制备工艺参数对镁合金表面沉积TiCN薄膜耐蚀性的影响

采用射频磁控溅射法在AZ31镁合金表面沉积TiCN薄膜,研究了制备工艺参数对TiCN薄膜耐腐蚀性能的影响。结果表明,在Ti靶功率50W,C靶功率50W,N2流量20sccm,溅射时间4.5h条件下,镀TiCN薄膜的镁合金基体具有最佳的耐蚀性,其在3.5%(质量分数)NaCl溶液中的腐蚀电流密度为1.664×10-6 A/cm2,比同等条件下纯镁合金基体的腐蚀电流密度(1.785×10-5 A/cm2)下降了1个数量级。

石墨靶和钛靶共溅射制备的TiCN薄膜的结构和性能

在氮气和氩气的混合气氛下通过共溅射石墨靶和钛靶在M2高速钢基体上制备TiCN薄膜,利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析TiCN薄膜的组织与结构,采用纳米压痕仪检测TiCN薄膜的硬度,同时采用压痕法和划痕法评价薄膜与基体的结合状况,并对TiCN薄膜丝锥进行切削试验,考察TiCN薄膜的耐用性。结果表明:TiCN薄膜中的C原子以固溶于TiN晶格形式存在,TiCN薄膜在(111)晶面的取向较TiN薄膜明显减弱,TiCN薄膜的断口为长块状结构,其横向尺寸较TiN薄膜小,TiCN薄膜表面呈凹凸状。TiCN薄膜与基体的结合力为40N左右,C原子在TiCN薄膜中具有固溶强化和细晶强化作用,TiCN薄膜的硬度由TiN薄膜的20.3提高到33.4GPa。TiCN薄膜具有良好的减摩性能,攻丝40Cr材质时TiCN薄膜丝锥的使用寿命较TiN薄膜丝锥和无涂层丝锥明显提高。

沉积气压对杂化离子镀TiCN薄膜结构和性能的影响

TiCN薄膜在刀模具领域有着广泛的应用前景,但它的结构和性能往往随制备工艺参数的不同而有较大差异。为了研究沉积气压对杂化离子镀TiCN薄膜结构和性能的影响,找到合适的Ar和N2分压比以优化工艺参数,采用杂化离子镀技术在高速钢、硅片以及不锈钢片表面制备TiCN薄膜,通过改变沉积过程中Ar和N2的分压获得不同的薄膜。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、维氏硬度计、摩擦磨损仪、XP-2台阶仪对薄膜的物相结构、表面形貌、显微硬度、摩擦因数和沉积速率进行表征。结果表明:TiCN膜层择优生长方向主要表现为TiCN相的(111)晶面;试验中保持Ar分压为0.1Pa不变,增加N2分压,即沉积气压增大,薄膜的显微硬度先升高再降低,对应摩擦因数先降低再升高,沉积速率不断减小最终趋于平缓,而表面形貌受沉积气压变化的影响很小。

磁控溅射制备TiCN复合膜的微结构与性能

通过磁控溅射技术制备一系列不同石墨靶功率的TiCN复合膜。分别利用X射线衍射仪、纳米压痕仪和高温摩擦磨损仪研究薄膜的微观结构、力学性能及室温和高温摩擦磨损性能。结果表明：随着石墨靶功率的增加,TiCN（111）峰逐渐宽化,晶粒尺寸逐渐减小,薄膜最后接近非晶结构。薄膜的硬度与弹性模量呈先增大后减小的趋势,在石墨靶功率为90 W时薄膜的硬度和弹性模量最大,分别为28.2和230 GPa。随着石墨靶功率的增加,室温下TiCN复合膜的摩擦因数逐渐减小,TiCN复合膜的耐磨性能明显提高。当环境温度升高到300~500℃时,TiCN薄膜的摩擦因数明显增大。TiCN复合膜的摩擦磨损性能受薄膜微观结构、空气中的水蒸气和氧气及环境温度等一系列因素的影响。

