PVD涂层刀具铣削45钢磨损机理分析

采用PVD涂层硬质合金刀具对45钢材料进行切削加工实验,研究其磨损机理。采用不同Ti, Al比例的TiAl金属靶材制备TiAlN和AlTiN涂层,同时延长AlTiN涂层时间;通过TiSi金属靶材实现Si的掺杂并制备TiAlSiN涂层,进一步提高涂层的硬度和自润滑性。结果表明,在铣削45钢时,刀具前刀面出现涂层崩缺、黏结、微裂纹和崩刃等磨损形式,刀具后刀面出现黏结层、条纹、崩刃、凹坑等磨损形式。PVD涂层刀具的磨损机理主要为黏结磨损、磨粒磨损、扩散磨损和氧化磨损。

转子钢20Cr13表面硬质PVD涂层摩擦磨损性能分析

通过多弧离子镀与磁控溅射结合工艺在20Cr13表面分别制备CrN、TiN、TiAlCrN3种PVD涂层,研究3种涂层的摩擦磨损性能。结果表明,各类涂层均能提升基材性能,其中TiAlCrN涂层试样硬度较高(67 845 N/mm~2),CrN涂层试样薄膜结合力较高(30 N)、表面质量较优,TiN涂层试样对比另外两种涂层试样性能较差。TiAlCrN涂层试样摩擦因数较高(0.619),其硬度高、结合力好、耐磨损能力较强。在摩擦磨损试验中TiAlCrN涂层与CrN涂层表面所形成的耐磨、抛光作用的氧化膜增强了基底耐磨性能。综合考虑,TiAlCrN涂层为转子表面理想耐磨涂层。

不同等离子气比例对PS-PVD射流及涂层结构影响研究

等离子物理气相沉积(PS-PVD)一般采用高氦气流量和高喷枪输入功率的工艺,获得具备优异性能的柱状/准柱状结构热障涂层。研究了低氦气流量和低喷枪输入功率条件下,沉积位置对应等离子射流中心的能量变化规律,及对涂层微结构的影响。结果表明:采用适配工艺优化的氧化锆粉体材料,在90 L/min等离子气总流量条件下,Ar/He体积比从1∶2调整至2∶1,氦气流量降低,均能获得准柱状结构涂层。Ar/He体积比1∶1条件下射流能量最高,此时He对等离子射流收束作用减弱,制备涂层的柱状晶厚度降低、柱状晶间冷凝颗粒增多,涂层沉积效率明显降低;总气流量120 L/min,Ar/He体积比2∶1,可获得液相沉积为主的致密涂层结构。结合各元素特征峰的光谱分析结果,ZrⅠ特征峰强度在Ar/He体积比1∶1条件下最高,之后随着Ar/He体积比降低,He对等离子射流气相的约束及对等离子射流的能量场的综合影响决定了涂层微结构特性。

一种PVD涂层激光去除设备的设计

PVD(物理气相沉积)涂层是一种材料的表面处理技术。它广泛的应用在包括金属、合金和陶瓷材料的表面处理,可提高材料表面的硬度、耐磨性、耐腐蚀性和装饰性等。PVD涂层可以根据应用分为两大类:功能性涂层和装饰性涂层。功能性涂层主要用于延长材料的使用寿命并提高其整体性能,而装饰性涂层则用于改善零件的外观。本文介绍一种PVD涂层激光去除设备,可有效去除多层涂层,无机械损伤,具备绿色环保,无介质、无化学试剂,无二次污染物等优点,实现激光退镀“光过无痕”。

新型PVD刀具切削排水板试验研究

基于隧道工程中排水板清障工程,设计一种新型的PVD刀具,并开展对排水板的切削试验。试验结果表明:PVD刀具可以对排水板倒下(状态1)和排水板竖立(状态2)下的排水板进行良好的切削;状态1的普遍切削受力未超过0.5 kN,拉断时的z向力为0.96 kN,状态2不同切深下的刀具受力变化较小,所有工况均超过0.5 kN。试验证明了新型PVD刀具可以应用于排水板切削清障工程中。

用于PVD电源的新型三相LCC变换器

PVD直流等离子体电源在电源领域属于特种应用产品,广泛应用于集成电路制造中的金属及非金属材料溅射镀膜。针对集成电路制造产业中对PVD直流等离子体电源的应用需求,本文提出一种用于PVD电源的新型三相LCC变换器。

