非平衡磁控溅射CrTiAlN涂层的制备及空蚀性能研究

目的 为缓解动力系统金属表面发生的空泡失效问题,提高水下装备推进系统在复杂多变环境中的综合服役性能,将涂层技术用于金属材料的表面防护。方法 基于正交实验设计,采用非平衡磁控溅射技术在AISI316不锈钢基体上制备CrTiAlN涂层。采用XRD、SEM、EDS和AFM等测试手段对涂层的物相、形貌、成分和表面粗糙度进行表征;采用维氏硬度计、划痕仪和洛氏硬度计对涂层的显微硬度和膜基结合力进行测试与评估;通过球–盘磨损实验、电化学测试和空蚀实验,分别评价涂层的耐干摩擦磨损、耐腐蚀和抗空蚀性能。结果 实验结果表明,利用正交试验设计调控Cr、Ti和Al靶电流,基于涂层硬度得到最佳靶电流分别为4、8、8 A,此时涂层显微硬度达到1 242HV0.01,纳米硬度为(17.00±0.99) GPa,远高于316不锈钢;涂层的摩擦因数和磨损率远低于316不锈钢;在质量分数为3.5%的Na Cl溶液中,涂层的腐蚀电位较高,腐蚀电流较小,具有较好的耐腐蚀性能,采用涂层保护后316不锈钢的寿命得到显著提高;在空蚀实验后,316不锈钢的粗糙度从4.5nm增至112.0nm,并出现空蚀坑,而CrTiAlN涂层只出现了褶皱,其粗糙度从4.8 nm增至10.0 nm,仅在涂层缺陷处发生了零星剥落现象。可见,CrTiAlN涂层有效缓解了空蚀的冲击作用,提高了316不锈钢的抗空蚀性能。结论 可将CrTiAlN涂层作为防护涂层,并应用于水利工程装备关键部件。

溅射沉积铝合金基CrTiAlN涂层的结构、力学以及摩擦学特性

采用反应非平衡磁控溅射技术制备出一系列LY12铝合金基CrTiAlN多层涂层,并通过X射线衍射仪、纳米压痕仪以及多功能摩擦磨损测试仪来研究CrTiAlN涂层的结构、力学以及摩擦学特性。结果表明:CrTiAlN涂层为以TiN0.9和CrN为主要组织取向的FCC结构,N2水平和衬底负偏压对涂层的力学特性和粘附强度有显著的影响。经过优化参数,在衬底偏压?55V和中N2水平条件下,CrTiAlN涂层的结合强度为10 N,显微硬度达到29.87 GPa。

非平衡磁控溅射CrTiAlN镀层摩擦学性能分析

为探讨C rT iA lN镀层高硬度、低磨损机理,应用UDP850/4镀层设备,在高速钢和单晶硅基体上制备了C rT iA lN复合镀层,并测试了其力学性能和摩擦学性能,采用XRD、SEM、TEM等手段对镀层微观组织结构进行了分析。结果表明:在75 V负偏压下沉积的镀层具有显微硬度高、摩擦系数小,磨损率低,膜/基结合和韧性良好;镀层由C rN、T iN、A lN、C r2N和T i2N等纳米晶组成;纳米晶粒弥散于非晶的结构是硬度增强的机理;良好的膜基结合、韧性好和低摩擦系数是镀层具有低磨损的原因。

CrTiAlN镀层对M2基高速钢切削性能的影响

分析了CrTiAlN镀层的组织,研究了CrTiAlN镀层对M2高速钢刀具切削性能的影响．结果表明:CrTiAlN镀层提高了M2基高速钢刀具的切削性能．CrTiAlN镀层具有良好的高温稳定性能,能避免红硬性不足引起的刀具失效;CrTiAlN 镀层与M2基体的结合较强,具有稳定结构,能避免抗压强度下降引起的刀具失效．

偏压对CrTiAlN镀层组织形貌及磨损性能的影响

利用闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术制备了耐磨CrTiAlN镀层,分析了溅射偏压对该镀层的形貌、相结构以及磨损性能的影响。研究表明:偏压对镀层的形貌、相结构以及与摩擦学性能有关的摩擦系数、硬度、结合力以及磨损率等参数都有影响。在制备CrTiAlN镀层的过程中,当偏压为-75V时镀层的耐磨损性最好,当偏压在-65V--85V变化时,镀层形貌的变化对镀层的磨损性能无明显影响,CrTiAlN镀层相结构的变化是影响磨损性能的主要原因。

