气相沉积技术制备TiN类硬质膜

硬质膜由于具有良好的耐磨、耐蚀和耐热等特点,所以在航天、化工和机械等领域获得了日益广泛的应用,而硬质膜的组成和制备工艺也随之得到不断发展.本文综述了TiN类硬质膜的应用和制备硬质膜常用的气相沉积方法、工艺参数及其优缺点.阐明了制备工艺正向着以三束(电子束、离子束和激光束)为基础多种工艺复合的方向发展.而硬质膜正向着多元膜、梯度膜和纳米复合膜方向发展.

多弧离子镀硬质膜的抗空蚀性能研究

利用磁致伸缩振动空蚀试验装置 ,研究了灰口铸铁表面多弧离子镀 Ti N、Cr N及 (Ti,Cr) N硬质膜的抗空蚀性能 .研究结果表明 ,离子镀硬质膜的抗空蚀性能与铸铁基体的表面粗糙度、离子镀层的表面特征、镀膜过程中工件负偏压及镀层厚度密切相关 .采用屏蔽离子镀可以有效地减少膜层表面的微颗粒及微缺陷 ,从而改善材料的抗空蚀性能 .当基片负偏压为 30 0 V而膜厚为 3μm时 ,硬质膜的抗空蚀性能最佳 .

离子镀硬质膜技术的最新进展和展望

电弧离子镀至今仍是硬质膜的主流技术 ,但是 ,其内容与 80年代比已大为丰富。首先 ,镀层材料由单一氮化钛 ,发展到氮化钛与碳氮化钛、氮化钛铝、氮化铬等多种材料并用。然后 ,又进一步发展为多层复合镀层。远离平衡态过程的低温沉积技术日趋成熟 ,使各种机械零件的需磨损耐腐蚀镀层逐步走向实用化 ,促进了机械工业水平全面提高。低温沉积技术大幅度降低镀层内应力 ,使镀层的厚度能够达到数十 ,甚至上百微米 ,满足了发展高性能特种镀层的需要 ,如 Ti B2 抗空蚀镀层、Ti(C,N)抗冲蚀镀层 ,电弧离子镀制备 MCr Al Y镀层 ,现已进入产业化。与此同时 ,Ti N复合膜作为耐磨耐蚀镀层也取得了成功。展望 2 1世纪 ,复合多层膜将得到更加广泛的应用 ,并向纳米复合膜发展。镀膜机内渗氮镀膜连续二重工艺可望成功 ,并在提高耐磨耐蚀性上取得显著效果。远离平衡态镀膜技术水平将进一步提高 ,成本大幅度降低 ,并在合成新型镀层材料、制备厚镀层。

金属氮化物硬质膜层“合金化”的研究进展

通过展示近年来国内外金属氮化物膜层的研究结果,探究了膜层晶体结构、微观组织的变化规律和提高性能的途径;列举了大量文献进行分析.结果表明:添加C或B元素,可形成"替位式"的金属氮碳化物或氮硼化物膜层,具有明显的固溶强化效应;大部分氮硼化物膜层,都可生成细小的金属硼化物,对性能的提高非常有力;加入Si可以细化晶粒,提高膜层的韧性和耐磨性.在TiN和CrN膜层中加入金属合金化元素(如Al、Zr等),除具有明显的固溶强化效应外,还能显著提高膜层的高温氧化阻力和腐蚀阻力,提高膜层的耐磨性.沉积膜层的显微组织结构,可以通过调整"合金化"元素的比率来改变,并由此可以对膜层性能进行调制.通过"合金化",金属氮化物膜层的晶体结构、微观组织都可以调制,综合性能显著改善和提高.

