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。

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。

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)。

靶基距对C/Cr复合镀层厚度影响的研究

以四靶闭合场非平衡磁控溅射方法制备C/Cr镀层,用球痕法测量镀层厚度,研究了镀层厚度及均匀性随靶基距的变化规律,并探讨了靶基距影响镀层厚度的机理。结果表明:靶基距对镀层厚度有明显影响;镀层厚度随靶基径向距增大而显著减小,随靶基轴向距的增加变化不大;试样放置位置越靠近真空室中心区域,镀层厚度均匀性越好;磁场空间分布和粒子迁移中的散射碰撞是导致靶基距影响镀层厚度的主要原因。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

Cr/C复合镀层的制备及其力学性能研究

采用磁控溅射技术,以溅射石墨靶为C元素主要来源的方法制备了不同碳含量的Cr/C复合镀层。研究了碳含量对镀层相结构及元素存在状态的影响,并考察了碳含量变化后镀层硬度,韧性,结合强度等力学参量的变化。结果表明:该方法制备的Cr/C镀层中碳化物相主要是Cr3C2。随着碳含量的增加,镀层由晶态向非晶态结构过渡;镀层中的碳化物相也相应减少;镀层的硬度则随之而上升,韧性则下降。碳含量为75.08%的镀层结合强度最差。碳含量为42.37%,51.93%表现出较好的综合力学性能。

脉冲频率对Fe-Ni-Cr合金镀层成分及结构的影响

采用脉冲电沉积方法制得纳米晶Fe-Ni-Cr合金镀层,并研究了脉冲频率对镀层成分及结构的影响。结果表明:脉冲频率对Fe-Ni-Cr合金镀层影响很大。当脉冲频率为5 000 Hz时,FeNi-Cr合金镀层的形貌质量最好,厚度为25.41μm,其中Fe的质量分数为63.25%,Cr的质量分数为26.19%,Ni的质量分数为5.89%。脉冲频率为5 000 Hz时制备的Fe-Ni-Cr合金镀层结晶度好,晶粒尺寸为13.44nm,晶面间距为1.887nm。通过脉冲电沉积实现了材料表面纳米化,提高了材料的表面性能。

热处理对掺铜Cr-C镀层结构、磨损性能的影响

为了全面了解热处理温度对Cr-C-Cu电镀层性能的影响,分别使用XPS,XRD,MH-5-VM显微硬度仪和SRV-IV微动摩擦磨损试验机考察了不同热处理温度下镀层的形貌、成分、硬度及磨损性能。结果表明:三价铬镀铬液中掺入铜离子更易获得平整均匀的镀层;Cr-C-Cu镀层镀态及其200℃热处理后的主要物相为非晶相,400℃热处理后的主要物相为具有面心立方Cu(fcc Cu)晶格的Cr-Cu固溶体合金相,600℃热处理后的Cr-C-Cu镀层中的主要物相转变为具有体心立方Cr(bcc Cr)晶格的Cr-Cu固溶体合金相;Cu原子在Cr-C-Cu镀层中以金属键的形式存在;Cr-C-Cu镀层镀态时具有最佳的抗磨损性能,随着热处理温度升高,抗磨损性能呈先降后升的趋势,经400℃热处理后的镀层抗磨性最差;Cr-C-Cu镀层在镀态和经不同温度热处理后的抗磨性能均优于同样条件下的Cr-C镀层。

平均电流密度对脉冲电镀Ni-Cr-Mo合金镀层的影响

采用脉冲电镀法在Q235钢表面制备Ni-Cr-Mo合金镀层。研究了平均电流密度对镀层的成分、沉积速率、表面形貌和耐蚀性的影响。结果表明:随着平均电流密度的增大,镀层中镍的质量分数先减小后增大,铬的质量分数先增大后减小,钼的质量分数增大;镀层的沉积速率先增大后减小;镀层表面颗粒尺寸增大;镀层的耐蚀性先增强后减弱。当平均电流密度为10A/dm2时,镀层具有最正的自腐蚀电位、最小的自腐蚀电流密度和最大的电荷转移电阻,耐蚀性最好。

排球收纳车基材表面化学镀Ni-P/Cr3C2复合镀层

在排球收纳车用Q235钢表面制备了化学镀Ni-P/Cr3C2复合镀层,并对化学镀Ni-P/Cr3C2复合镀层的厚度、表面粗糙度、硬度、耐蚀性及表面形貌进行了分析。结果表明:化学镀NiP/Cr3C2复合镀层的厚度和表面粗糙度分别约为8μm和0.835μm,满足中度腐蚀环境的要求。化学镀Ni-P/Cr3C2复合镀层呈现出块状颗粒形貌,颗粒之间夹杂着碳化铬,大大提高了化学镀NiP/Cr3C2复合镀层的硬度和耐蚀性。