基于机械干态颗粒涂层技术制备cBN@TiN粉体

采用机械干态颗粒涂层技术分别制备了cBN@TiO_(2)(TiO_(2)包覆立方氮化硼)粉体和cBN@(TiO_(2)+C)(TiO_(2)+碳包覆立方氮化硼)粉体,然后在1600℃、N_(2)气氛下进行高温热处理制备cBN@TiN(TiN包覆立方氮化硼)粉体,研究了高温热处理前后粉体的物相组成与微观形貌以及高温反应机理。结果表明:机械干态颗粒涂层技术可以使纳米TiO_(2)和纳米TiO_(2)+C颗粒均匀包裹在cBN颗粒表面。在高温热处理过程中,TiO_(2)与cBN反应生成液相B_(2)O_(3),促进了cBN相变成六方氮化硼(hBN),cBN的高温稳定性差,以cBN@TiO_(2)为原料制备的cBN@TiN粉体颗粒表面形成由TiN相和hBN相组成的片状结构层;当存在碳时,TiO_(2)会优先与碳发生还原反应生成TiN,抑制B_(2)O_(3)的生成,从而降低cBN相变量,此时cBN的高温稳定性好,以cBN@(TiO_(2)+C)为原料制备的cBN@TiN粉体颗粒表面形成主要为TiN相的颗粒结构层。

TiN/TiNO/SiO_(2)太阳能选择性吸收涂层的优化设计及热稳定性评价

目的太阳能选择性吸收涂层是太阳能热利用的核心材料。方法采用磁控溅射法制备Ti N/TiNO/SiO_(2)太阳能选择性吸收涂层,测定红外反射层Ti N、吸收层Ti NO的折射率n、消光系数k,对Ti N层建立Tauc-Lorentz模型进行数据迭代优化拟合,对Ti NO层建立Drude模型进行数据迭代优化拟合。通过TFCalc光学镀膜设计软件,设置连续目标在300~1500 nm光谱区反射率低于5%,得到软件优化的反射率曲线、各层的最优厚度,确定优化的工艺参数。利用UV-VIS-NIR、FTIR、SEM、XRD、EDS、AFM和XPS表征优化涂层的光学性能、评价热稳定性。结果优化后的涂层,吸收率为0.906、发射率为0.0852;经265℃、600 h热处理后,涂层的吸收率和发射率分别为0.933和0.1033,PC值小于0.01。随热处理时间的增长,α有小幅上升;热处理时间对ε的影响较小;这与表面Si O_(2)氧化物薄膜层在一定程度上阻止了晶粒的长大有关。热处理后,发现涂层表面局部位置有少量的小坑,但涂层的表面成分不变。非晶基质Si O_(2)和Ti O_(2)的再结晶是吸收率提高的主要原因;热处理后的涂层表面非常致密,粗糙度的降低有利于阻碍氧原子向内层的扩散,可以有效提高涂层的热稳定性。结论优化的Ti N/TiNO/SiO_(2)涂层,选择性吸收性能及热稳定性得到有效提高,具有较好的实际应用前景。

喷砂时间对TiCN/α-Al_(2)O_(3)/TiN涂层金属陶瓷刀片表面状态和磨损性能的影响

采用化学气相沉积法在金属陶瓷基体表面沉积了MT-TiCN/α-Al_(2)O_(3)/TiN涂层,再对CVD涂层金属陶瓷刀片进行喷砂处理,分析经不同喷砂时间处理后的涂层金属陶瓷刀片的表面形貌、力学性能以及耐磨性能。结果表明:喷砂时间对涂层金属陶瓷刀片表面的冲蚀程度影响较大。未经喷砂处理的涂层表面粗糙度较高且存在较大的残余拉应力,而喷砂处理后的涂层金属陶瓷刀片的表面粗糙度与表面残余应力大幅下降,且表面硬度和耐磨性大幅提高。当喷砂时间为10s时,涂层金属陶瓷刀片获得了最低的表面粗糙度,与未喷砂的涂层刀片相比,表面残余拉应力降低了85%。基于不同喷砂时间处理后的涂层表面粗糙度、硬度、残余应力以及后刀面磨损形貌,得到的最佳喷砂时间为10s。