离子氮化对H13钢表面CrTiAlN镀层结合强度的影响

在经过离子氮化处理的H13钢基体上,采用闭合场非平衡磁控溅射法制备了CrTiAlN硬质涂层,并与未氮化的镀膜试样进行了膜基结合强度、膜层微观结构形貌及相组成的对比。结果表明:离子氮化处理可提高基体硬度,形成硬度梯度过渡;氮化+镀膜复合处理可以显著提高膜基结合强度。

非平衡磁控溅射CrTiAlN涂层的耐腐蚀性能

采用非平衡磁控溅射技术,在304不锈钢表面沉积CrTiAlN硬质涂层,测定和研究涂层组织结构和耐腐蚀性能,探索提高奥氏体不锈钢表面性能和耐腐蚀性能的可能性。基于奥氏体不锈钢在含氯离子酸和非氧化性酸中缺乏足够抵抗力的特点,腐蚀介质选用了0.5Mol/L的NaCl水溶液。结果表明CrTiAlN涂层试样表现了优异的表面性能和耐腐蚀性能,特别是对于提高304不锈钢耐点蚀的能力有很大作用。

CrTiAlN涂层的高温抗氧化性能

为提高M2高速钢的高温抗氧化能力,采用闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术,在M2高速钢基体上制备了CrTiAlN涂层。在500℃、700℃、900℃这三个温度下对试样进行氧化实验。利用SEM观察CrTiAlN涂层氧化前后表面及断面形貌,采用GIXRD和EDS分析涂层的物相组成。结果表明,CrTiAlN涂层在900℃时仍然具有良好的抗氧化性能。

CrTiAlN涂层在800℃和900℃时对H13钢氧化性能的影响

为了提高H13钢的抗高温氧化能力,在H13钢表面沉积了一层CrTiAlN薄膜。采用XRD和SEM分析了H13钢氧化前后的相组成及其表、截面形貌。结果表明:涂层为柱状晶结构,主要有三部分组成:里层为Cr结合层,中间为CrN过渡层,外层是CrTiAlN梯度涂层。H13钢在氧化时,在其表面发生了Cr的选择性氧化,但是Cr含量低,未能形成连续的防护层,最终导致基体元素不断地氧化,生成了大量的α-Fe2O3颗粒。CrTiAlN涂层在800℃时具有良好的抗高温氧化性能,涂层氧化时主要是O向里扩散占优势,没有出现裂纹和剥落,而且观察到了"钉扎效应"。900℃时,涂层失效。

非平衡闭合场磁控溅射CrTiAlN/MoST复合涂层的性能研究

采用非平衡闭合场磁控溅射方法在Cr12MoV冷作模具钢表面制备CrTiAlN单一涂层和CrTiAlN/MoST复合涂层,通过AFM、XRD、显微硬度、划痕和磨损试验综合分析涂层相结构和的表面性能。实验结果表明,CrTiAlN/MoST复合涂层比CrTiAlN单一涂层更光滑、致密,(Cr,Ti,Al)N在(111)晶面呈强烈的衍射峰,无明显的MoS_2衍射峰.Cr12MoV经PVD处理后,表面显微硬度和耐磨性得到了明显的提高,尤其是复合涂层,由于CrTiAlN硬涂层抗磨和MoST软涂层减摩的综合作用表现出比CrTiAlN涂层更低的磨损率,主要的磨损机制为逐层剥落的疲劳磨损。

靶/基距对CrTiAlN薄膜性能影响的研究

利用闭合场非平衡磁控溅射离子镀设备在H13热作模具钢基体上沉积了CrTiAlN薄膜.采用SEM、EDS、维氏显微硬度计、涂层附着力划痕仪等测试仪器对薄膜的形貌和成分进行了表征和分析,测得了薄膜的表面显微硬度和膜/基结合力,并采用摩擦磨损试验仪对薄膜的摩擦磨损性能进行了测试.研究和分析了不同靶/基距对CrTiAlN薄膜的厚度、成分和性能的影响.

