量为7.00at%时,(101)衍射峰值最大,峰型最尖锐,所得到的TiO_(2)薄膜的光学性能最好。共掺杂后的样品与本征TiO_(2)相比带隙值都有所减小,且最小值为2.873 eV。以上结果表明Al/N共掺杂TiO_(2)薄膜使其光学性能得到了改善。

磁控溅射Ti-Al-N复合膜的摩擦磨损性能分析

采用真空磁控溅射技术的方法制备了不同Al质量分数的Ti-Al-N薄膜,分别研究了室温及高温下不同Al质量分数的Ti-Al-N薄膜的摩擦磨损性能.研究结果表明,Al质量分数和温度都对薄膜的摩擦磨损性能产生较大的影响.室温时,当Al质量分数为49.97%时,薄膜的平均摩擦系数最小,为0.772 3;高温条件下,薄膜的摩擦系数显著低于室温条件下,当Al质量分数为39.51%时,平均摩擦系数最小,为0.379 2.

(Ti,Al)N涂层的微观组织和性能

采用EPMA、XRD、SEM、TEM、HR-TEM、EDX、纳米压痕、氧化实验和切削实验研究了磁控溅射在硬质合金基体上沉积TiN涂层和(Ti,Al)N涂层的微观组织结构和性能。结果表明:TiN涂层晶粒为喇叭口柱状晶,(Ti,Al)N涂层为面心立方平直柱状晶,由于固溶了Al元素,(Ti,A l)N涂层呈(200)面择优生长;(Ti,Al)N涂层在硬质合金基体上无外延生长;(Ti,Al)N涂层在800℃氧化后形成Al2O3/TiO2/(Ti,Al)N的分层结构;(Ti,Al)N涂层具有更高的硬度和更好的切削性能。

Al含量对(Ti,Al)N涂层结构性能的影响

(Ti,Al)N是20世纪80年代未期在TiN基础上发展起来的一种新型多元涂层材料。由于加入Al元素,(Ti,Al)N不但硬度、耐磨性优于TiN,而且大大改善了涂层的抗高温氧化性能。综述了Al元素在(Ti,Al)N涂层中的作用机理,以及Al含量对(Ti,Al)N涂层的晶体结构、抗高温氧化、硬度和耐磨性的影响。指出当Ti和Al的比例近似为1:1时,(Ti,Al)N涂层将获得优越的综合使用性能。

射频磁控溅射(Ti,Al)N薄膜性能的研究

采用射频磁控溅射,用Al靶和Ti靶同时溅射沉积(Ti,Al)N薄膜。研究表明:不同Al靶功率沉积的薄膜中始终存在面心立方结构(B1型),当Al靶功率大于250 W薄膜中面心立方结构(B1型)和六方结构(B4型)共存。随Al成分的增加,B1型结构晶格常数减小,薄膜择优取向由B1型(111)向B4型(002)转变。薄膜表面随Al靶功率增加分别呈岛状、纤维状和柱状增长。(Ti,Al)N薄膜的硬度随Al靶功率的增加呈上升趋势。等离子体发射光谱分析显示,在相同工艺条件下Al靶比Ti靶先进入非金属态溅射模式,导致在相同功率下Al溅射速率低于Ti溅射速率。

电弧离子镀梯度(Ti，Al)N薄膜的结构与抗氧化性能

采用电弧离子镀(AIP)技术在航空发动机压气机用1Cr11Ni2W2MoV不锈钢上沉积(Ti,Al)N梯度薄膜,并研究其微观结构和高温抗氧化性能。结果表明,薄膜均匀致密,与基体结合良好;薄膜为B1型(NaCl)单相结构,具有(220)择优取向;薄膜是内层富TiN、外层富(Ti,Al)N的梯度薄膜;梯度薄膜在700℃和800℃氧化后,表层形成富Al2O3的保护膜,在700℃较长时间内和800℃短时间内对不锈钢基体具有良好的保护作用。

磁控双靶反应共溅射(Ti,Al)N薄膜的研究

采用磁控双靶反应共溅射技术制备出了(Ti0.5Al0.5)N耐磨硬质薄膜,其显微硬度高于35GPa,摩擦系数小于0.18。实验结果表明当N2流量较低时,(Ti,Al)N薄膜结构和性能随N2流量变化明显;当N2流量较高时,薄膜结构和性能变化缓慢。等离子体发射光谱仪(PEM)对磁控反应溅射过程监测结果表明,钛铝原子与氮原子反应存在一个临界点,低于临界点,磁控反应溅射为金属态溅射模式,高于临界点,磁控溅射向非金属态溅射模式转变,溅射速率降低。