TiN涂层对TC4合金高温抗氧化性能的影响

利用真空离子镀技术在TC4钛合金表面制备了TiN涂层,研究其高温抗氧化性能。实验结果表明:随着氧化温度升高和时间延长,TC4基材和涂层试样氧化程度均增加,在700℃保温130 h以内TiN涂层表现出优异的高温抗氧化能力。对于TC4基材,在700℃保温10 h已出现明显氧化色。TC4基材及涂层试样在700℃×200 h氧化层主要由TiO_(2)相和Al_(2)O_(3)相组成。TiN涂层在700℃保温130 h以内对钛合金具有较好的高温防护作用。

多弧离子镀制备TiN/TiBN纳米复合涂层的结构和性能

为了满足复合材料高速切削加工的需要,用金属Ti靶和纯TiB2靶作为靶材料,在N2气氛下用多弧离子镀方法制备了TiN/TiBN纳米复合涂层。利用X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱仪（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）分析涂层的组织结构、成分和表面形貌;利用显微硬度计、划痕仪和球盘摩擦仪分析调制周期对涂层力学性能的影响。结果表明：TiN/TiBN纳米复合涂层的调制周期范围为5.5-21nm,主要成分为晶相TiN、非晶BN和TiB2;调制周期对涂层的力学性能有较大的影响,随着调制周期的减小,硬度增加,调制周期最小时最大硬度达到29GPa;最大膜基结合力为88N,且所有样品均表现出较高的膜基结合力。随着转速的增大,摩擦因数与表面粗糙度两者表现出相同的变化趋势,摩擦因数最大值为0.31,其低摩擦因数与自润滑的BN相的存在有关。调制周期减少,界面积增加,TiN/TiBN纳米复合涂层的力学性能增强。

掺铜TiN涂层和离子液复合润滑体系对铜/铜摩擦副载流摩擦学性能的影响

通过多弧离子镀技术在铜基体上制备了TiN及其掺杂原子分数10%和12%铜的涂层,用1-辛基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐(OMImNTf_(2))和1-十二烷基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐(C_(12)MImNTf_(2))2种离子液作为润滑剂,研究了涂层与离子液组成的复合润滑体系对不同电压(0.5,1 V)下铜/铜摩擦副的载流摩擦学性能的影响。结果表明:在电压相同条件下,TiN涂层与OMImNTf_(2)复合润滑体系具有较好的协同润滑效果,TiN涂层与C_(12)MImNTf_(2)复合润滑体系具有较好的导电性能;在掺铜TiN涂层和2种离子液复合润滑体系下摩擦副的摩擦因数和接触电阻差别很小。当电压由0.5 V增大到1 V时,在TiN涂层、掺杂原子分数10%铜的TiN涂层与C_(12)MImNTf_(2)组成的复合润滑体系下摩擦副的摩擦学性能更稳定。掺杂原子分数12%铜的TiN涂层的摩擦副具有最小的摩擦因数和接触电阻。

溅射技术对TiN涂层结构和力学性能的影响

目的沉积条件对TiN涂层的组织结构和力学性能有着至关重要的影响,而溅射技术又决定了涂层的沉积条件,探究不同溅射技术对TiN涂层的微观组织结构和性能的影响,提高TiN涂层的力学性能和高温摩擦磨损性能。方法采用不同的溅射技术(dcMS、HiPMS、Hybrid)在M2高速钢表面沉积TiN涂层,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、sin2ψ法、纳米压痕仪、洛氏压痕法、划痕法和CSM球盘式摩擦试验机分别测试了TiN涂层的组织结构特征、沉积速率、残余应力、纳米硬度、膜基结合力和高温摩擦磨损性能。结果不同溅射技术制备的TiN涂层均为柱状晶结构和TiN(111)择优取向。HiPIMS-TiN涂层具有最高的纳米硬度(29.7 GPa)和最低的膜基结合力(HF2),而Hybrid-TiN涂层呈现出最小的残余应力、高沉积速率和高膜基结合力,其膜基结合力达到HF1级,临界载荷(Lc2)达到82.5 N。不同溅射技术制备的TiN涂层的摩擦因数均随着温度的升高而降低,在500℃时,TiN涂层的摩擦因数约为0.53。TiN涂层的磨损率随着温度的升高而升高,在不同温度下,Hybrid-TiN涂层均呈现出最低的磨损率。结论溅射技术对TiN涂层的组织结构和力学性能有着重要影响,Hybrid-TiN涂层呈现出最优的综合力学性能和高温摩擦磨损性能。