CrTiAlN薄膜的微观结构及其高温摩擦磨损性能

采用闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术,在M2高速钢表面制备CrTiAlN多层薄膜。利用XRD、SEM、EDS和球-盘式摩擦磨损试验机研究薄膜微观结构和高温摩擦磨损性能。结果表明:CrTiAlN薄膜均匀致密,呈FCC结构。高温摩擦磨损试验表明:从室温到600℃,随着温度升高,薄膜摩擦系数先增大后减小,磨损量和磨损率随着温度升高而增加,CrTiAlN薄膜在600℃环境下的磨损形式主要是氧化磨损和磨粒磨损。

预氮化对复合CrTiAlN薄膜组织和摩擦性能的影响

采用物理气相沉积技术和离子氮化技术,在模具钢表面形成氮化层和氮化层/多元复合CrTiAlN硬质薄膜。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、能谱仪研究了氮化处理对多元复合CrTiAlN硬质薄膜组织结构的影响;通过硬度仪和摩擦磨损测试仪等手段研究了氮化处理对多元复合CrTiAlN硬质薄膜的磨损性能的影响。研究结果表明,薄膜表面光滑平整,呈柱状晶生长,无明显缺陷。渗氮处理能够提高CrTiAlN薄膜耐磨损性能和与基体的结合强度。随着载荷从5到30 N的增加,薄膜的磨损率逐渐增加,而摩擦系数却有下降趋势。薄膜的摩擦系数随着磨粒粒径的变大先增大后减小;磨粒粒径分别为10、20μm时,未经渗氮和经渗氮后的薄膜摩擦系数达到最大值,分别为0.42和0.36。同时随着磨粒粒径的增加,摩擦系数曲线振动幅度也逐渐增大。

CrTiAlN复合涂层硬质合金刀具的制备与切削性能研究

利用多弧离子镀技术在YT14硬质合金刀具上制备了CrTiAlN复合涂层,对不同偏压条件下CrTiAlN复合膜的表面形貌、硬度、结合性能进行了系统研究,采用X射线衍射分析技术(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)等现代材料分析技术对CrTiAlN复合涂层的微观组织结构进行了分析表征,结果表明:CrTiAlN复合涂层的主要成分为Cr、Ti、Al、N、O,相组成为Cr、CrN、Cr2N和TiN晶体相与AlN非晶相。在干式切削条件下,不同涂层刀具的切削寿命的排序依次为:CrTiAlN>TiAlN>TiN>未涂层,同时对不同涂层刀具的耐磨损特性进行了讨论分析。

CrTiAlN涂层的显微组织及其在高速干铣削中的切削性能(英文)

利用闭合场非平衡磁控溅射系统制备CrTiAlN复合涂层硬质合金立铣刀,该涂层由Cr粘接层、CrN过渡层以及CrTiAlN涂层组成。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜、显微硬度、划痕仪等技术对CrTiAlN涂层的显微组织和力学性能进行分析表征。在干式切削条件下,通过高速铣削测试淬硬钢(P20,HRC45)的切削性能。结果表明:涂层由有着纳米层Cr(Ti,Al)N结构的柱状晶组成。CrTiAlN涂层在硬质合金上具有良好的结合性能以及近30 GPa的高硬度。相对于无涂层铣刀,涂层大大提高硬质合金立铣刀寿命、减小切削力。讨论其相关切削机理。

非平衡磁控溅射制备CrTiAlN/GLC复合涂层的表面性能及摩擦磨损性能研究

采用非平衡磁控溅射技术在新型冷作模具钢表面制备CrTiAlN/GLC复合涂层,并应用拉曼光谱(Raman)、纳米压痕、磨损试验等测试方法分析与考察该复合涂层的组织结构、纳米硬度、结合强度和摩擦磨损性能。结果表明:CrTiAlN/GLC复合涂层由CrTiAlN和以sp2为主的非晶及微晶结构GLC组成,其纳米硬度(17.38 GPa)介于CrTiAlN与GLC单一涂层之间,但有最高的弹性模量(186.35 GPa),并与基体结合状况良好(临界载荷Lc≥60 N)。此外,复合涂层还明显地改善了基体表面的摩擦学性能,干摩擦系数为0.1～0.35,油润滑磨损率(<0.7×10-12mm3/N.mm)约为基体(1.36×10-12 mm3/N.mm)的50%。

