2024铝合金表面镀CrNx多层膜的研究

在2024铝合金上采用了二次浸锌的预处理方法,化学镀镍,电镀铜作为过渡层的特殊工艺,再利用磁过滤脉冲偏压电弧离子镀技术制备了Zn/Ni/Cu/Cr/CrNx多层梯度膜。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计和腐蚀测量仪等测试手段分析薄膜的成分、结构、表面形貌、显微硬度和耐腐蚀性等特性。结果表明:多层梯度膜提高了铝合金上CrNx涂层的结合力,能够有效地解决铝合金上镀硬质膜的热适配和晶格错配度大的难题,形成了良好力学梯度过渡的表面改性技术;Cr/CrNx膜使铝合金表面具有高的硬度和良好的耐蚀性,对轻合金表面涂覆超厚硬质膜具有一定的研究意义。

氮分压对电弧离子镀CrNx薄膜结构与性能的影响

采用电弧离子镀技术,在不同n2分压下沉积Cr/CrNx薄膜.X射线衍射技术、努氏硬度计和UMT型球-盘摩擦试验机、M342-2型腐蚀测量系统分别测试了薄膜相结构、显微硬度、摩擦磨损和抗腐蚀性能.研究了N2分压对薄膜相组成、硬度、摩擦磨损和抗腐蚀性能的影响.结果表明:随着N2分压的升高,薄膜由Cr2N(211)相过渡到CrN(220)相;薄膜硬度出现两个极值,对应于单相Cr2N和CrN;与钢基体相比,N2分压为0.35 Pa时制备的CrNx薄膜具有良好的耐磨性能和抗腐蚀性能.

磁控溅射CrNx薄膜的接触电阻及其耐腐蚀性能

采用磁控溅射工艺,在304不锈钢表面沉积CrNx薄膜。采用扫描电子显微镜(SEM)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)观察薄膜形貌,采用能谱仪(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)分析薄膜的元素组成和化学价态;测试了其接触电阻及耐腐蚀性能。结果表明:薄膜以柱状晶方式生长,主要由Cr2N和Cr组成;在质子交换膜燃料电池电堆的组装力范围内接触电阻降低明显;在模拟电池环境腐蚀溶液中腐蚀电流降低明显,耐腐蚀性能显著增强。

2024铝合金表面镀CrNx多层膜的研究

在2024铝合金上采用了二次浸锌的预处理方法,以化学镀镍,电镀铜作为过渡层的特殊工艺,再利用磁过滤脉冲偏压电弧离子镀技术制备了Zn/Ni/Cu/Cr/CrN多层梯度膜。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度仪和腐蚀测量仪等测试手段分析薄膜的成分、结构、表面形貌、显微硬度、耐腐蚀性等特性。结果表明:多层膜性能梯度分布,结构交替变化,从而减少膜基的内应力,提高了铝合金上CrNx涂层的结合力,能够有效的解决铝合金上镀硬质陶瓷膜的热适配和晶格错配度大的难题。表面氮化物多层膜均匀致密,未出现龟裂,颗粒的数量和尺寸大大减少。氮化物以CrN(220)为主要相,氮化物膜层的显微硬度达到2600 HV,是镍磷层的3倍,与铝基体相比,其表面显微硬度提高了22倍多,耐腐蚀性提高了400 mV。这样的CrNx薄膜能使铝合金表面具有高硬度和良好的耐腐蚀性,对轻合金表面涂覆超厚硬质膜具有一定的研究意义。

工艺参数对CrNx涂层性能的影响

采用直流磁控溅射技术制备了氮化铬(CrNx)涂层,研究了制备CrNx涂层的工艺参数对所制备的CrNx涂层的膜基结合力及力学性能的影响。研究结果表明:工艺参数对CrNx涂层性能的影响不成各向同性关系;在较低的N_2含量、较高的脉冲偏压、约100V的直流偏压、较高的真空度、较高的沉积温度和较高的靶功率下制备的CrNx涂层的硬度较高,而在较低的N_2含量、恰当的脉冲偏压和占空比配对、较高的直流偏压、较高的真空度、较高的沉积温度和较高的靶功率下制备的CrNx涂层的表面形貌较好。

