Si掺杂对Al-Ti-N涂层的结构、力学性能和抗氧化性能的影响

采用阴极弧蒸发技术在Al2O3、低合金钢和硬质合金刀片上沉积Ti与Al原子比相近的Al-Ti-N和Al-Ti-Si-N涂层,借助X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、纳米压痕、划痕实验和氧化实验,研究Si掺杂对Al-Ti-N涂层的结构、力学性能和抗氧化性能的影响。结果表明:Al-Ti-N涂层为以立方为主的立方和六方的两相结构,Si掺杂可降低TiN中Al的固溶度,使涂层转化为以六方为主的六方和立方的两相结构;Si的加入导致涂层硬度由34.5 GPa降到28.7 GPa;Si掺杂引起涂层的应力增加,从而导致涂层与基体的结合强度降低;Al-Ti-N涂层的抗氧化性能随Si的加入而显著改善,抗氧化温度提高到1 000℃以上。

磁控溅射镀膜技术在(Cr,Ti,Al)N涂层上的应用

过渡金属氮化物硬质涂层在切削刀具、精密模具和机械零部件等领域有着广泛的应用。随着切削技术的进步和难加工材料的增多,硬质涂层已由传统的二元涂层向着三元、四元涂层不断发展。(Cr,Ti,Al)N四元涂层因其优异的综合性能而备受研究人员的关注。本文从磁控溅射镀膜的基本原理和技术特点出发,介绍了制备(Cr,Ti,Al)N涂层常见的磁控溅射镀膜技术,分析了采用单质靶与合金靶沉积镀膜的效果及其各自的优缺点,研究了磁控溅射工艺参数对(Cr,Ti,Al)N涂层机械性能的影响,最后讨论了(Cr,Ti,Al)N梯度涂层的作用及其制备方法。本文可为设计(Cr,Ti,Al)N涂层制备工艺、改善(Cr,Ti,Al)N涂层性能提供理论参考与指导。

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。

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.

纳米复合涂层技术的最新发展与思考

本文介绍了纳米复合涂层技术的发展,介绍了Ti-Al-N纳米复合硬质涂层技术的最新进展,就该类涂层在精密模具加工刀具和精密汽车配件加工刀具上的应用及其在中国制造业发展中的作用和意义做出了评述。

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 .

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.

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。

(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。

Si含量对Ti-Al-Si-N薄膜微结构与力学性能的影响

采用多靶反应磁控溅射技术制备了一系列不同Si含量的Ti-Al-Si-N复合膜。采用能谱仪、X射线衍射仪、三维轮廓仪、原子力显微镜和显微硬度仪对薄膜进行表征,研究了Si含量对Ti-Al-Si-N复合膜微结构和力学性能的影响。结果表明:用Ti0.33 Al0.67合金靶制备的Ti-Al-N复合膜呈双相共存结构(fcc+hcp),Si的加入,促进了六方相的生长,细化了晶粒,降低了表面粗糙度。随着Si含量的增加,Ti-Al-Si-N复合膜的硬度逐渐增大,在Si含量为16.69 at%时,达到最大硬度32.3 GPa,继续增加Si含量,薄膜硬度降低。

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。

(Ti,Al)N镀层的结构及氧化行为

介绍了一种新型防护镀层—— (Ti,Al)N镀层 .镀层中铝含量对薄膜的化学成分、微观结构 (相组成， 结构取向， 致密性等 )、力学性能及抗氧化性能的影响明显 .综合 (Ti1－ xAlx)N薄膜的力学性能和抗氧化性能得出， 铝含量大于 25％时， 可得到性能较优的薄膜 .

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。

Al、Ti共掺杂CrN基镀层的结构调变和摩擦学性能

利用闭合场非平衡磁控溅射技术在高速钢基体上制备具有不同结构的CrAlTiN镀层,采用XRD、SEM等手段对镀层微观组织结构进行了分析,并测试了其力学性能和摩擦学性能。结果表明:与传统的硬质镀层CrN、TiN相比,掺杂Al和Ti元素后的四元CrAlTiN镀层,无论形成多层结构,还是共沉积复合结构,都具有良好的力学性能和低的摩擦系数以及高耐磨损性能。

真空阴极电弧沉积(Ti,Al)N薄膜的应用研究

为了提高TiN涂层刀具的耐磨性 ,采用钛铝合金靶 ,以真空阴极电弧沉积法制备了(Ti,Al)N涂层。对膜层形貌成分、组织结构及硬度进行了测试及研究 ,并试验了 (Ti,Al)N涂层高速钢钻头及YG6硬质合金刀具的使用寿命。结果表明 :(Ti ,Al)N涂层硬度高达HV0 .1,15370 0 ,(Ti,Al)N涂层使高速钢钻头及YG6硬质合金刀具的使用寿命显著提高。

Ti-Al-N薄膜的性能及应用

利用多弧离子沉积技术在 W18Cr4V高速钢表面沉积 (Ti,Al) N薄膜 ,实验结果表明 (Ti,Al) N薄膜的硬度和抗氧化性能明显优于 Ti N薄膜 ,(Ti,Al) N膜层刀具的寿命大大高于 Ti

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．

PCVD制备Ti_(1-x)Al_xN硬质薄膜的结构与硬度

用直流等离子体增强化学气相沉积(PCVD)方法获得了Ti_(1-x)Al_xN硬质薄膜;考察了Al含量x及高温退火对薄膜微观结构转变过程及其硬度的影响.结果表明,制备的Ti_(1-x)Al_xN薄膜由3—10nm晶粒组成.随Al含量x增加,薄膜硬度升高,x超过0.83时,硬度开始急剧下降;结构分析证实x小于0.83,Ti_(1-x)Al_xN薄膜是固溶强化;x=0.83,薄膜中出现六方氨化铝相(h—AlN).热稳定性实验表明,Ti_(1-x)Al_xN薄膜的纳米结构和硬度在N_2环境下可以维持到900℃.

射频反应溅射(Al,Ti)N涂层的微结构与力学性能

采用Al-Ti镶嵌复合靶在不同氮分压下制备了一系列(Al,Ti)N涂层,并采用EDS,AFM,XRD,TEM和微力学探针表征了涂层的沉积速率、化学成分、微结构和力学性能,研究了氮分压对涂层的影响。结果表明,氮分压对(Al,Ti)N涂层影响显著:合适的氮分压可以得到化学计量比的(Al,Ti)N涂层,涂层为单相组织,并呈现(111)择优取向,最高硬度和弹性模量分别达到36.9GPa和476GPa。过低的氮分压不但会造成涂层贫氮,而且涂层中的Al含量偏低,硬度不高。氮分压过高,由于存在“靶中毒”现象,尽管涂层的成分无明显变化,但会大大降低其沉积速率,并使涂层形成纳米晶或非晶态结构,涂层的硬度也较低。