位移敏感压痕技术评价SiC硬质膜的力学性能

为了解决SiC硬质膜力学性能难测试的问题,提出以Oliver-Pharr模型为基础的位移敏感压痕技术来评价SiC硬质膜的硬度及弹性模量。为了解其可靠性,将此方法用于普通玻璃和不锈钢作为参考。选用厚度为315±15μm的化学气相沉积(CVD)SiC硬质膜作为样品,实验以0.5N/s的载荷速度进行加卸载,载荷峰值取10～30N,结果表明:位移敏感压痕法计算出的普通玻璃和不锈钢的硬度分别为6.5GPa和1.7GPa,传统显微硬度计测试出的结果分别为5.3GPa和1.8GPa,其值比较接近;此方法计算出普通玻璃和不锈钢的弹性模量分别为65.1GPa和178.4GPa,与实际值70GPa和190GPa误差很小,因此表明该方法可靠性良好。利用位移敏感压痕技术得知CVDSiC硬质膜的硬度和弹性模量为37.7GPa和456.4GPa。另外根据维氏压痕形貌,应用JISR1607-1990标准,Anstis,Evans&Charles三断裂韧性公式,计算出普通玻璃和CVDSiC硬质膜KIC均值分别为0.78MPa.m1/2和2.70MPa.m1/2。此方法可广泛用于评价硬质膜的硬度和弹性模量等力学性能。

非平衡磁控溅射结合电弧离子镀制备掺杂DLC硬质膜性能研究

将非平衡磁控溅射和电弧离子镀工艺相结合,并使用霍尔离子源辅助,制备了过渡层为Cr、掺杂Ti和N的DLC薄膜。对DLC薄膜的表面形貌、内部结构、力学性能以及电学性能进行了分析测试,结果表明:膜层中含有sp2键和sp3键结构,硬度达到HV(20g)2600以上,摩擦因数接近0.1,电阻高于2MΩ。

直流PCVD Ti(C_XN_(1-X))硬质膜及其应用

对不同成分的PCVD－Ti（CXN1－X）膜的组织结构及性能进行了研究。结果表明，Ti（CN）膜的高硬度、高致密组织和膜表面因吸附氧而形成的与TiN不同的表面结构是Ti（CN）膜性能优于TiN膜的重要因素。在冷挤压模上应用结果也表明，用PCVD法制备的Ti（CN）膜和TiC膜的使用效果要比TiN膜好得多。

活塞环表面离子镀硬质膜的摩擦学性能研究

为了改善发动机活塞环的摩擦学性能和提高其使用寿命，采用离子镀技术在活塞环表面制备了ＣｒＮ硬质膜，并利用ＳＲＶ摩擦磨损试验机考察了硬质膜的摩擦学特性。研究结果表明离子镀硬质膜的摩擦系数基本与镀铬层一致，但磨损量远低于镀铬层的磨损量；与两种涂层活塞环配副的缸套试样的磨损量基本相当。

等离子体化学气相沉积(PCVD)硬质膜成膜理论

PCVD硬质膜是目前材料表面强化领域的研究热点。介绍了 PCVD硬质膜的成膜理论、特点 ,讨论了等离子体引入化学气相沉积过程中所带来的一些变化 ,给出了现阶段 PCVD成膜理论研究的现状、存在问题及发展趋势。

PVD法制备的(Ti,Al)N硬质膜热稳定性研究

采用空心阴极离子束辅助多弧离子镀技术在高速钢表面沉积(Ti,Al)N硬质膜,并将其分别在空气和保护气氛中、不同温度下加热,研究膜层的热稳定性。利用X射线衍射和差热分析方法确定了相组成及其变化;观察和检测了膜的表面形貌、粗糙度和纳米压痕硬度。结果表明,膜表面粗糙度0.2190,硬度值34.19 GPa,经空气中700℃加热后,膜层中TiN相开始分解生成TiO_2,当温度升至900℃时膜分解开裂,硬度值降至12.27 GPa,失去保护作用。而在保护气氛下,膜层经1200℃高温加热后与未加热膜相比较,物相组成与表面形貌稍有变化,硬度值降为28.23 GPa。显示出(Ti,Al)N膜具有良好的热稳定性。