氮气流量对质子交换膜燃料电池316L不锈钢双极板TiN涂层性能的影响

为了提高316L双极板的耐蚀性和导电性,采用多弧离子镀方法在不同氮气流量下制备TiN涂层。使用X射线衍射(XRD)、场发射电子扫描电镜(SEM)、膜电极电阻检测设备、电化学工作站等对所制备的TiN涂层的结构及其性能进行表征。研究结果表明:(1)具有TiN涂层的316L金属双极板比没有涂层的316L不锈钢金属双极板具有能更好的耐蚀性以及导电性。(2)在模拟的质子交换膜燃料电池(PEMFC)阴极环境中随着氮气流量的增加具有TiN涂层的金属双极板的耐蚀性先增强后减小,接触电阻先变大后减小。当氮气流量为200 mL/min时候测的最低的接触电阻为9.62 mΩ/cm^(2)和最低的电流密度5.19×10^(-7)A/cm^(2),极化电阻最大为4.990×10^(4)Ω,此时为最佳工艺。

B的原子分数对化学气相沉积TiBN涂层摩擦性能的影响

采用化学气相沉积(CVD)方法在硬质合金刀片上制备了三种B的原子分数分别为10.1%,26.8%,52.0%的TiBN涂层,系统地研究了B的原子分数对于涂层形貌、力学性能和摩擦性能的影响。X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱仪(XPS)检测结果表明,在B的原子分数低时,涂层以TiN相为主,伴有六方TiB2相和非晶BN相。随着B的原子分数的上升,TiN相减少,涂层以TiB2相为主,涂层断口也由无定形转变为柱状晶。B的原子分数的增加也对涂层硬度和摩擦性能有着明显的影响,三种涂层的硬度分别为37.8±1.6,39.7±0.8和41.7±2.9 GPa,摩擦系数也从0.511增加到0.705。B的原子分数达到52%的涂层因为其高硬度而有着最好的耐磨性,涂层磨损率为最低的49.4×10^(‒8)mm^(3)/(N·m),是几种成分中力学性能与摩擦性能最好的涂层。

空间燃料电池金属钛表面复合涂层制备与性能研究

金属Ti因其密度小(仅为不锈钢的0.6倍)和比强度高等特点,是轻量化空间燃料电池金属板材料的首要选择,但其在弱酸性环境中长时间工作容易被腐蚀。为了改善金属Ti双极板耐蚀性,采用多弧离子镀技术在金属Ti表面制备了由Ti过渡层及TiN表层构成的Ti/TiN复合涂层,研究制备工艺参数对Ti/TiN复合涂层微观结构及力学、电化学性能的影响规律。利用场发射扫描电子显微镜(SEM)分析涂层的微观形貌,利用X射线衍射仪分析涂层的相组成,利用纳米压痕仪评价涂层的力学性能,利用电化学工作站评价涂层在模拟质子交换膜燃料电池(PEMFC)阴极工作环境下的耐蚀性。结果表明:制备工艺参数优化后的Ti/TiN复合涂层具有优异的表面质量和良好的耐蚀性,腐蚀电流密度为6.383μA/cm^(2),是金属Ti腐蚀电流密度的0.6倍,Ti/TiN复合涂层显著提高了金属Ti的耐蚀性,可为空间燃料电池金属双极板表面改性提供技术支持。