氮气流量对反应磁控溅射制备CrNx涂层性能的影响

通过控制氮气流量(20~60cm^3·min^-1),采用反应磁控溅射技术分别在不锈钢和硅片基底上制备CrNx涂层,研究了氮气流量对涂层物相组成、显微组织、纳米压痕力学性能、摩擦学性能以及在质量分数3.5%NaCl溶液中电化学腐蚀性能的影响。结果表明:不同氮气流量下的CrNx涂层均表现出柱状晶结构;随着氮气流量的增加,CrNx涂层的物相经历了Cr→Cr2N→CrN的变化,纳米压痕硬度和弹性模量均先增后降,平均摩擦因数和磨损率先降后增再降,耐腐蚀性能则先变好后变差;当氮气流量为30cm^3·min^-1时,涂层结构致密,力学性能、耐磨性能和耐腐蚀性能最优。

N2流量对脉冲溅射CrNx薄膜结构和耐蚀性的影响

采用脉冲磁控溅射法在不同氮气流量下制备出CrN_x薄膜,并利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和电化学工作站对薄膜进行了系统分析,以研究氮气流量对其微观结构和耐蚀性的影响规律。结果表明:氮气流量较低时,薄膜的物相为Cr_2N^+CrN的复合相,当氮气流量增加至150sccm,物相转变为CrN单相;表面和截面形貌照片显示,随着氮气流量的增多,薄膜的表面粗糙度逐渐减小、致密度也得到改善。物相的变化和致密度的改善,使得腐蚀电流密度随氮气流量的增加而降低,即腐蚀速度逐渐减小,当氮气流量为150sccm时薄膜表现出最好的耐蚀性。

高功率脉冲非平衡磁控溅射制备CrNx薄膜及其性能研究

高功率脉冲磁控溅射技术(HPPMS)溅射粒子离化率高,可沉积致密、高性能薄膜,作为一种新技术在国外广泛研究。本文用高功率脉冲非平衡磁控溅射技术(HPPUMS)制备一系列CrN_x薄膜,采用原子力显微镜(AFM)和X射线衍射(XRD)对不同厚度的薄膜表面形貌、微观结构进行了分析,测定了薄膜的厚度和硬度,研究了薄膜的摩擦学性能,并与中频磁控溅射(MFMS)技术制备的CrN_x进行比较。结果表明,使用高功率脉冲非平衡磁控溅射技术(HPPUMS)能制备致密的CrN_x薄膜。薄膜有较好的综合性能,有较高硬度、较高结合强度和低摩擦系数。

氮气分压对电弧离子镀CrN_x薄膜组织结构的影响

利用电弧离子镀技术在钛合金表面制备CrNx薄膜,分析讨论氮气分压对薄膜表面形貌、相组成和微观结构的影响。结果表明,随着氮气分压的升高,CrNx薄膜表面熔滴的数量及尺寸减少,表面平整度得到明显改善;薄膜的物相组成在氮气分压为1.0 Pa时由Cr2N相变为CrN相;同时因氮气分压改变粒子、离子的轰击作用,影响薄膜表面的能量状态,CrNx薄膜晶体的择优生长由(200),(220)变为(111)。在氮气分压为1.5 Pa时可获得高沉积效率、高致密度、高硬度,并具有纳米晶体结构的单相CrN薄膜。

磁控溅射CrN_x薄膜的制备与力学性能

采用反应磁控溅射法在不同的氮分压下制备了一系列CrNx 薄膜 ,并利用EDS和XRD表征了薄膜的成分和相组成 ,采用力学探针测量了薄膜的硬度和弹性模量。研究了氮分压对薄膜成分、相组成和力学性能的影响。结果表明 ,随氮分压的升高 ,薄膜的沉积速率明显降低 ;薄膜中的氮含量增加 ,相应地 ,相组成从Cr +Cr2 N过渡到单相Cr2 N ,再逐步经Cr2 N +CrN过渡到单相CrN ,并在Cr :N原子比为 1∶2和 1∶1时 ,薄膜的硬度出现极值 (HV2 7.1GPa和HV2 6.8GPa) ,而薄膜的弹性模量则在Cr2 N时呈现 3 5 0GPa的最高值。