45钢表面TD-Cr/PVD-CrN复合涂层磨蚀性能

目的采用热扩散(TD)渗金属技术和物理气相沉积(PVD)技术对45钢表面进行强化,以提升45钢表面硬度和抗磨蚀性能,延长45钢的使用寿命。方法采用热扩散渗金属技术和物理气相沉积技术制备TD-Cr、PVD-CrN及TD-Cr/PVD-Cr N(Cr/CrN复合涂层)3种涂层。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)研究涂层的微观形貌、元素分布和物相组成。通过纳米压痕研究涂层的硬度、弹性模量。通过摩擦磨损实验和电化学腐蚀实验,研究涂层的摩擦性能和腐蚀性能。结果TD-Cr、PVD-Cr N、TD-Cr/PVD-Cr N 3种涂层的组织结构均致密均匀,厚度分别为19.78、1.075、32.24μm。TD-Cr/PVD-Cr N涂层的硬度达到28.7 GPa,高于其他涂层,同时,Cr/Cr N复合涂层的弹性模量和弹性恢复能力均优于其他涂层。在盐水环境下,TD-Cr、PVD-Cr N、TD-Cr/PVD-CrN的摩擦因数分别为0.52、0.38、0.35,磨损体积分别为26、0.15、0.05,TD-Cr/PVD-CrN展现出较好的耐磨性能。在盐水环境下,TD-Cr/PVD-CrN涂层的抗腐蚀性能略低于TD-CrN涂层。结论综合看来,TD-Cr/PVD-CrN复合涂层可以有效提升45钢的表面抗磨蚀能力,延长其使用寿命。

PS-PVD制备YSZ热障涂层的CMAS腐蚀行为研究

热障涂层(TBCs)广泛应用于先进航空发动机热端部件,有效延长了发动机热端部件的服役寿命,成为先进航空发动机必不可少的热防护材料。但在服役过程中一些大气沉积物CMAS加热后变为熔融体吸附在热障涂层表面,并沿着孔隙和裂纹等缺陷渗透至涂层内部,诱导涂层过早失效。采用等离子-物理气相沉积技术(PS-PVD)制备YSZ热障涂层,利用XRD、SEM等表征手段,对不同腐蚀时间的涂层物相成分、微观结构进行了表征。研究结果表明,YSZ涂层在1250℃下经过CMAS腐蚀后发生了相变;随着腐蚀时间的增加,CMAS沉积物会沿着热障涂层类柱状晶间隙渗透至内部,导致涂层结构出现疏松,并且在陶瓷层上部区域出现了类柱状晶断裂现象,涂层宏观表现为部分陶瓷层剥落;腐蚀8 h后陶瓷层部分区域出现了类柱状晶从粘结层上整体剥离;CMAS渗透深度随腐蚀时间的增加不断加大,在腐蚀3 h内其渗透速度相对较快,腐蚀3 h以后其渗透速度会相对变得缓慢。

PS-PVD工艺中非视线沉积对涂层微结构的影响

等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)工艺由于具有非视线沉积效果,在加工复杂型面和多联体导向叶片表面热障涂层具有高均匀性的优势而被广泛关注。为了进一步研究PS-PVD高能、高速射流的非视线沉积效果,验证固定直径圆柱挡杆(Φ22 mm)不同距离遮蔽对平面沉积样品沉积行为的影响。结果表明:无遮蔽条件下,基体表面涂层厚度分布呈中部厚而四周薄,呈现高斯峰分布特征,涂层最大厚度为135μm;有遮挡条件下,涂层厚度呈现双峰的结构特征,在15 mm的遮挡距离时,遮挡区域基体沉积的涂层最薄,其他遮挡距离下,涂层厚度在0~40μm之间变化。对遮蔽区域位置涂层显微形貌进行分析,发现不同位置的遮蔽区域正后方,气相的速率和浓度明显降低,导致柱状结构生长时形成气相沉积为主的结构,同时扩散速率较低导致气相生长较慢;在遮蔽区域的边缘,由于遮蔽效应,涂层中的冷凝颗粒明显增多;遮蔽区域涂层厚度明显降低,且挡杆距基体距离越远,遮蔽区域的厚度分布越不规则,受射流的扰动影响越大。