复合离子镀TiCN薄膜的结构与耐蚀性

TiCN薄膜的耐蚀性研究对于扩大其应用领域具有重要作用。采用多弧离子镀和磁控溅射复合离子镀技术在304不锈钢表面制备了TiCN薄膜,研究了工艺参数中脉冲偏压对薄膜结构与耐蚀性能的影响规律。结果表明:随着脉冲偏压幅值的增大,TiCN薄膜表面白色颗粒、针孔及凹坑的尺寸、数量减少,其表面形貌得到改善,薄膜主要由TiCN相组成,随着偏压幅值的增加出现(111)晶面择优取向;随着脉冲偏压幅值的增大,TiCN薄膜在3.5%NaCl中的耐蚀性逐渐提高,在偏压为-300 V时薄膜的自腐蚀电流密度为3.853μA/cm^2,是基体的0.51倍;薄膜在3.5%NaCl溶液中的阻抗谱呈现2个时间常数,电极过程受电化学反应和传质过程控制,在一定的脉冲偏压范围内,薄膜容抗弧的曲率半径和阻抗值也随偏压幅值的升高而增大,即膜层的抗蚀能力增强。

多弧离子镀与磁控溅射共沉积TiN/TiCN多层膜的高温抗氧化性能

TiN/TiCN多层膜的高温抗氧化性研究对于扩大其应用领域具有重要作用,但目前鲜见相关报道。采用多弧离子镀与磁控溅射技术以不同调制周期在304不锈钢表面共沉积TiN/TiCN多层膜。采用XRD、XPS、倒置显微镜及高温氧化试验研究了多层膜的高温抗氧化行为。结果表明:TiN/TiCN多层膜表面光滑平整、均匀致密,薄膜主要为具有Ti-(C,N)键的fcc-TiN结构;随着调制周期的减小,TiN/TiCN多层膜生长取向发生转变,且具有(111)晶面生长织构;随着氧化温度的升高,多层膜的显微硬度逐渐降低,氧化增重速率不断增大,且在700℃之后变化速率较快,薄膜的开始氧化温度约为750℃;随着调制周期的减小,多层膜TiN与TiCN界面层数量增多,促使晶粒细化,提高了其致密性,还隔断了缺陷贯穿薄膜的连续性,显著降低了薄膜的孔隙率,致使O原子扩散困难,增强了薄膜的高温抗氧化性能。

TiN/TiCN多层调制结构薄膜的耐蚀性

多弧离子镀和磁控溅射制备薄膜各有优缺点,将2种技术复合制膜的研究还少有报道。采用多弧离子镀和磁控溅射复合技术在304不锈钢基体表面制备了TiN单层和TiN/TiCN多层膜,采用扫描电镜、X射线衍射仪并结合电化学测试等着重研究了不同调制周期下薄膜组织结构与耐腐蚀性能的变化规律。结果表明:所制备的TiN/TiCN多层膜表面平整、致密,随着调制周期的减小,TiN/TiCN多层膜发生生长取向的转变,且具有(111)晶面生长织构; TiN/TiCN多层膜在3.5%NaCl溶液中的抗腐蚀能力优于基体和单层TiN薄膜,随着多层膜调制周期的减小,其抗腐蚀性逐渐增强,在λ=0.150μm时,多层膜的自腐蚀电流密度和极化电阻分别为0.106 7μA/cm^2和679.700 kΩ·cm^2,腐蚀速率下降到最低,具有良好的耐腐蚀性。

