Effects of surface roughness of substrate on properties of Ti/TiN/Zr/ZrN multilayer coatings

Ti/TiN/Zr/ZrN multilayer coatings were deposited on Cr_17Ni_2 steel substrates with different surface roughnesses by vacuum cathodic arc deposition method. Microstructure, micro-hardness, adhesion strength and cross-sectional morphology of the obtained multilayer coatings were investigated. The results show that the Vickers hardness of Ti/TiN/Zr/ZrN multilayer coating, with a film thickness of 11.37 μm, is 29.36 GPa. The erosion and salt spray resistance performance of Cr_17Ni_2 steel substrates can be evidently improved by Ti/TiN/Zr/ZrN multilayer coating. The surface roughness of Cr_17Ni_2 steel substrates plays an important role in determining the mechanical and erosion performances of Ti/TiN/Zr/ZrN multilayer coatings. Overall, a low value of the surface roughness of substrates corresponds to an improved performance of erosion and salt spray resistance of multilayer coatings. The optimized performance of Ti/TiN/Zr/ZrN multilayer coatings can be achieved provided that the surface roughness of Cr_17Ni_2 steel substrates is lower than 0.4μm.

Zr-Ti-B-N刀具涂层在600℃恒温过程的演变研究

评估Zr-Ti-B-N刀具涂层在600℃下的耐热能力,研究不同热处理时间对涂层结构和性能的影响规律。采用高功率脉冲磁控溅射和脉冲直流磁控溅射复合技术制备Zr-Ti-B-N涂层,利用高温马弗炉对涂层进行热处理,借助纳米压痕仪、高温摩擦磨损试验机测试热处理后Zr-Ti-B-N涂层的力学性能、摩擦学性能。采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对热处理前后Zr-Ti-B-N涂层的微观结构进行表征,在高温环境下,不同热处理时间对涂层的力学性能、摩擦学性能和微观结构有显著影响。结果证明,在600℃的大气环境下,经1h热处理后,涂层的综合性能稳定,涂层硬度为23.7GPa,临界载荷为31.7N;经2h热处理后,晶粒尺寸逐渐增大,柱状晶结构变得明显,涂层硬度开始下降;经3h热处理后,涂层表面出现明显的氧化膜,晶粒尺寸增大了27.0%,摩擦系数降到最低,为0.66,临界载荷未发生明显变化。

常温下添加剂对有色Ti-Zr转化膜形貌与性能的影响

为揭示有机物、钒盐两种添加剂对Ti-Zr转化膜膜层生长与耐蚀性能的影响,通过涡流测厚仪、扫描电子显微镜、X射线能谱仪、点滴腐蚀法等研究了转化膜的厚度、微观形貌、化学成分及耐蚀性能等.结果表明:同时添加钒盐和有机物,在30 s内即可获得有色的Ti-Zr转化膜,该膜层致密、均匀,表面平整,膜层中氧化物含量明显增加,且相较于无添加剂的Ti-Zr转化膜,膜厚增加了4倍以上,耐点滴腐蚀时间延长了3倍多,腐蚀电流密度降低至原来的1/6、极化电阻提高了3倍以上,耐蚀性能得到显著提高.

Ta-W合金Si-Cr-Ti-Zr涂层组织结构与氧化行为

采用料浆烧结法在Ta-10W合金表面制备了Si-Cr-Ti-Zr涂层,利用内热法在大气环境下测试了涂层在1 400℃的抗氧化性能,通过扫描电镜、电子探针和波谱分析等手段分析了Ta-10W合金Si-Cr-Ti-Zr涂层氧化前后的微观形貌与组织结构。结果表明:原始涂层呈3层结构,从表面到基体的组织依次为(Zr,Cr,Ti)Si_2→(Ta,W)Si_2→(Ta,W)_5Si_3→Ta合金;1 400℃高温下保持10 h,涂层仍可有效防护钽合金基体不失效;涂层高温抗氧化机理在于形成了致密的(Si,Zr,Cr,Ti)O_2复合氧化膜,有效减缓了氧元素向内扩散的速率。