铝掺杂对转子钢20Cr13表面PVD涂层防腐耐冲性能影响

为强化双螺杆压缩机转子表面防腐耐冲性能,本文通过多弧离子镀/磁控溅射复合工艺,在转子基材20Cr13表面分别制备CrN、TiN、TiAlCrN三类PVD涂层,研究三类涂层的力学性能及Al元素掺杂对硬质氮化物涂层防腐耐冲性能的影响。试验结果表明:CrN、TiN、TiAlCrN三类PVD涂层能够显著提升转子基材20Cr13表面硬度。通过Al元素的掺杂,涂层发生固溶强化,从而显著提升氮化物涂层的硬度,但TiAlCrN涂层孔隙率较高,耐腐蚀性能较差。TiAlCrN涂层由于硬度较高、薄膜结合力高,其耐冲蚀性能较好。

PS-PVD热障涂层柱状结构沉积调控及表面改性

等离子-物理气相沉积(PS-PVD)具有涂层多结构调控的特性,为高隔热、长寿命热障涂层的制备提供可能,是实现未来高性能航空发动机发展的关键技术之一。PS-PVD柱状结构涂层独特的微观结构使其兼具高隔热和热循环寿命长的双重优势,在航空发动机热障涂层领域有着广阔的应用前景。但PS-PVD柱状结构涂层工艺调控是在大量的实验基础上实现的,缺少相关的理论研究,而且高孔隙率的柱状结构涂层面临的CaO-MgO-Al 2O 3-SiO 2(CMAS)腐蚀失效问题仍然限制着涂层的使用。本文从涂层结构特征入手,阐述了沉积单元相态对涂层结构的影响规律,揭示了柱状结构涂层的气相沉积机理。在此基础上分析了涂层结构的工艺影响,并基于涂层材料在射流内的相态转变,从理论层面阐明了工艺参数调控的本质。此外,分析了PS-PVD柱状结构涂层CMAS腐蚀失效机理,阐述了表面镀铝改性对涂层抗CMAS腐蚀性能的影响机制,并对PS-PVD涂层结构调控和性能提升以及PS-PVD技术在环境障涂层和功能薄膜等领域的应用进行了展望。

氦气纯度低导致PVD腔室冷泵异响问题的分析方法

冷泵是PVD设备重要的组成部分,主要负责保持腔室内的真空环境,它利用高纯度氦气的压缩膨胀循环来达到冷板低温,通过低温冷板捕捉腔室内的气体达到高真空度的环境。若冷泵出现故障,将直接影响腔室内的真空度,间接地影响晶圆的加工质量;本文主要介绍由于氦气纯度低导致冷泵异响的一种分析方法。

团聚粉末粒度对PS-PVD制备GYbZ热障涂层的性能影响

目的探究不同粒度的微米级团聚粉末对等离子喷涂–物理气相沉(PS-PVD)制备GYbZ热障涂层性能的影响。方法以微米团聚的(Gd_(0.9)Yb_(0.1))_(2)Zr_(2)O_(7)(GYbZ)粉末为原料,通过PS-PVD工艺在镍基高温合金表面用3种不同粒径团聚粉末制备GYbZ热障涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析GYbZ热障涂层的微观结构及相组成,采用电子万能试验机测试涂层的结合强度,采用自动水淬机对涂层的抗热震性能进行测试。结果随着团聚粉末粒度的减小,团聚粉末的球形度会变低,且粉末的孔隙率逐渐变大,团聚粉末粒度越小,喷涂的气化率越高,涂层中未熔粒子越少,涂层羽–柱状结构越明显。D50=13μm的团聚粉末在喷涂时,因粉末粒度过小,以及流动性较差,送粉过程中部分粉末未能顺利地通过喷嘴到达等离子焰流的中心,涂层的沉积率会略微降低。GYbZ团聚粉末衍射图呈现出Gd_(2)Zr_(2)O_(7)与Yb_(2)O_(3)这2种相的堆叠,而GYbZ涂层衍射图呈现单一的缺陷萤石结构。同时随着团聚粉末粒度的减小,制备出相应涂层的力学性能和抗热震性能有着明显的提高。结论采用D50=13μm的团聚粉末制备的涂层具有完整的羽毛–柱状结构,且拥有最高的结合强度及最好的抗热震性能。