TiN/TiCN多层调制结构薄膜的结构和力学性能研究

以304不锈钢为基体,利用复合离子镀技术制备了TiN/TiCN多层膜,主要研究了不同调制周期下薄膜组织结构和力学性能的变化规律。结果表明:不同调制周期下得到的TiN/TiCN多层膜表面比较致密、平整,随着调制周期的减小,表面质量有一定改善。多层膜结构主要由fcc-TiN型固溶体构成,不存在a-C结构。随着调制周期的减小,物相分析表明TiN/TiCN多层膜发生了择优生长,出现了(111)晶面生长织构,其纳米硬度和弹性模量逐渐增大,在调制周期λ=0.15μm时达到最大值,分别为35.56GPa和436.2GPa。

脉冲负偏压幅值对复合离子镀制备TiCN薄膜结构和性能的影响

采用复合离子镀技术,在不同脉冲负偏压幅值下于304不锈钢表面制备TiCN薄膜,研究了负偏压幅值对薄膜成分、结构、表面粗糙度、显微硬度及摩擦磨损性能的影响。结果表明:随着负偏压幅值升高,钛、碳与氮元素的原子比以及碳与钛元素的原子比先增大后减小,薄膜表面的颗粒及针孔、凹坑等缺陷尺寸减小,数量减少,表面形貌得到改善;薄膜主要由TiCN相组成,随着负偏压幅值增大出现(111)晶面择优取向,且薄膜的显微硬度先增大后减小,并在负偏压幅值为300V时达到最大,为2 690HV;薄膜的摩擦磨损性能优于基体的,随着负偏压幅值增加,薄膜的摩擦因数不断降低,在负偏压幅值为300V时约为0.355,此时薄膜的摩擦磨损性能最优。

湿喷砂对TiN+Al2O3+TiCN涂层性能的影响

研究了在不同压力、不同时间和不同砂水浓度三种情况下,湿喷砂工艺参数对CVD膜TiN+Al2O3+TiCN涂层厚度、表面光洁度、涂层硬度、涂层磨粒磨损的影响变化规律。研究发现:涂层厚度随喷砂时间、喷砂压力及砂水浓度的增加而减小;涂层表面光洁度随喷砂时间的延长,提升效果明显;湿喷砂对提高涂层表面硬度和磨粒磨损性能具有显著影响,且变化趋势相同。通过实验分析还得出湿喷砂工艺参数为砂水浓度值30%、时间4秒、压力0.4 MPa时,TiN+Al2O3+TiCN膜能够形成双色表态,且综合性能最好。

TiCN基陶瓷刀具表面TiAlN涂层的制备及其性能研究

利用离子辅助增强磁控溅射与蒸发镀二元组合源设备在TiCN基陶瓷刀具表面制备TiAlN涂层;为提高膜基结合力,采用蒸发镀技术预先沉积一层CrN/Cr过渡层。利用X射线衍射仪、维氏显微硬度计、洛式硬度计、摩擦磨损试验仪等设备,系统分析了CrN/Cr过渡层对涂层微观结构、显微硬度、膜基结合力及耐磨损性能的影响。结果表明,CrN/Cr过渡层的存在,使膜基结合力和涂层耐磨损性能得到大幅度提高。

Ti6Al4V表面沉积TiCN薄膜的结构及水环境中的摩擦学性能

本文采用多弧离子镀技术在Ti6Al4V合金表面沉积TiCN防护薄膜,研究该薄膜在干摩擦,水及海水介质条件下的摩擦学行为。研究结果显示,所制备的TiCN薄膜具有均匀致密的结构,薄膜厚度约为1μm。薄膜成分主要含有Ti、N和C,并含有少量的O。C主要为污染碳和TiC的形式,N为TiN的结构,Ti主要以TiN、TiC和TiO三种价态形式存在。薄膜的硬度达到20 GPa,在大气环境中薄膜摩擦系数约为0.35,明显低于未镀膜钛合金的摩擦系数(0.7)。镀膜样品的磨损率显著降低,未镀膜样品的磨损率是镀膜样品的132倍。水和海水环境下TiCN膜的摩擦系数进一步降低至0.2左右,同时磨损率也显著降低。与水环境相比,海水环境中TiCN薄膜的磨损率略有增加。