钛合金及其表面沉积Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜的冲蚀行为

采用多弧离子镀技术在TC11钛合金表面制备了厚度为18.7μm的Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜,用45μm白刚玉通过微喷砂试验机评价TC11钛合金及Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜在30°和90°攻角下的抗冲蚀性能,并分析其冲蚀机理。结果表明:30°攻角下,冲蚀砂量为70g时,Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜被冲破,此时该多层膜的冲蚀坑深度为21.88μm,TC11钛合金基材为269.9μm。90°攻角下,冲蚀砂量为20g时,Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜被冲破,此时该多层膜的冲蚀坑深度为8.95μm,TC11钛合金基材为46.96μm。30°攻角下,钛合金的冲蚀以微切削为主,多层膜以微切削和微断裂为主。在90°攻角下,钛合金的冲蚀以点坑冲蚀为主,多层膜以裂纹萌生扩展和点坑冲蚀的混合冲蚀为主。

铝合金Ti/Zr/Mo复合盐化学转化成膜机理

Ti/Zr无机盐转化是目前替代六价铬工艺研究得最多的一类无铬转化工艺,而在其基础上添加Mo的研究还鲜见报道。通过化学转化方法在6063铝合金上得到了一层Ti/Zr/Mo复合有机盐的无铬有色膜。利用扫描电镜(SEM-EDS)、X射线光电子能谱(XPS)等方法研究了有色膜元素组成及形貌。结果表明:经有色转化处理后,铝合金试样表面由原来的灰色转变为紫红色,Al、Mg、Ti、Mo、O、F是转化膜主要组成元素。成膜过程大致可分为两个不同的阶段:首先F-侵蚀基材,与合金元素Mg键合成MnF_2,同时元素Al的侵蚀会导致Al_2O_3物相在微阴极区沉积形成;随后溶液中Mo、Ti金属离子发生相应阴极还原及水解反应,主要生成物为TiO_2与Mo_2O_5。膜层显色得益于后续Mo及Ti的氧化物的大量生成覆盖。

Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜对钛合金疲劳性能的影响

采用真空阴极电弧沉积技术在TC11钛合金基体上沉积约10μm厚的Ti/Ti N/Zr/Zr N多层膜,通过对比镀膜前后试样的屈服强度、抗拉强度、疲劳强度、疲劳寿命,以及断口形貌,研究沉积Ti/Ti N/Zr/Zr N多层膜对基体疲劳性能的影响,探讨疲劳断裂机理。结果表明:多层膜对TC11钛合金基体材料的屈服强度和抗拉强度影响不大,但由于膜层硬而脆而降低了基体材料的收缩率和延伸率;多层膜提高基体材料的疲劳极限;低应力下,裂纹源在多层膜表面萌生,并向内部扩展,在多层结构的膜层界面处受到阻碍,发生偏转,从而提高基体疲劳寿命;高应力下,膜层容易破裂,裂纹源增多,降低基体疲劳寿命;应力水平在520 MPa到650 MPa范围内,疲劳寿命增量从+40.82%降到-36.88%。

