脉冲频率对高脉冲磁控溅射Cr/C镀层组织结构和耐蚀性的影响

为研究磁控溅射脉冲频率对镀层组织结构和耐蚀性的影响,以200、300、400、500和600 Hz脉冲频率下制备的Cr/C镀层为对象,采用XRD、SEM、电化学工作站对其相组成、微观组织和耐蚀性进行了表征分析。结果表明:不同脉冲频率下制备的Cr/C镀层相组成相同,均为Cr_(7)C_(3);Cr/C镀层的表面形貌均为菜花状颗粒,截面组织均为柱状晶;随着脉冲频率的增加,Cr/C镀层的组织变粗,柱状晶之间的空隙增大,致密性降低,表面粗糙度增加,镀层的厚度增大,镀层的平均沉积速率从18.45 nm·min^(-1)增大到28.08 nm·min^(-1);脉冲频率为500 Hz时镀层的腐蚀电位最高、腐蚀电流最低,腐蚀速率仅为0.00296 mm·a^(-1)。

Cr12MoV模具钢化学镀Ni-W-P/PTFE复合镀层及耐磨性能研究

以Cr12MoV模具钢作为基体化学镀Ni-W-P/PTFE复合镀层,以期提高模具的耐磨性能。通过改变PTFE颗粒添加量获得不同Ni-W-P/PTFE复合镀层,并对复合镀层的表面形貌、化学成分、晶相结构、硬度及耐磨性能进行表征。结果表明:不同复合镀层表面都存在尺寸不同、分布不均匀的胞状物,还附着白色PTFE颗粒,但是晶相结构无显著性差异。随着PTFE颗粒添加量从2 g/L增至14 g/L,复合镀层中PTFE颗粒含量呈现先升高,后降低趋势,并且颗粒分散状况不同,硬度呈现减小趋势,而耐磨性能逐步提高,然后变差。当PTFE颗粒添加量为8 g/L获得的Ni-WP/PTFE复合镀层中PTFE颗粒含量达到3.63%,并且颗粒分布趋于均匀,具有优良的耐磨性能,其摩擦系数仅为0.41,表面磨痕宽度和深度分别为500μm和14.7μm,作为表面改性层能有效减轻Cr12MoV模具钢的磨损程度。

9Cr18不锈钢表面不同耐磨镀层的微观结构及耐磨性

针对9Cr18不锈钢的耐磨需求,选用硬铬镀层、Ni-P化学镀层、Ni-cBN/h BN复合镀层等3种镀层,通过扫描电镜、划痕法、球盘磨损试验等研究了其在微观结构、结合力、常温及高温耐磨性等方面的差异。结果表明,3种镀层的硬度均可达800 HV以上,但Ni-cBN/hBN复合镀层的硬度略高;经过预镀镍处理后Ni-cBN/hBN复合镀层与基体之间的结合强度高达68 MPa,但硬铬镀层与基体的结合力较差;Ni-P化学镀层和Ni-cBN/hBN复合镀层在常温下的耐磨性相当,但Ni-cBN/hBN复合镀层在200℃下的耐磨性略优;硬铬镀层在摩擦应力作用下涂层出现明显剥落、黏着磨损严重,耐磨性较差。Ni-cBN/hBN复合镀层更宜选作9Cr18不锈钢表面的耐磨镀层。

起落架用30CrMnSiNi2A钢表面Cd-Ti镀层在海水和盐雾环境中的腐蚀行为研究

目的探究水陆两栖飞机用起落架材料表面Cd-Ti镀层的环境适应性及其失效机制。方法通过采用热轧状态的起落架用钢30CrMnSiNi2A,表面经过喷丸处理后电镀Cd-Ti,然后进行钝化处理。选取平行试样进行浸泡盐雾试验,同时对镀层在长周期浸泡下的状态进行EIS测量,在4种pH条件下进行极化曲线的测量。通过激光共聚焦显微镜测量3D轮廓。采用X射线衍射仪和扫描电子显微镜分析表面成分和形貌。通过EDS进行能谱分析。结果在3D轮廓的测量中,Cd-Ti镀层表面粗糙度Ra=1.69 μm,镀层截面厚度约为11 μm。pH=3.0时,Cd-Ti镀层的腐蚀电位最正,腐蚀电流密度最大。Cd-Ti镀层表面主要存在Cd、CdO、Ti以及部分CdCO_(3)和CdO_(2)。长周期浸泡试验的EIS测试发现,随着浸泡时间的延长,Nyquist曲线发生改变,28 d后镀层表面存在一层致密的腐蚀产物膜,可以有效地阻挡腐蚀性介质进入镀层,在Nyquist图中表现为容抗弧增大。2种试验环境下的增重速率表明,在盐雾环境中,增重速率较快,这与表面生成更多的CdCO_(3)有关。结论Cd-Ti镀层在不同的环境中对材料都有较好的保护作用,能够在一定程度上防止基体腐蚀。

