温度变化对TiAlCN涂层耐蚀性和钝化膜性能的影响

目的研究不同温度的3.5%(质量分数)NaCl溶液中TiAlCN涂层耐腐蚀性能的变化,并进一步探究温度对涂层表面钝化膜性能的影响。方法采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪和X射线光电子能谱仪(XPS)表征涂层的微观形貌和物相组成;通过动电位极化、电化学阻抗谱实验评估TiAlCN涂层的耐腐蚀性;进一步,先通过恒电位极化使涂层表面生成稳定的钝化膜,再利用X射线光电子能谱仪和Mott-Schottky测试探究钝化膜结构和半导体性质。结果TiAlCN涂层表面存在凹坑、颗粒和针孔,截面呈现出明显的柱状晶结构;涂层为面心立方结构,主要由TiC、TiN相组成;随着温度的升高,腐蚀电流密度及钝化电流密度增加,容抗弧直径减小,涂层的耐蚀性降低;TiAlCN涂层钝化膜的主要成分为Al_(2)O_(3)和TiO_(2),且二者含量随着温度的升高而减小。在20℃和80℃的温度条件下,TiAlCN涂层的钝化膜表现出n型半导体性质,且钝化膜的施主密度值从1.14×10^(16)cm^(-3)增加到3.27×10^(16)cm^(-3),钝化膜的保护能力降低。结论温度对TiAlCN涂层的耐腐蚀性有显著影响,高温会降低钝化膜的致密性及增加施主密度,使钝化膜的保护性降低,从而降低涂层的耐蚀性。

直流磁控溅射制备TiAlCN薄膜及其性能研究

采用直流磁控溅射技术制备TiAlCN薄膜,研究了直流电流对TiAlCN薄膜的薄膜成分、微观结构、机械性能和摩擦性能的影响.研究表明:随着直流电流的增加,薄膜中C元素含量逐渐降低;薄膜中无定形碳含量减少,而(Ti,Al)CxN1-x晶粒增加.另外,在低于3.0 A直流电流范围内薄膜的表面粗糙度无明显变化,而当直流电流高于3.0 A时,薄膜的表面粗糙度随直流电流的增加而显著上升.随着直流电流的增大,薄膜的硬度先增加后降低,而薄膜的摩擦系数则先降低后升高.在直流电流为3.5 A时,薄膜的硬度和摩擦系数分别约为22.2 GPa和0.16.

Al靶电流对复合离子镀TiAlCN薄膜组织结构与性能的影响

TiAlCN集TiAlN和TiCN优良特性,作为一种新型硬质薄膜材料具有重要应用,目前研究主要集中在单一工艺下薄膜的组织结构和力学性能,对于薄膜耐蚀性的研究鲜有报道。通过复合离子镀技术制备了一系列TiAlCN薄膜,着重研究了Al靶电流对薄膜组织结构与性能的影响规律。结果表明:不同Al靶电流下制备的TiAlCN薄膜表面光滑、平整,组织结构致密,适当增大靶电流可使薄膜表面颗粒、凹坑及针孔等缺陷数量减少,表面形貌得到改善; TiAlCN薄膜形成fcc-TiN型(Ti,Al)(C,N)相为主的多相混合结构,且随着Al靶电流的增大,薄膜发生生长取向的转变; TiAlCN薄膜的平均硬度与弹性模量随Al靶电流的升高先增大后减小,在靶电流60 A时达到最大值,分别为36.8 GPa和410 GPa,显著高于SS304的4.8 GPa和150 GPa; SS304表面镀覆TiAlCN薄膜后其自腐蚀电位上升,自腐蚀电流密度减小,随着Al靶电流的增加,薄膜的耐腐蚀性能逐渐提高,靶电流为60 A所得薄膜的自腐蚀电流密度和极化电阻分别为0.129μA/cm^2和430.500 kΩ·cm^2,腐蚀速率最小,具有良好的耐腐蚀性能。