Ti/Zr化学转化体系在多种铝合金与镀锌钢上的应用研究

多种铝合金和钢铁材料兼顾的底涂工艺技术已成为新能源汽车轻量化车身制造的重点需求。在6061、7075铝合金和镀锌钢上开展了基于钛/锆复合体系的多种金属表面化学转化研究。通过硫酸铜点滴实验考察了H_(2)TiF_(6)浓度、H_(2)ZrF_(6)浓度及工艺参数对3种金属表面膜层耐蚀性的影响,并利用电化学测试方法对其膜层耐蚀性的优劣进行了验证;使用扫描电镜及能谱仪观察分析了转化膜表面形貌及元素构成。结果表明:当H_(2)TiF_(6)浓度在1.60~2.00 mL/L、H_(2)ZrF_(6)浓度在0.80~1.30 mL/L、转化时间在90~150 s、pH值在3.5~4.5、温度处于30~40℃之间时,3种金属材料经转化后,其耐蚀性较为良好。与空白样品对比,3种金属试样的J_(corr)均有明显下降,且空白样品的E_(corr)明显低于其他试样。EIS谱显示转化后的3种金属的膜层电阻R_(ct)较空白样品的有明显增大。SEM形貌展示了不同时间下样品表面微观形貌的差异,在120 s时6061铝合金、7075铝合金、镀锌钢表面的微孔和裂缝明显更少。

铝合金表面Ti-Zr转化膜的制备及腐蚀行为研究

为进一步提高铝合金的耐蚀性,以H2TiF6和H2ZrF6为主成膜剂,六偏磷酸钠为辅助成膜剂,在LY12铝合金表面制备了Ti-Zr转化膜,系统地研究了转化液pH值和转化时间对转化膜耐蚀性的影响。通过SEM、EDX、电化学测试、全浸试验等研究了转化膜表面形貌-成分-耐蚀性之间的关系。结果表明:转化温度为40℃时,最佳转化液pH值为4.5,最佳转化时间为15 min;转化膜层中主要含有Ti、Al、O元素,另含有少量Zr元素,推测转化膜的主要成分为TiO_(2)、ZrO_(2)、Al_(2)O_(3),生成的连续致密氧化膜能明显抵御Cl^(-)的侵蚀,显著提高其耐蚀性。

铝合金环境友好型Ti-Zr系转化膜耐蚀性研究

采用环境友好型Ti-Zr系处理液与传统铬酸盐处理液分别在30s、60s、90s、180s、240s、300s成膜时间下对铝合金试样进行成膜处理,通过对成膜厚度、平均膜重、抗重铬酸点滴测试,结果表明:两种转化膜成膜都较为均匀,钛锆系转化膜只能30s~180s范围内持续钝化,超过180s后钛锆系转化膜出现膜层疏松的自溶解过程,铬酸盐处理液能够使铝合金试样在30s~300s范围持续钝化成膜。通过光学显微镜及SEM对成膜样品微观形貌进一步分析,结果表明:铬酸盐转化膜较钛锆系转化膜更加致密,膜层更加稳定,耐蚀性较强,Ti-Zr系处理液配方需进一步优化改进。

Zr-Al二元合金的表面预处理及化学镀Ni-P工艺

利用化学镀对铸态Zr-Al二元合金进行表面处理,在经过除油、酸洗、化学转化处理等预处理工序后,在化学镀液中施镀在合金表面生成Ni-P镀层。利用扫描电镜和X射线衍射仪对合金、化学转化膜以及化学镀层的组成及微观结构进行表征。结果表明:铸态Zr-Al合金由α相(α-Zr)和β相(Zr2Al)组成,其中基体为α相,β相沿晶界呈非连续分布;经锌系化学转化处理后合金表面形成以Zn3(PO4)2.H2O为主要成分的化学转化膜,该膜由细小的片状晶体颗粒密排堆积而成;在此基础上进行化学镀镍磷处理,在铸态Zr-Al合金表面得到Ni-P镀层,其表面颗粒均匀,无明显孔隙缺陷,结合紧密,镀层与基体结合良好。

5052铝合金Ti-Ce转化膜的性能

为了消除铬酸盐处理六价铬的危害,室温下在5052铝合金表面制备了环保型Ti-Ce转化膜。通过正交试验确定了转化液的最佳组成:1.0 g/L Ce(NO3)3.6H2O,4.0 g/L NaF,4.0 g/L Ti(SO4)2,1.5 g/L H2O2,2.0 g/L EDTA;同时采用单因素法研究了转化液pH值对转化膜厚度的影响,采用中性盐雾试验考察了转化膜的耐蚀性,并通过扫描电子显微镜和能谱仪分析了转化膜的微观形貌和成分。结果表明:Ti-Ce转化膜通过了96 h的中性盐雾测试;转化膜均匀且缝隙较少,主要含有C,O,F,Al,Ti,Ce等元素,不含有害物。