脉冲电沉积纳米晶Ni-W-Cr-Nd合金镀层的性能

铬镀层具有许多优点,但对环境有严重污染。采用脉冲电沉积方法制备了含22%W,26%W,31%W和36%W的纳米晶Ni-W-Cr-Nd合金层,用作代铬镀层。通过扫描电镜、电子能谱、X射线衍射等对代铬镀层的表面形貌、成分和相结构进行了表征;利用动电位扫描、电化学阻抗技术考察了其耐蚀性能。结果表明:4种W含量的Ni-W-Cr-Nd合金镀层表面均匀致密,无裂纹,晶粒尺寸分别为14,17,21,26 nm;含22%W镀层的抗高温氧化性能和耐蚀性能均优于铬镀层;22%W的镀层400℃热处理后硬度为1 132 HV,磨损失重率为0.018 3mg/(cm2.h),具有较高的硬度和较好的耐磨性。

偏压对磁控溅射纯Cr镀层组织形貌及耐腐蚀性能的影响

基于磁控溅射离子镀技术在不同偏压下于单晶硅和45钢基体上制备了纯Cr镀层。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和CH1660B电化学工作站(极化曲线)分析了纯Cr镀层表面、截面微观形貌和择优生长取向的变化规律,并考察了纯Cr镀层的耐腐蚀性能。结果表明:偏压显著影响着纯Cr镀层的组织结构、择优取向以及耐腐蚀性能。基体偏压值大于90V后纯Cr镀层的组织结构由柱状晶向等轴晶转变纯Cr镀层组织形貌由柱状晶逐渐向等轴晶转变,随着偏压值增大,纯Cr镀层晶体择优生长面由(200)晶面变为(110)晶面,镀层耐腐蚀性能逐渐增强;且偏压值为120V时,镀层耐腐蚀性能表现最优;纯Cr镀层中晶体颗粒尺寸的减小和致密度的增加是耐腐蚀性提高的主要原因。

本底真空度对非平衡磁控溅射C/Cr复合镀层性能的影响

采用非平衡磁控溅射在GW93镁合金表面制备了镀C/Cr复合镀层,分析了不同本底真空度下在GW93镁合金表面进行非平衡磁控溅射镀C/Cr复合镀层的硬度、耐蚀性、膜基结合力,摩擦系数等。结果表明,非平衡磁控溅射镀C/Cr复合膜层,本底真空度在8.8×10-3～1.0×10-1Pa范围内,镀层硬度与本底真空度成反比,当其为8.8×10-3Pa时,镀层硬度最低为1397Hv0.05,镀层使基体自腐蚀电位提高到-0.940V,显著改善镁合金的耐蚀性,结合力最高可达8.11N,镀层的摩擦系数最低达到0.05。本底真空度对C/Cr复合镀层相组成没有显著影响,不同真空度下的C/Cr复合镀层均以非晶为主。

磁控溅射制备Cr_7C_3多层复合镀层及其耐磨性能

采用闭合场非平衡磁控溅射技术,通过控制溅射过程工艺参数制备出Cr7C3多层复合镀层。用X射线衍射仪对镀层微观结构进行分析,用透射电子显微镜观测镀层的表面形貌和断口形貌,对镀层的附着强度、硬度、摩擦和磨损性能进行了测试,并用光学显微镜观察了镀层磨损形貌特征。结果表明:镀层的结构是非晶态的,主要由Cr7C3组成,还有少量的Cr3C2和其他物质;镀层微观结构均匀致密;镀层有较好的结合力、较高的硬度、良好的载荷承载能力和寿命可靠性,有优异的摩擦和耐磨性能,在大气中滑动干摩擦因数稳定在0.10～0.15之间,磨损率大约为2.26×10-16 m3/(N·m)。