PVD法制备(Ti,Al)N涂层中残余应力对其质量的影响

在国产离子镀和空心阴极离子镀复合镀膜机上,通过改变脉冲偏压值制备了(Ti,Al)N涂层。用X射线衍射仪对涂层的相组成进行了检测分析,并通过测得的衍射谱线计算了(Ti,Al)N涂层中的残余应力值;扫描电镜观察涂层表面微观形貌显示涂层表面存在"大颗粒"现象;用材料表面微纳米力学测试系统检测了涂层与基体间的结合力和涂层的硬度值。对涂层中残余应力与质量和性能之间关系的研究分析表明:(Ti,Al)N涂层中存在着残余压应力,且随脉冲偏压值的增加其值有先减小后增大的趋势;涂层中"大颗粒"现象随脉冲偏压值的提高能够显著得到减轻,涂层与基体间结合力得到提高,涂层的硬度值增大,涂层质量和力学性能均得到改善。

直流磁控溅射沉积（Ti，Al）N膜的研究

研究了用直流磁控反应性溅射法在Ａｒ＋Ｎ２气氛中沉积（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ膜的工艺。（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ膜具有比ＴｉＮ膜高的耐磨性、硬度和高温抗氧化性。ＡＥＳ深度分析表明，由Ａｌ的选择性氧化形成的Ａｌ２Ｏ３保护层，是（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ膜具有优良高温抗氧化性能的原因．

SiC颗粒增强铝基复合材料基材上制备(Ti,Al)N涂层的研究

利用电弧离子镀技术在SiCp/2024Al基体上制备(Ti,Al)N涂层.研究了偏压对涂层的相组成、晶格常数和成分的影响及不同过渡层对涂层与基体结合性能的影响.结果表明,在较小偏压下, (Ti,Al)N涂层呈(111)择优取向;偏压在-150 V时,涂层无择优取向;但随偏压继续升高,出现(200)和(220)择优取向.在添加Ti过渡层时,涂层与基体形成致密均匀的良好结合.同时通过设计梯度涂层,获得了厚度达105μm的无裂纹(Ti,Al)N涂层.

电弧离子镀(Ti,Al)N复合薄膜的结构和性能研究

利用电弧离子镀设备在1Cr11Ni2W2MoV不锈钢基体表面沉积了不同成分的(Ti1-xAlx)N薄膜;X射线衍射分析表明,x在0-0.5之间时,薄膜是B1型(NaCl)单相结构;x=0.64时,同时出现B1和B4型(ZnS)两种相结构,x≥0.79时,只出现B4型结构;随着Al含量的增加,晶格常数减小,B1结构的薄膜择优取向由(111)向(220)转变.力学性能测试表明,适当Al含量可以提高薄膜的硬度、膜基结合强度及抗磨损性能; B1结构(Ti,Al)N薄膜的氧化实验表明,随着Al含量的增加,薄膜抗氧化性能显著提高.

添加Y对炮钢表面电弧离子镀(Ti,Al)N薄膜氧化性能的影响

利用电弧离子镀技术,在炮钢表面沉积TiAlN和TiAlYN两种薄膜,研究添加1%(原子分数)Y对(Ti,Al)N薄膜氧化性能的影响。两种沉积薄膜的样品在空气中850℃下氧化10h,用SEM、EDAX和XRD分别分析两种薄膜的形貌、成分及相组成。结果表明,在空气中850℃下氧化10h后,两种薄膜的氧化产物均为Al2O3和TiO2的混合氧化物;TiAlN薄膜的动力学曲线呈近似直线规律,而TiAlYN薄膜动力学曲线符合抛物线规律;前者表面氧化物晶粒粗大,而后者表面氧化物晶粒细小,且氧化膜厚度不足前者的一半;添加Y可以减少膜层表面液滴的数量,提高膜层的抗氧化性能。

多弧离子沉积（Ti，Al）N薄膜的结构与形貌

对在多弧离子镀膜机上采用Ｔｉ／Ａｌ机械复合靶沉积出（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ膜的组织形貌与结构进行了分析，结果表明，（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ膜具有（１１１）晶面的择优取向，仍保持着ＴｉＮ的结构特征，但（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ晶面间距小于ＴｉＮ的晶面间距．没有ＡｌＮ相出现，这是ＴｉＮ相优先于ＡｌＮ相形成的缘故。（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ薄膜上分布有针孔和三种不同形貌液滴颗粒。