EB-PVD在热障涂层中的失效研究分析

电子束物理气相沉积(EB-PVD)是航空发动机涡轮叶片热障涂层(TBCs)的先进制备技术。随着EB-PVD TBCs的深入研究,TBCs失效也引起了众多研究者的重视。对EB-PVD TBCs的TGO(热生长氧化物)生长失效和CMAS(钙、镁、铝和硅酸盐)高温侵蚀失效两种主要机制进行了总结,分析了其失效机制和影响因素,以期为EB-PVD在TBCs中的应用提供理论基础。

Ni含量对CrNiN涂层结构及抗粘耐蚀性能的影响

为了提高塑料机械螺杆的抗粘耐蚀性能,采用多弧离子镀技术在38CrMoAl基体上制备了不同Ni含量的NiCrN涂层,系统研究了Ni含量对涂层结构、硬度、抗粘性能以及耐蚀性能的影响。结果表明,制备的涂层层间界面清晰完整,主要由Ni相、Cr_(2)N及CrN陶瓷相组成。随着涂层中Ni含量增加,涂层与基体结合更加牢靠,而接触角呈现先降低后升高趋势,当Ni含量为7.65%时,达到最大值。盐雾腐蚀实验和电化学腐蚀实验结果表明,Ni含量为7.65%的涂层耐蚀效果最好。当Ni含量为7.65%时,CrNiN涂层具有最佳的综合性能,有效地提高了注塑机螺杆、注塑模具的使用寿命。

国内PVD技术应用与研究现状

在总结目前国内商业应用刀具PVD技术的发展状况的基础上,介绍了国内纳米超硬薄膜的研究现状及特点;分析了国内当前PVD技术应用与研究所存在的问题,提出了研究、开发的新思路。

EB-PVD热障涂层对IC10合金力学性能的影响

采用电弧离子镀技术在IC10合金基体上制备NiCrAlYSi粘结层,利用电子束物理气相沉积(EB-PVD)技术在粘结层上制备YSZ陶瓷面层。研究了YSZ热障涂层对IC10合金拉伸、持久、疲劳性能的影响。结果表明:IC10合金沉积YSZ热障涂层后,980℃/200MPa高温持久寿命与IC10合金相当;900℃高温抗拉强度σb、屈服强度σ0.2、伸长率δ和断面收缩率ψ与基体相比,基本保持不变;室温抗拉强度σb、屈服强度σ0.2与基体相比稍有下降;800℃/447MPa疲劳寿命与基体合金相当。因此,IC10合金沉积TBCs涂层后,对IC10合金力学性能无明显影响,不影响合金的实际使用。

PVD陶瓷覆膜工艺对控压节流阀耐冲蚀性能影响研究

采用PVD陶瓷覆膜工艺对控压钻井节流阀阀芯表面处理,通过实验对比研究不同表面覆膜处理的阀芯耐冲蚀性能。结果表明,经过冲蚀后,Ti Al N涂层材料阀芯的质量损失约为Ti N涂层材料的1/3,Ti Al N涂层材料阀芯冲蚀最严重处表面轮廓损失约为Ti N涂层材料的1/2,Ti Al N涂层材料在提升控压钻井节流阀耐冲蚀性能和使用可靠性上较Ti N涂层材料优越。

摩擦力—划痕法评定PVD多层薄膜结合强度研究

采用摩擦力 -划痕法评定了 PVD Ag- Cu/Ti/stainless!steel双层薄膜的结合强度 ,测得其顶层与底层及底层与基体间的临界荷载值分别为 LC1、LC2 ,其中 LC1随膜厚的增加而减小 ,LC2 随膜厚的增加变化不大 ,且和Ti单层膜的 LC值相近。这与膜厚及膜内应力变化有关。实验结果表明 ,采用摩擦力 -划痕法评定多层薄膜结合强度有其独特的优点。可以确定多层膜中不同膜层的 LCi值 ,并以此来表征各层或某些层的结合强度值。

Kinetic Monte Carlo模拟PVD薄膜生长的算法研究

提出kinetic Monte Carlo模拟物理气相沉积(physical vapor deposition,简写为PVD)薄膜生长的新算法:用红黑树搜索实现跃迁路径选择及系统跃迁概率更新,通过比较红黑树搜索、线性查找、满二元树搜索的计算效率,综合分析了这3种方法的时间复杂度和空间复杂度。结果表明红黑树搜索优于其它两种搜索方法,模拟效率最高,更适合用于执行大系统的kinetic Monte Carlo模拟。