TiAlN基薄膜的研究进展

综述了TiAlN薄膜、TiAlN纳米多层膜、TiAlN纳米复合薄膜的研究进展,主要介绍了3种薄膜的硬度、摩擦磨损等性能,并对影响其性能的因素进行了分析,提出了薄膜制备所存在的问题,最后对其今后的发展做了展望。

负偏压对电弧离子镀复合TiAlN薄膜的影响

采用电弧离子镀技术,以W18Cr4V高速钢为基体,调整基体负偏压,制得多个复合TiAlN薄膜试样,研究了基体负偏压对薄膜微观组织形貌、物相组成、晶格位向、硬度、厚度和沉积速率的影响。结果表明,过高或过低的负偏压会使得膜层表面不平整,显微硬度下降。当负偏压为200 V时,膜层的沉积速率最大;负偏压为150 V时,有利于薄膜(111)晶面的择优取向生长,且TiAlN膜的硬度最高。

铝靶电流对TiAlN薄膜组织结构与性能的影响

采用非平衡磁控溅射离子镀技术在YG6硬质合金表面沉积Ti Al N薄膜,研究Al靶的溅射电流对TixAl1-xN薄膜组织结构与性能的影响。利用X线衍射仪、扫描电子显微镜和显微硬度仪等分析仪器对制备的TixAl1-xN薄膜的相结构、表面形貌和显微硬度进行测试分析。测试结果表明:膜层中存在Ti3Al N、Al N相,且Ti3Al N沿(220)晶面择优取向。SEM测试表明,随Al靶功率的提高,膜层晶粒结构变得更致密。显微硬度仪测得薄膜平均硬度最高可达2 980 HV。

多弧离子镀沉积TiAlN/TiN多层膜的结构与性能

为研究调制周期对薄膜结构和性能的影响,采用多弧离子镀技术在高速钢上制备TiAlN/TiN多层膜,通过改变调制周期制备了不同层数的TiAlN/TiN多层膜,使用扫描电子显微镜(SEM)、XP-2台阶仪、X线衍射仪(XRD)和维氏硬度计对薄膜的表面形貌、厚度、物相结构和硬度进行测量,并对实验结果进行分析和讨论.结果表明:TiAlN/TiN多层薄膜中膜层的择优生长方向主要表现为Ti Al N相的(0010)取向;调制周期的改变对薄膜的沉积速率基本没有影响;随着调制周期的减小,样品的表面质量提高,显微硬度明显变大.

TiAlN/VN纳米多层膜的微结构与力学和摩擦学性能

采用反应磁控溅射制备了Ti Al N/VN纳米多层膜,并使用X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、纳米压痕仪和多功能摩擦磨损试验机对多层膜的微结构与力学和摩擦学性能进行了表征和分析。研究结果表明:不同调制周期的Ti Al N/VN多层膜均呈典型的柱状晶生长结构,插入VN层并没有打断Ti Al N涂层柱状晶的生长。在一定调制周期下,Ti Al N/VN纳米多层膜中的Ti Al N和VN层之间能够形成共格生长结构,其硬度和弹性模量相比于Ti Al N单层膜均有显著提升,其中,Ti Al N(10 nm)/VN(10 nm)的硬度和弹性模量最大增量分别达到39.3%和40.9%。Ti Al N/VN纳米多层膜的强化主要与其共格界面生长结构有关。另外,Ti Al N单层膜的摩擦系数较高(~0.9),通过周期性地插入摩擦系数较低的VN层能够使得Ti Al N的摩擦系数大大降低,Ti Al N/VN纳米多层膜的摩擦系数最低为0.4。

氮气流量对复合离子镀TiAlN薄膜性能的影响

利用电弧离子镀和磁控溅射相结合的复合镀技术,在300 V偏压、不同氮气流量下制备了一系列TiAlN薄膜.利用XP-2台阶仪、XRD、SEM和纳米力学测试系统分别对薄膜的沉积速率、晶体结构、表面形貌、硬度和弹性模量等进行测试和分析.实验结果表明:随着氮气流量的增大,薄膜的表面质量逐渐提高,薄膜的硬度和弹性模量均随氮气流量的增大呈现出先增加后减小的变化趋势.

硼硅玻璃表面沉积TiAlN/SiN薄膜的结构及性能

采用连续式磁控溅射技术在硼硅玻璃表面沉积了TiAlN/SiN复合薄膜。制备的复合薄膜表面光滑致密,内层TiAlN薄膜为柱状晶结构,厚度约为109 nm,外层SiN薄膜为非晶结构,厚度约为67 nm。纳米压入测试复合薄膜的硬度可达15 GPa,随着氧化温度的增加,近表面区域的硬度显著增加。与TiAlN薄膜相比,TiAlN/SiN复合薄膜具有高的韧性和耐划擦性能。硼硅玻璃表面沉积的TiAlN/SiN复合薄膜可耐700℃高温氧化而薄膜颜色不发生变化。

钛合金表面多弧离子镀TiAlN薄膜微观组织结构及性能研究

采用多弧离子镀技术在TC11钛合金基体上沉积了TiAlN涂层。金相截面组织观察和扫描电镜表面形貌照片显示,制备出的膜层连续、光滑、孔隙率低、组织致密;X射线衍射分析表明,膜层的相结构中大致含有以下组成相:(Ti,Al)N、Ti2AlN、Ti。用EDS能谱分析对膜层中的元素含量进行了测定,发现Al元素出现了成分负偏析。性能测试表明,TiAlN膜具有较高的硬度和膜/基结合力。

凸模表面沉积TiAlN涂层提高模具寿命的研究

介绍了在硬质合金MC30、KD20基体上沉积TiA1N涂层的方法，在MC30基体上沉积的涂层具有更高的显微硬度、更低的磨损速度。沉积纳米TiA1N涂层的精密IC引线框架模具寿命能提高4-6倍。在实际应用中取得很好的效果。

TIAIN涂层技术在伺服阀反馈杆生产中的应用研究

为提高伺服阀反馈杆小球工作寿命,通过研究与应用一种涂层技术,将TiAlN涂层涂至反馈杆小球表面,通过伺服阀百万次寿命试验,结果表明小球及涂层磨损量仍符合技术要求,通过试验验证,TiAlN涂层可大大延长反馈杆小球的工作寿命,提高了伺服阀的稳定性和可靠性。