脉冲偏压对电弧离子镀CrN_x薄膜组织结构与性能的影响

利用电弧离子镀技术在TC4基体上制备CrNx薄膜,研究了脉冲偏压对薄膜的组织结构和力学性能的影响。结果表明,在一定范围内提高脉冲偏压可以显著减少薄膜表面熔滴的数量及尺寸,改善表面平整度,获得高质量的薄膜;同时随着脉冲偏压的升高,CrNx薄膜由CrN单相变为Cr,Cr2N和CrN三相组成,硬度与结合强度的峰值可分别达到24294.2MPa和43N;薄膜的摩擦系数在偏压幅值为-300V时具有最小值0.43。

氮气含量对CrN_x薄膜相结构及摩擦磨损性能的影响

采用电弧离子镀技术,在45钢基体上制备了不同氮气含量的CrNx薄膜。采用X射线衍射技术(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、努氏硬度计和UMT型球-盘摩擦试验机,分别测试了薄膜相结构、表面形貌、显微硬度和摩擦磨损性能。结果表明:CrNx薄膜主要由CrN和Cr2N相组成;随着N2含量的增加,薄膜中Cr2N(211)衍射峰强度逐渐减弱,CrN(220)衍射峰强度逐渐增强;薄膜表面颗粒逐渐减少,表面趋于平整,薄膜硬度出现两个峰值,对应于薄膜为单相Cr2N和CrN的相组成处;与钢基体相比,氮气含量为35%时,CrNx薄膜具有良好的表面质量、最佳的硬度、优良的耐磨损性能。

不同介质下CrN_X薄膜的摩擦学特性研究

采用电弧离子镀技术在45#钢衬底表面沉积了CrNX薄膜。用显微硬度计测试了薄膜的硬度,用X射线衍射仪分析了薄膜的相结构,用球-盘式摩擦磨损试验机评价了在不同介质条件下(干摩擦、水润滑、油润滑)CrNX薄膜的摩擦学性能,用表面轮廓仪测试了磨痕处的磨痕轮廓,用扫描电镜(SEM)观察了薄膜磨痕形貌。结果表明,相对于干摩擦,水润滑和油润滑条件下,CrNX薄膜的摩擦因数和磨痕深度都有明显降低的趋势。干摩擦条件下薄膜主要表现为磨粒磨损;水润滑条件下,主要表现为腐蚀磨损;油润滑条件下由于油膜在两摩擦表面的吸附,薄膜几乎无磨损。

Al_2O_3/CrN_x复合膜的摩擦磨损特性

为改善铝合金零部件的摩擦磨损特性,采用微弧氧化和射频磁控溅射技术,在2A12铝合金表面制备Al2O3/CrNx复合膜。用X射线衍射仪、涡流测厚仪、纳米硬度仪、微摩擦磨损试验机、非接触表面三维形貌仪及扫描电镜对Al2O3涂层及复合膜的相组成、膜厚、纳米硬度、摩擦磨损特性和磨痕形貌等进行了研究。实验结果表明:32μm厚的多孔Al2O3陶瓷涂层由α-Al2O3和γ-Al2O3相组成,外层1.2μm厚的CrNx膜由单质Cr,Cr2N和CrN相组成;Al2O3涂层及Al2O3/CrNx复合膜的摩擦因数和磨损率都随法向载荷的增加而增大,在相同实验参数下,复合膜的摩擦因数和磨损率都远小于Al2O3涂层的,这表明在Al2O3涂层表面沉积CrNx膜能明显改善其摩擦磨损特性,将延长对偶件的使用寿命。

氮气流量对热丝增强等离子体磁控溅射制备CrN_x薄膜组织结构与性能的影响

采用热丝增强等离子体磁控溅射技术在SKD61钢基体上制备了CrN_x薄膜,并分析研究了不同氮气流量对薄膜相结构、组织形貌、粗糙度、厚度、耐磨性、膜基结合力以及纳米硬度和弹性模量的影响。结果表明:在较宽的氮气流量变化范围内可制备出厚度均匀、结构致密、高硬度及高耐磨性的CrN_x薄膜。随氮气流量增加,薄膜由Cr2N及CrN双相组成转变为CrN单相。由于复杂相及相取向的存在,氮气流量为90 mL/min的CrN_x薄膜内应力最大,膜基结合力最低。CrN_x薄膜使SKD61钢的纳米硬度、弹性模量及耐磨性能均大幅提高,最高纳米硬度及弹性模量分别达36 GPa,477 GPa。通过对材料韧性的综合评价,氮气流量为75 mL/min条件下所制得的以Cr_2N相为主的薄膜的韧性最佳。