光发射谱对CrTiAlN涂层性能的影响

在不同光发射谱(OEM)条件下,采用闭合场非平衡磁控溅射技术(CFUBMSIP)在SDC99冷作模具钢表面沉积CrTiAlN涂层,采用X射线衍射仪(XRD)、显微硬度仪、原位纳米力学测试系统和销盘摩擦磨损试验机(POD)测试分析涂层的相结构、表面硬度以及耐磨损性能。结果表明:各条件下制备的CrTiAlN涂层均为FCC结构,且在(200)晶面择优取向;光发射谱值为65时,制备的CrTiAlN涂层具有较高的表面承载能力以及膜基结合力,纳米硬度和弹性模量分别为22.7 GPa和276.4 GPa;OEM65制备的CrTiAlN涂层较OEM70、OEM80制备的CrTiAlN涂层具有更低的摩擦因数和磨损率,表现出更佳的摩擦磨损性能。

磁控溅射制备CrTiAlN梯度镀层的热冲击性能研究

采用磁控溅射技术在高速钢基体上制备不同含量的CrTiAlN梯度镀层,温度为600℃时研究镀层的抗热冲击性能,采用X射线光电子能谱仪和X射线衍射仪分析镀层成分及热冲击前后的相结构,利用场发射扫描电镜观察镀层的形貌,利用分析天平对镀层热冲击前后进行精密称重并结合光学显微镜来观察镀层热冲击后的表面形貌。结果表明,热冲击温度为600℃时,镀层有Cr2O3、TiO2等新相生成,有氧化现象发生;对于不同成分的CrTiAlN镀层,Cr含量较高、Ti含量较少的镀层具有较好的抗热冲击性能;镀层失效是循环热应力产生剪切裂纹及镀层原子和氧原子双向扩散形成非接触区共同作用的结果。

SDC90钢CrTiAlN和AlTiN涂层承载能力和耐磨性的研究

采用非平衡磁控溅射与多弧离子镀技术分别在SDC90模具钢表面制备CrTiAlN与TiAlN涂层，采用SEM、XRD及M200等观察与测定涂层的微观形貌与组织、承载能力及摩擦磨损性能。研究表明：CrTjAlN涂层致密、无柱状晶，AlTiN涂层存在黑色颗粒，有轻微的柱状晶，粗糙度和厚度略高于前者；涂层显著提高了模具钢的表面硬度（1887—2482HV0.245N）及承载能力，其中CrTiAlN涂层韧性优于AlTiN涂层；强、韧表面有效降低模具钢的磨损体积与磨损率，磨损18h后CrTiAlN与AlTiN涂层的磨损体积分别为基体的48％和28％，磨损率分别为基体的60％和28％；高硬度的AlTiN涂层显示出更好的耐磨性能；磨损机制主要为疲劳磨损。

蠕墨铸铁表面多弧离子镀CrTiAlN镀层抗氧化性研究

蠕墨铸铁缸盖具有高强度、导热良好的优点,但其在高温下易发生氧化,极大地影响了其使用寿命。本文采用多弧离子镀技术在蠕墨铸铁表面制备CrTiAlN镀层,提高其高温抗氧化性。采用氧化增重法进行高温氧化实验。运用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等现代材料分析技术对镀层氧化前后微观组织结构及相组成进行检测分析。结果表明:经高温氧化后,蠕墨铸铁基体表面生成致密的氧化层,其主要相组成为Fe_2O_3和Fe_3O_4;氧化后,CrTiAlN镀层中仅生成了少量的CrO_3和Cr2O_3,氧化前后表面形貌无较大差异。偏压值越大,CrTiAlN镀层氧化增重量越大。当偏压值为200 V时,氧化增重量最少,为6.0 mg,且氧化速率最低,为1.4 mg?m^(-2)?h^(-1),抗氧化性最好。