脉冲偏压对TiAlCN薄膜结构与力学性能的影响

利用多弧离子镀-磁控溅射复合技术通过改变脉冲偏压在Si片与SS304基体表面制备了TiAlCN薄膜,研究了不同脉冲偏压对薄膜结构和力学性能的影响。薄膜成分、表面形貌、相结构及力学性能分别利用能量弥散X射线谱(EDS)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和纳米压痕仪等设备进行表征。结果表明,随着脉冲负偏压的增加,薄膜中Ti元素的含量先减小后增大,而Al元素有相反的变化趋势。适当增大脉冲偏压,薄膜表面颗粒、凹坑等缺陷得到明显改善。物相分析表明TiAlCN薄膜主要由(Ti,Al)(C,N)相,Ti4N3-x相和Ti3Al相组成。薄膜平均硬度与弹性模量随脉冲负偏压的增加先增大后减小,在负偏压-200 V时达到最大值分别为36.8 GPa和410 GPa。

靶材中Al含量对TiAlCN涂层结构和耐磨性能的影响

异质原子掺杂的TiN涂层具有优异的耐磨、耐蚀性能和高温稳定性,这可为提高镁合金的表面性能和扩大镁合金材料的应用提供一种技术支持。采用Al,C双原子掺杂于TiN晶格,以合金靶材中Al原子的比例为变量,采用磁控溅射法在AZ91表面制备了Al-C原子共掺杂的涂层,并获得不同Al含量的TiAlCN涂层。采用X射线小角掠入射(GIXRD)、扫描电子显微镜(SEM)和销盘式摩擦磨损试验机研究了Al原子掺杂比例对TiAlCN涂层结构和耐磨性的影响。结果表明:涂层包含FCC结构TiN,AlN,TiCN三种物相,随着Al原子掺杂比例的增加,涂层生长的择优取向发生变化,晶粒尺寸增大,AlN相含量增加,涂层的摩擦系数和磨损率减小,40 at%Al的涂层耐磨性能最好。

热原子层沉积技术制备TiAlCN薄膜的特性

在Si和SiO_2基底上,采用热原子层沉积技术,以四(二甲基氨基)钛(Ti(N(CH_3)_2)_4)和三甲基铝(Al(CH_3)_3)为前驱体,制备TiAlCN薄膜。测试结果表明,随着基底温度的升高,膜层的沉积速率升高,电阻率降低,光学带隙由3.45 eV降低到2.00 e V,并在基底温度为300和350℃时出现了双吸收边;基底温度为350℃时,Al(CH_3)_3分解,使Al进入膜层与TiN和TiC形成TiAl N和TiAlC;膜层中TiN和TiC的形成,可以有效抑制膜层的自然氧化;基底温度为250和300℃时,薄膜为无定型结构,当基底温度为350℃时,有TiN晶体产生;膜层的表面粗糙度随着基底温度的升高先降低后升高,表面粗糙度的升高可能是因为在基底温度为350℃时前驱体材料的分解,使C—H键进入膜层所导致的。

C含量对电弧离子镀TiAlC_xN_(1-x)(x=0,0.18,0.41,0.49,0.69)薄膜性能的影响

在GCr15轴承钢基体上,利用多弧离子镀技术低温（175℃）沉积TiAlCN涂层。利用SEM、EPMA、XRD、附着力测试仪、纳米压痕仪和UMT-2高温摩擦磨损测试仪研究薄膜性质。结果表明,涂层表面光滑平整、均匀致密且无明显孔洞。涂层表面存在一定数量的液滴颗粒,薄膜厚度约为2μm。在涂层中,发现了晶体结构为fcc-TiN结构,薄膜的晶粒大小为10-30 nm;随着薄膜中C元素的加入,XRD谱中（Ti0.5,Al0.5）N峰出现了宽化;在TiAlN中引入C,附着力下降,随着涂层中C含量的增加,薄膜中的Al和Ti比例未发生明显变化,附着力略微增加,但硬度和弹性模量先增加后减小,摩擦系数一直减小。