DLC、TiN涂层对TC4钛合金抗砂尘冲蚀性能的影响

为提高TC4钛合金的抗砂尘冲蚀性能,采用金属蒸汽真空弧(MEVVA)离子源注入与磁过滤真空阴极弧(FCVA)沉积复合技术、磁控溅射技术在TC4钛合金表面制备DLC、TiN涂层。采用SEM、Raman、XRD、纳米压痕仪和划痕仪等方法对涂层的物相结构、硬度、弹性模量以及与基体的结合力进行表征。在冲蚀试验平台上考核试样在不同入射角度条件下的抗砂尘冲蚀性能。结果表明:DLC涂层表面结构致密,含有大量sp3键,硬度为62.1 GPa,弹性模量为391.64 GPa,结合力达80.4 N;TiN涂层表面存在许多熔滴颗粒及空穴,硬度为22.72 GPa,弹性模量为383.18 GPa,结合力达34.7 N。30°冲蚀条件下,涂层主要是通过提高基体表面硬度来抵抗砂尘粒子的微切削作用,从而提高TC4钛合金的抗砂尘冲蚀性能。90°冲蚀条件下,涂层通过延缓基体的塑性变形来实现TC4钛合金抗砂尘冲蚀性能的提高。

TiN涂层刀具对20CrMo钢的干切削性能的影响及磨损机理

为了研究TiN涂层的摩擦性能及TiN涂层刀具对金属切削性能的影响,采用电弧离子镀工艺在45号钢基体和可转位硬质合金车刀YG6上沉积TiN涂层。采用球-盘式摩擦磨损实验仪对45号钢基体和TiN薄膜的干式摩擦学行为进行研究,用TiN涂层和未涂层的YG6车刀在CA6140A普通车床上对20CrMo钢进行干切削,对2种刀具切削过程中的切削力、工件表面质量及刀具磨损程度进行研究。研究结果表明：TiN薄膜和45号钢基体的平均摩擦因数为0.25和0.29;与未涂层刀具相比,TiN涂层刀具切削20CrMo钢时的主切削力可减小20%-40%,刀具耐磨性能约提高45%,寿命提高2倍左右,加工表面质量也明显提高;TiN涂层刀具前刀面的主要磨损机理是磨粒磨损,附带有黏结磨损、氧化磨损和扩散磨损。

TiN涂层电化学腐蚀行为研究 Ⅱ.添加Al对TiN涂层保护性能与失效机制的影响

利用电化学方法以及扫描电镜 (SEM)、扫描隧道显微镜 (STM )技术等 ,研究了添加Al对离子镀TiN薄膜涂层在 0 5mol/LNaCl和 1mol/LH2 SO4溶液中的保护性能和失效机制的影响 ,发现铝的添加使TiN涂层在中性和酸性溶液中的耐蚀性能明显改善 .

TiN涂层电化学腐蚀行为研究 Ⅰ.TiN涂层的保护性能与失效机制

利用电化学方法以及扫描电镜 (SEM )、扫描隧道显微镜 (STM )等技术 ,研究了离子镀TiN薄膜涂层在 0 5mol/LNaCl和 1mol/LH2 SO4溶液中的保护性能和失效机制 .结果表明 :TiN涂层可以提高材料在中性和酸性溶液中的耐蚀性能 ,TiN涂层的保护机制为物理屏障作用 ;镀层的微观结构缺陷是涂层失效的主要原因 。

反应等离子喷涂TiN涂层的研究进展

TiN具有硬度高、韧性好、摩擦系数小、化学性能稳定等优点,广泛应用于刀具、装饰、表面防护等领域。目前制备TiN涂层的方法有很多,如气相沉积、热喷涂、电镀等,反应等离子喷涂则是最常用的金属-陶瓷复合涂层制备方法。概述了反应等离子喷涂技术的基本原理和分类,包括反应等离子喷涂涂层的形成过程及工艺的优缺点。综述了反应等离子喷涂TiN涂层的喷涂工艺及性能的研究进展,包括涂层的制备方法（原位合成法、烧结破碎法）和性能特点,重点分析了涂层的力学性能、耐磨损性能、耐腐蚀性能,并提出了可以依靠热处理工艺或封孔技术来提高涂层的耐腐蚀性能。依据实验和查阅的文献,反应等离子喷涂结合了自蔓延高温合成技术和等离子喷涂技术,可以制备质量优良的厚TiN涂层（〉500μm）,是一种新型的低成本涂层制备技术,但是反应等离子喷涂制备TiN涂层存在孔隙率较高（5%-10%）、结合强度较低（〈50 MPa）的问题。分别从技术、设备、工艺、后处理四个方面总结了改善涂层质量的相应措施,展望了今后的研究发展方向。