CrN_x梯度薄膜在不同水溶液中的腐蚀及摩擦学特性

采用增强阴极弧磁控溅射法在Si（100）片和WC硬质合金上制备了CrNx梯度薄膜。用X射线衍射仪和扫描电子显微镜分析了CrNx梯度薄膜的结构及微观形貌；在人体模拟体液及海水中分别利用CHI660D电化学工作站及球盘摩擦磨损试验机对CrNx梯度薄膜的电化学特性及CrNx/Al2O3的摩擦学特性进行了研究。结果表明：CrNx梯度薄膜在海水中表现出更优异的耐腐蚀性，CrNx梯度薄膜在人体模拟体液中的摩擦因数随载荷的增加而增大（0.23~0.33），而在海水中的摩擦因数则是先增大后减小（0.26~0.30）。低载荷下，对摩副在人体模拟体液中的磨损程度更低，当载荷增大至12 N时，2种润滑环境下的磨损程度相当。

氮流量对贫铀表面磁控溅射CrN_x薄膜结构与性能的影响

金属铀的化学性质十分活泼,极易发生氧化腐蚀.为改善基体的抗腐蚀性能,采用非平衡磁控溅射技术在金属铀表面制备了不同氮含量的CrNx薄膜.采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射技术(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、动电位极化曲线,分别研究了薄膜形貌、物相结构、表面元素化学价态及抗腐蚀性能.结果表明,当氮流量为10 sccm时薄膜主要为体心立方的α-Cr,随氮流量的增大,薄膜转化为六方Cr2N和立方CrN结构,其择优取向由Cr(110)转化为Cr2N(111)及CrN(200),金属态Cr的含量逐渐减少,氮化态Cr的含量增多,Cr2p3/2的结合能峰位逐渐向高结合能方向移动.CrNx薄膜呈纤维状结构,当氮流量增大到30 sccm时,生成了Cr2N的密排结构,有效改善了薄膜的致密性.在金属铀表面制备CrNx薄膜后,自然腐蚀电位增大,腐蚀电流密度降低,当氮流量增大到30 sccm时,薄膜的自然腐蚀电位提高了近550 mV左右,腐蚀电流密度降低约两个数量级,有效改善了贫铀表面的抗腐蚀性能.

氮气含量对反应射频磁控溅射制备CrN_x薄膜组织与性能的影响

采用反应射频磁控溅射法在40Cr基体上制备CrNx薄膜,研究了不同氮气含量对薄膜组织形貌、粗糙度、沉积厚度以及纳米硬度和弹性模量的影响。结果表明:采用反应射频磁控溅射法在不同氮气含量下,可制备得到厚度均匀、表面质量好的CrNx薄膜;随着氮气含量的增加,薄膜的表面光洁度先逐渐增大,氮气含量为20%时光洁度值最大为0.024μm,之后光洁度缓慢下降;薄膜的沉积厚度也随着氮气含量的增加而先增大后减小,氮气含量分别为20%和50%,薄膜厚度出现最大值8.7μm和最小值2.1μm;随着氮气含量的变化,当含量为20%时纳米硬度最大值为30.9 GPa,弹性模量为422.6 GPa。

电弧离子镀制备CrN_x薄膜中熔滴的结构表征与形成机制

应用电弧离子镀技术,在不同的氮气分压(0.5~2.5 Pa)和脉冲偏压(0^-300 V)条件下对TC4基体沉积CrNx薄膜,采用扫描电镜和透射电镜对镀膜过程中产生的熔滴现象进行分析研究。结果表明,升高氮气分压能减少靶材排出粒子团数量,改变等离子体轰击作用,从而控制熔滴数量及尺寸,改善薄膜表面平整度;脉冲偏压能够使熔滴与薄膜紧密结合,改变熔滴成分,在一定范围内能促进靶材成分熔滴的形成。