利用冲蚀法评价硬质膜与底材结合强度的试验研究

作者利用入射速度为40m/s的80~#和100~#白刚玉砂冲击超硬质膜,测定入射粒子量与膜剥离之间的定量关系,确定造成底材开始显露所需的粒子用量(孕育剂量)和冲蚀坑中心部位的膜全部剥离时的最低粒子用量(临界剂量),并以两者之差作为判据,收到了与划痕法通过临界载荷评价膜-底材结合强度的同样效果。试验结果证明,孕育剂量与膜厚呈正变关系,因而通过它可以先求出膜厚,再求出剥离单位厚度膜层所消耗的粒子量(线冲蚀系数),并用其作为膜-底材结合强度的判据,可以扣除膜厚的影响。作者认为,冲蚀法的主要优点是设备简单、操作方便、取样面积大、代表性好,能为各类薄膜工艺提供可信的判据。

(Ti,Al,Si,C)N硬质膜层高温性能研究

采用等离子增强电弧离子镀联合磁控溅射工艺制备了含35%(原子比)C的(Ti,Al,Si,C)N硬质膜层,并利用扫描电镜、X射线衍射仪及高温摩擦磨损试验仪表征了膜层在不同退火条件下的性能及组织演变行为。研究结果表明,复合膜层在低于800℃的退火条件下,膜层仍表现出较高的显微硬度、较低的摩擦系数以及氧化增重率,复合膜层的显微结构并未发生显著的变化。在800℃、氧化7 h后,膜层发生了严重的氧化失效。因此,复合膜层在长时间高温氧化下的性能仍需要进一步提高。

等离子体气相沉积硬质膜工艺技术进展

等离子体化学气相沉积 (PCVD)硬质膜是目前材料表面强化领域的研究热点。介绍了近年来 PCVD硬质膜工艺技术及薄膜性能评价方面的研究现状。

多弧离子镀(Ti,Al,Cr)N硬质膜的沉积工艺与力学性能

采用多弧离子镀技术并使用合金靶制备(Ti,Al,Cr)N多组元硬质膜。利用扫描电镜、X射线衍射仪对(Ti,Al,Cr)N膜层表面及断面形貌、成分、结构等进行观察测定,系统考察了沉积工艺对(Ti,Al,Cr)N膜层质量、硬度、膜/基结合力的影响,通过与Ti N,(Ti,Al)N和(Ti,Cr)N等硬质膜进行比较,发现采用Ti-Al-Cr合金靶所制备的(Ti,Al,Cr)N硬质膜具有更高的硬度和更好的附着力,同时对沉积工艺有较强的适应性。

渗氮-气相沉积硬质膜复合处理技术及其发展

阐述了渗氮 -气相沉积硬质膜复合处理的设计思想。从渗氮 -气相沉积硬质膜复合处理工艺方法的选择、复合处理层组织结构、性能研究等方面介绍了渗氮

旋梭真空镀氮化钛硬质膜的工艺研究

采用真空镀膜方法,在工业缝纫机旋梭表面镀上一层超硬氮化钛薄膜,以此代替传统的化学镀硬铬工艺.

钛合金表面硬质膜层研究进展

综述了近年来钛合金材料表面硬质膜层的研究进展,详述了钛合金表面扩渗层、多元素掺杂复合强化硬质膜层以及多层复合结构强化硬质膜层的研究现状及取得的成果,分析了现有钛合金表面硬质膜层研究存在的问题,指出:钛合金表面硬质膜层的强韧性匹配与界面强化仍需深入研究,同时需有效开展钛合金表面硬质膜层的工程应用研究,促进硬质膜层在钛合金材料表面的产业化应用。

渗氮—气相沉积硬质膜复合处理技术及其发展

渗氮作为一种表面扩散工艺开发至今已70余年,现在使用较为普遍的是气体渗氮和离子渗氮。相对而言,在各种刀具和模具上气相沉积硬质膜却是一项较新的技术。

珠三角地区离子镀工模具硬质膜产业的技术进步

介绍了珠三角地区近年来离子镀工模具硬质膜产业的技术发展状况,列举了所装备的各种国内外先进的镀膜设备,分析了镀膜设备及镀膜技术的特点和进步,评述了所生产和开发的各类工模具硬质膜的性能水平.

国外硬质膜离子镀技术及其进展

本文综合介绍国外硬质膜离子镀技术的近况,分別就硬质膜的应用、新型镀膜材料的性能及其应用等方面作了说明。