微尺度激光喷丸强化TiN涂层的表面性能

采用直径为300μm的激光光斑对TiN涂层表面进行微尺度激光喷丸强化处理以进一步提高TiN涂层的表面性能。利用光学轮廓仪和纳米力学测试系统测量了不同激光工艺参数作用下TiN涂层喷丸区域的表面形貌、纳米硬度及弹性模量分布。结果表明,喷丸区域形成的圆锥形凹坑最大深度约为1.2μm,纳米硬度和弹性模量在喷丸中心处变化最大,并在一定范围内随着激光能量的增大而增大,当激光能量为250mJ时,两者最大,分别达到50.21GPa和402.8GPa,与初始状态相比分别提高了140%和43.9%。

基体梯度结构对TiN涂层硬质合金抗氧化性能的影响

采用阴极弧蒸发涂层工艺在均质和梯度硬质合金基体上沉积TiN涂层;运用金相观察、XRD检测和SEM分析,研究基体梯度结构对TiN涂层硬质合金抗氧化性能的影响,对涂层硬质合金氧化开裂过程进行分析。研究结果表明:基体结构梯度化后,TiN涂层的表面形貌由平整状变为网状结构;梯度基体表面韧性区的存在提高了TiN涂层硬质合金的抗氧化性能;在800℃氧化2 h后,2种涂层硬质合金边缘开裂,生成大量的氧化物;梯度基体涂层硬质合金开裂程度比均质基体涂层硬质合金的小。

TiN涂层应用及研究进展

综述了近年来TiN涂层的应用,以及为改善TiN涂层性能而进行的多元合金化、多层涂层方面的研究工作,并指出了TiN涂层的发展方向.

反应等离子喷涂TiN涂层热处理后的电化学腐蚀性能

研究了热处理后TiN涂层在模拟海水中的腐蚀行为,采用电化学阻抗谱(EIS)、动电位极化曲线、扫描电镜和能谱分析等技术研究了热处理后TiN涂层电化学腐蚀参数及组织的变化。结果表明:热处理后TiN涂层的耐蚀性明显提高,自腐蚀电流仅为热处理前的13.3%,极化电阻约是热处理前的20倍;电化学阻抗谱描绘了热处理后涂层的腐蚀过程及导致涂层腐蚀的主要因素,涂层局部的孔隙腐蚀是引起电化学腐蚀参数变化的主要因素,腐蚀初期孔隙电阻由大变小,后期又会由小变大,从而使涂层的腐蚀速率发生变化;热处理会使涂层的通孔率降低为87%,主要原因是在热处理过程,TiN与大气中的O2发生了氧化反应,生成密度较TiN小的TiO2相和Ti3O相,使涂层中的部分通孔被封闭,耐蚀性得以提高。

PVD法制备TiN涂层界面特征与摩擦磨损性能

采用物理气相沉积法在Cr12MoV钢基体上制备了TiN涂层，利用扫描电镜、能量色散谱、X射线衍射和轮廓仪对涂层形貌特征、化学元素、物相组成和表面粗糙度进行了表征，用划痕法测试其结合强度，并分析划痕法涂层失效过程。通过往复磨损试验考察了其摩擦磨损性能，对涂层磨损机理进行了讨论。结果表明，TiN涂层主要组成相为TiN，试样表面粗糙度Ra值为328．91μm，涂层表面显微硬度达到2100～2200HV；涂层厚度约为5μm，与基材之间存在一定的混合界面，其界面结合强度为28．85N；在干滑动磨损实验条件下摩擦系数为0．45～0．52，涂层具有优异的耐磨性，其磨损机制主要为磨粒磨损。