铝合金红色Zr-Se化学转化膜的制备及性能研究

为了开发一种耐蚀性优异、表面带颜色且与漆膜结合力良好的铝合金化学转化技术,在室温条件下采用氟锆酸钾和二氧化硒为主盐,在6063铝合金表面制得了红色的Zr-Se化学转化膜。利用电化学工作站、能谱仪(EDS)和X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、点滴试验、划格试验等对转化膜的耐蚀性、成分结构和表面形貌等进行了测试表征,同时对转化膜的成膜机理进行了分析。结果表明:转化处理后铝合金的自腐蚀电流密度远小于未经过转化处理的铝合金的。铝合金红色转化膜层主要是由Na3AlF6、ZrO2、Se和复杂的有机螯合物等构成,说明制备出的转化膜层是一个高度异构的复杂系统。铝合金表面转化膜呈椭圆形,均匀致密,有利于增大膜层和漆膜的结合能力。转化膜耐蚀性与传统的铬酸盐转化膜较为接近;转化处理后的铝合金与清漆具有良好的结合能力。

AZ31B镁合金表面植酸改性V/Zr转化膜的耐蚀性

为了进一步提高镁合金表面V/Zr转化膜的耐蚀性,在转化液中加入植酸,在AZ31B镁合金表面制备了植酸改性V/Zr转化膜。采用扫描电镜、能谱分析、傅里叶红外光谱、中性盐雾试验、电化学测试及厚度仪分析了转化膜的性能,并对转化液配方及工艺条件进行了优选。结果表明:转化液最佳配方为3.0 g/L偏钒酸钠,2.0 g/L氟锆酸钾,1.0 m L/L植酸;最佳工艺参数为温度50℃,p H值2.0,时间15 min;植酸改性后转化膜主要由C,P,O,F,Mg,Al,V,Zr元素组成,呈无定形结构,耐中性盐雾时间为140 h,较改性前增加了60 h,其腐蚀电位较改性前正移了91 m V,自腐蚀电流密度减小了1个数量级,膜厚较改性前增加2.73μm,转化膜耐蚀性显著提高。

激活后的NEG薄膜在氖气保护下的应用研究

NEG薄膜目前已成为新一代同步辐射光源储存环真空室表面处理的主要手段,HALF光源拟采用镀Ti-Zr-V NEG薄膜的方式以满足储存环真空度的设计要求。在一些情况下,需要打开真空室以更换某些故障件或安装插入件等,这将使NEG薄膜暴露大气,严重损伤薄膜的吸气性能及使用寿命,此外也需要数周时间使真空度恢复到原有水平。因此采取向真空室充入Ne气的方法能在一定程度上保护激活后的NEG薄膜,从而避免再次激活薄膜以延长使用寿命和节省时间,另外进行了充入N_(2)的对比实验。结果表明,充入Ne气后,真空度恢复后能满足静态真空度的要求,无需激活,从而延长NEG薄膜的使用寿命并且节省时间。而充入N_(2)后,真空度恢复后达不到静态真空度的要求。但通过低温激活,NEG薄膜均能恢复一定活性并达到静态真空度要求。相对于N_(2),在Ne气保护作用下真空度恢复的更好。通过对残余气体的分析,发现低温激活前后Ne的含量均极低,对束流的稳定性不会产生影响,进一步证明了充入Ne气的可行性。