磁控溅射Cr/C镀层耐热性能研究

在空气炉加热环境下于不同温度对采用磁控溅射离子镀技术制备Cr/C镀层样品进行加热保温处理。研究了不同加热温度下镀层的相结构、硬度和结合力的变化,考察了Cr/C镀层的耐热性能。结果表明:在600℃以下,Cr/C镀层保持了高硬度和强结合力的性能,表明镀层具有良好的耐热性能;镀层受热过程中生成了致密的铬氧化物及铬碳化合物,起到阻碍了氧原子向内层扩散的效果,使镀层氧化失稳的温度大大提高,从而保证了良好的耐热性能;处理温度达800℃后,镀层硬度和结合力明显下降。

自润滑Cr/C复合镀层的制备和机械性能研究

采用闭合场非平衡磁控溅射技术,固定碳靶电流参数,调节铬靶电流参数,在GCr15轴承钢球、45#钢和单晶硅基体上制备出自润滑Cr/C复合镀层。用XRD对镀层相结构进行分析,测试了镀层的摩擦系数、磨损率、结合强度、硬度和韧性,用光学显微镜观察镀层磨损形貌。结果表明,镀层相结构为非晶态,随铬靶电流变大逐渐向晶态转变;与未镀层的基体相比,镀层有良好的摩擦磨损性能和载荷承载能力;镀层随铬靶电流增加,硬度逐渐降低,韧性逐渐提高。所获铬电流为0.1和0.3A镀层有很好的自润滑性能,且后者有良好的综合机械性能。

热处理对Cr/Al复合镀层组织转变的影响

通过先在水溶液中电镀Cr之后再在摩尔比为2∶1的AlCl3-EMIC(氯化1-甲基3-乙基咪唑)离子液体电镀Al的方法,在1Cr17钢表面制备出Cr/Al复合镀层。研究了在740℃条件下不同时间热处理对涂层组织和结构的影响。光学显微镜、二次电子和特征X射线能谱及X射线衍射研究结果表明:Cr/Al复合镀层通过740℃热处理可以得到Al-Cr涂层,随着时间的延长,外表面合金层成分依次按Al4Cr→Al11Cr4→Al9Cr4→Al8Cr5变化,最后形成单相的Al8Cr5,且涂层与基体之间不发生明显的互扩散;在5～20 min内Al9Cr4成分层的厚度及反应掉的Cr镀层厚度与时间平方根符合线性关系;氮气气氛中热处理可以减少涂层表面的空洞。显微硬度测试结果表明:Al8Cr5的脆性小,且硬度高于其他3种合金层。

柠檬酸体系电沉积Ni-Cr合金镀层工艺影响因素分析

为了提高铝材的耐蚀性和表面硬度,用柠檬酸体系在铝基体上制备了Ni-Cr合金镀层。研究了工艺参数对镀层组成、形貌和结构的影响,确定了最佳工艺条件。结果表明:最佳工艺条件获得的镀层光亮、平滑,显示出密集的球形细粒状形貌特征;镀层为面心立方(FCC)Ni-Cr固溶体纳米晶结构;适当降低温度,增大电流密度,提高镀液中CrCl3浓度,有利于镀层表面合金颗粒细化和晶体粒径的减小,晶体结构有序性增强;随着pH值升高,镀层颗粒细化,晶型改善,当pH值大于3时,镀层晶体粒径逐渐变粗,内应力增大,表面形貌变差。随着Cr含量增大,镀层表面粒径减小,晶界延长,镀层耐蚀性提高;镀层与Al基体结合良好。

Cr颗粒尺寸对Ni-Cr复合镀层在酸性溶液中的电化学腐蚀行为影响研究

为了对Cr颗粒尺寸如何影响Ni-Cr复合镀层的电化学腐蚀性能有更深的认识，采用复合电镀技术，通过向普通电镀溶液中分别加入平均粒度约为40nm和1—5μm Cr粉的方法，在Ni基材上制备了2种Cr含量相近的Ni—Cr复合镀层。利用动电位极化及交流阻抗技术对比研究了2种Ni-Cr复合镀层及纯Ni镀层在0．5mol／LNaCl＋0．05mol／L H2SO4的酸性溶液中的电化学腐蚀行为。实验结果表明：在0．5mol／LNaCl＋0．05mol／L H2SO4溶液中，与微米Cr分布的Ni-Cr复合镀层相比，Ni-Cr纳米复合镀层独特的结构有利于快速形成稳定而又富Cr保护性钝化膜，使得Ni-Cr纳米复合镀层表现出优异的耐蚀性能。