反应磁控溅射法制备(Ti,Al)N薄膜的力学性能

采用镶嵌靶反应磁控溅射技术,通过调节氮分压及基体偏压在M2高速钢基体表面制备了一系列耐热的(Ti,Al)N硬质薄膜,并用XRD,EDS及纳米压入法、划痕法等方法研究了(Ti,Al)N薄膜的成分、相结构与力学性能的关系。结果表明,氮分压和基体偏压对(Ti,Al)N薄膜取向及Ti、Al、N原子含量有明显影响,从而导致薄膜硬度及膜基结合性能发生变化。研究中,在氮分压为33.3×10-3Pa、基体偏压为-100V时制备的(Ti,Al)N薄膜力学性能最优,其纳米硬度为43.4GPa,达到40GPa超硬薄膜的要求。

TiN涂层电化学腐蚀行为研究 Ⅱ.添加Al对TiN涂层保护性能与失效机制的影响

利用电化学方法以及扫描电镜 (SEM)、扫描隧道显微镜 (STM )技术等 ,研究了添加Al对离子镀TiN薄膜涂层在 0 5mol/LNaCl和 1mol/LH2 SO4溶液中的保护性能和失效机制的影响 ,发现铝的添加使TiN涂层在中性和酸性溶液中的耐蚀性能明显改善 .

Al-N共掺杂ZnO电子结构和光学性质

基于密度泛函理论的第一性原理,分析了Al-N共掺杂ZnO的电子结构和光学性质。计算了Al-N复合体共掺ZnO的结合能,发现Al-N复合体可以在ZnO中稳定存在,因此Al-N共掺可以提高N在ZnO的固溶度。研究表明：N掺杂ZnO体系,由于N-2p和Zn-3d态电子轨道杂化作用,在费米能级附近引入深受主能级,价带顶和导带底发生位移,导致禁带宽带变窄。而Al-N共掺杂体系,适当控制Al和N的比例,克服了N单掺杂时受主间的相互排斥,降低了受主能级,对改善ZnO的p型掺杂有重要意义。在Al-N共掺ZnO中,Al的引入,导致共掺体系的禁带宽度减小,吸收带边红移,实验现象证实了这一结果。

脉冲偏压对(Ti，Al)N／TiN／(Ti，Al)N多层复合涂层成分和硬度的影响

采用脉冲偏压多弧离子镀技术在Hss-Al高速钢上涂镀(Ti,Al)N/TiN(/Ti,Al)N多层复合涂层。所用设备为复合八阵弧离子镀膜生长系统。简要介绍了多层复合膜的镀层工艺过程。鉴于复合涂层中的Al含量对涂层的性能特别是抗磨损性能有极重要的影响,实验中重点考察了脉冲偏压幅对Al含量的影响。同时测试了复合涂层的Vickers硬度与偏压幅值的关系。研究结果得出,随着脉冲偏压幅值的增加,涂层中Al含量先增加,然后减少,偏压幅值为-150V时,Al含量高达36.41at%;偏压幅与涂层显微硬度的关系有相似的规律,在偏压幅值为-150V时,7层复合膜的Vickers硬度达2750MPa左右,10层复合膜的硬度约2880MPa。

A1含量对(Ti,Al)N膜结构性能影响的研究进展

综述了Al元素在(Ti,Al)N膜中的作用机理和Al含量对(Ti,Al)N膜结构、抗高温氧化、硬度、耐磨性、结合强度等的影响,指出了(Ti,Al)N膜的发展方向。

氮气流量、基体温度对反应溅射(Ti,Al)N成膜影响

采用反应直流磁控溅射的方法 ,通过控制基体温度和N2 /Ar流量比 ,在WC 6%Co基体表面上成功地制备了 (Ti,Al)N薄膜。用AFM、XRD、显微硬度测试仪对薄膜的显微形貌、成分、显微硬度进行了测试。结果表明 ,在N2 /Ar流量比较低时薄膜存在明显的(Ti ,Al)N的 ( 111)织构 ,随着N2 /Ar流量比的增大 ,这种 ( 111)织构逐渐变弱 ,薄膜显微形貌发生较明显的变化 ,显微硬度也随之变化 ;N2 /Ar流量比超过某一门槛值时不能生成 (Ti,Al)N ;在一定范围内 ( 2 5 0～ 40 0℃ ) ,温度对薄膜质量的影响不是很明显。