6063铝合金着色钛锆转化膜结构和耐蚀性能的研究

为了获得性能优异的有色钛锆转化膜层,利用正交试验确定了组分为六氟钛酸、六氟锆酸、含锰成膜剂和有机酸的6063铝合金转化处理液的较佳配方,并分析了转化膜的表面形貌、成分及耐蚀性能。分析结果表明:生成的转化膜为淡黄色,且均匀、连续;转化膜中含有钛、锆元素,其腐蚀电位和腐蚀电流密度比裸6063铝合金明显降低,说明钛锆转化膜可以更好地抑制铝合金的阴极反应,从而更有效地提高铝合金的耐蚀性能。

铝合金表面钛锆转化膜的性能

为开发出可替代铝合金表面铬酸盐转化工艺,以2024铝合金为基体,采用钛酸盐、锆酸盐为主盐,制备了金黄色与灰色2种无铬钛锆转化膜,并与阿洛丁铬酸盐转化膜进行性能对比。通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)、盐雾试验、动电位极化曲线和电化学阻抗谱对3种转化膜的表面形貌、成分、耐蚀性能及防护机制进行分析表征。结果表明:2种钛锆转化膜表面平整、无明显缺陷,但呈现出不同的微观形貌特征;经168 h中性盐雾试验,二者均无明显腐蚀产物产生;2种钛锆转化膜极化曲线呈现出较为明显的钝化区,膜层电阻也随浸泡时间的延长逐渐增加,但其模值|Z|要远低于铬酸盐转化膜,灰色钛锆转化膜的防护性能要优于金黄色钛锆转化膜。

2024铝合金表面有色钛锆转化膜的制备与性能研究

为解决铝合金表面高耐蚀、无铬有色钛锆转化膜的制备难题,以2024铝合金为基体,采用钛酸盐、锆酸盐为主盐,单宁酸为着色剂并加入缓蚀剂,制备了一种有色钛锆转化膜。通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)、中性盐雾试验、动电位极化曲线和电化学阻抗对有色转化膜的表面形貌、成分及耐蚀性能进行了表征和分析。结果表明:制备的钛锆转化膜均匀平整,无明显缺陷;处理后的2024铝合金经168h中性盐雾试验,膜层颜色略有变浅,但无明显腐蚀产物生成,转化膜腐蚀电位升高了270 m V,腐蚀电流密度降低了2个数量级,极化电阻增加了1个数量级;转化膜在腐蚀过程中自钝化作用及腐蚀产物的封闭阻挡作用是膜层具有较好防护性能的主要原因。

(Ti,Zr)N复合薄膜的微观结构及性能

利用电弧离子镀方法 ,对独立的Ti靶和Zr靶的电流进行控制 ,成功地在高速钢基体上制备了不同成分配比的 (Ti,Zr)N薄膜 .透射电子显微镜结果表明 :(Ti,Zr)N薄膜为单一的fcc结构 .采用X射线衍射分析显示 :(Ti,Zr)N薄膜出现分离的 (Ti,Zr)N、(Zr ,Ti)N、TiN、ZrN的混合相结构 .(Ti,Zr)N膜层随弧电流的增加 ,择优取向从 (2 2 0 )→ (111) (2 2 0 )→ (111)变化 .显微硬度测试表明 ,薄膜具有很高的硬度 ,在较宽的成分范围内硬度基本保持一致 .同时探讨了 (Ti,Zr)N薄膜的宏观残余应力、显微硬度之间的关系及其微观机制 .

室温下6063铝合金着色钛锆转化膜的制备及性能

在6063铝合金表面形成了着色钛锆转化膜。用SEM/EDX分析了转化膜的表面形貌及成分,采用电化学工作站和点滴实验研究了转化膜的耐蚀性能,并对着色钛锆转化膜的成膜机理及耐蚀机理进行了分析。结果表明,添加锰盐和有机酸,可生成蜂窝状的着色转化膜,膜层更致密;转化膜的腐蚀电位更低,且腐蚀电流密度明显降低,说明钛锆钝化液中添加锰盐和有机酸,可以更好地抑制铝合金的阴极反应,从而更有效地提高铝合金的耐蚀性能。