多弧离子镀(Ti,Cr)N镀层耐蚀性研究

采用多弧离子镀技术在高速钢表面制备了(Ti,Cr)N镀层,通过电化学工作站对镀层的塔菲尔曲线进行测试,分析镀层的耐腐蚀性,并采用质量变化法对电化学测试结果进行了验证。利用扫描电子显微镜观察了(Ti,Cr)N镀层腐蚀前后的微观形貌。结果表明,随电流比例ICr/ITi的增大,(Ti,Cr)N镀层表面晶粒尺寸逐渐减小。当ICr/ITi为90 A/60 A时,基体的自腐蚀电位由-0.750 V正移至-0.534 V,基体的腐蚀速率降低85.67%,耐蚀性提高。基体的腐蚀主要为点蚀和均匀腐蚀,(Ti,Cr)N镀层主要为小孔腐蚀。

电沉积仿不锈钢Fe-Ni-Cr合金镀层的工艺研究

通过对电沉积仿不锈钢Fe-Ni-Cr合金镀层的工艺研究,优化并确定的镀液组成及工艺条件为:Cr2(SO4)3.6H2O 200 g/L、FeSO4.7H2O 9 g/L、NiSO4.6H2O 6 g/L、柠檬酸铵60 g/L、抗坏血酸10 g/L、H3BO325 g/L、(NH4)2SO4100 g/L、NaF 4 g/L、十二烷基硫酸钠0.06 g/L、温度50℃、pH1.5、阴极电流密度16 A/dm2。在该条件下所得镀层的外观、组成、硬度和耐蚀性能等都基本上与304不锈钢相近。

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。

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。

碳含量对磁控溅射Cr/C镀层摩擦磨损性能的影响

采用磁控溅射技术在高速钢和单晶硅基体上制备Cr/C镀层,利用X射线衍射仪和X射线光电子能谱仪分析镀层结构及元素状态,采用显微硬度计测量镀层的硬度及韧性,通过销-盘式摩擦磨损试验机及光学显微镜研究镀层不同磨损阶段的磨损行为.结果表明:镀层由C、Cr及Cr3C2等相组成;随着碳含量增加,镀层的硬度从HV1 300升至HV1 900,韧性变差;与未镀层的基体相比,镀层的摩擦系数从0.70降至0.48,当碳含量为74%时,摩擦系数降至0.35;增加碳含量能够明显改善镀层的抗黏着性能,碳含量为14%及40%的镀层以严重的黏着磨损为主,而碳含量为74%镀层的黏着程度最轻,其磨损形式以黏着磨损和磨粒磨损为主.

自润滑Cr/C复合镀层钢球对轴承速度性能的影响

应用非平衡磁控溅射技术在6204轴承钢球表面制备出Cr/C复合镀层,用电子透射显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)分析镀层微观结构,对镀层钢球轴承和无镀层钢球轴承的速度性能和断油性能进行了试验。结果表明,Cr/C复合镀层有良好的显微结构,有大量的石墨存在。与无镀层钢球轴承相比,镀层钢球轴承有缓慢的温升、良好低振动性能和振动的平稳性能,特别是高速运转时,减振效果尤为明显,保证了轴承有优异的高速性能;镀层钢球轴承有良好的自润滑性能,极大提高轴承应急运行性能。

磁场闭合状态对磁控溅射Cr镀层沉积效果的影响差异分析

采用磁场完全闭合状态和不闭合状态两种磁场组态分别沉积Cr镀层,并利用Langmuir探针诊断其放电等离子体,测量了离子密度、电子密度和电子温度(EED)在两种磁场组态中的分布规律。结果表明:磁场不闭合状态时的等离子体密度较低,而完全闭合状态显著增加了真空腔中部的带电粒子数目。两种不同磁场组态中Cr镀层的沉积速率在靶电流相同的情况下相近。其中不闭合状态的Cr镀层截面为粗大而疏松的柱状结构,表面较粗糙;而完全闭合状态的镀层的柱状生长受到阻碍,表面光滑、平整,致密性好。