脉冲偏压对电弧离子镀TiCN薄膜组织结构的影响

目的改善TiCN薄膜的组织结构,进一步提高其硬度与结合力。方法采用电弧离子镀技术,通过改变脉冲偏压的幅值,制备一系列的TiCN薄膜。通过扫描电子显微镜(SEM)观察薄膜的表面和截面形貌,采用X射线衍射(XRD)对薄膜进行物相分析,用X射线光电子谱(XPS)表征元素的化学状态,通过能谱仪(EDS)分析薄膜的成分。采用显微维氏硬度计测量薄膜硬度,使用3D轮廓仪测量薄膜厚度,利用多功能材料表面性能试验仪进行划痕测试。结果偏压对薄膜的硬度、结合力、组织结构和沉积速度都有影响。随着脉冲偏压的提高,TiCN薄膜晶粒逐渐细化,沉积速率、结合力有先增大后减小的趋势,TiCN薄膜的硬度保持线性提高。偏压为-200 V时,TiCN薄膜出现C_3N_4新相,此时薄膜的硬度和结合力都大幅度提高,表面形貌发生突变,液滴最多。偏压为-250 V时,TiCN薄膜综合性能最好,并且表面的液滴明显减少,此时硬度值为4017HV,结合力为51 N。结论偏压对组织结构及碳元素在薄膜中的存在形式有一定影响,适当地改变脉冲偏压可以使TiCN薄膜的显微组织更加致密,同时,形成的弥散硬化相使薄膜具备较高的硬度和膜基结合强度。

靶基距对杂化离子镀TiCN薄膜结构和性能的影响

以基底与溅射碳靶之间的距离(靶基距)为变量参数,采用杂化离子镀技术在高速钢、硅片以及不锈钢片表面制备Ti CN薄膜。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、维氏硬度计、XP-2台阶仪分别对薄膜的物相结构、表面形貌、显微硬度、沉积速率进行表征,研究了靶基距对薄膜结构和性能的影响。结果表明,所制备的Ti CN薄膜具有晶体结构,膜层沿Ti CN(220)晶面择优生长;靶基距的增加会使薄膜的沉积速率逐渐增快,但薄膜中C的掺杂量、显微硬度则会随之下降,表面质量也不断变差。

退火对TiCN薄膜特性的影响

采用中频反应磁控溅射技术可使SrTiO3外延生长而形成TiCN薄膜,其具有疏油和疏水等特性。退火处理能消除TiCN薄膜中的柱状晶,细化晶粒。TiCN薄膜能在退火过程中获取能量继续生长,并通过薄膜与基底之间原子的相互扩散,降低薄膜的内应力,优化膜结构,减少缺陷,改善膜的表面质量,从而提高薄膜的疏水性和膜-基结合力。TiCN薄膜在350℃保温60min退火后,表面均匀致密,发生二次生长,与水的最大接触角119.3°,比与油的接触角大10°,表面粗糙度最大值为284.3nm,膜与基底的结合牢固。

磁控溅射TiCN薄膜对Al-Cu-Mg-Ag合金组织与性能的影响

基于正交试验设计,在铝合金表面磁控溅射沉积TiCN薄膜,采用盐雾腐蚀、电化学腐蚀、硬度测试等探究磁控溅射工艺参数(钛靶功率、碳靶功率、氮氩比)对Al-Cu-Mg-Ag合金硬度与抗腐蚀性能的影响规律,并结合扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等对其机理进行探讨。结果表明:磁控溅射工艺参数对合金的膜层硬度、盐雾最大腐蚀深度、腐蚀电流密度、膜基结合力的影响顺序分别为:氮氩比>C靶功率>Ti靶功率;C靶功率>氮氩比>Ti靶功率;C靶功率>氮氩比>Ti靶功率;Ti靶功率>C靶功率=氮氩比。C靶功率200 W、Ti靶功率100 W、氮氩比为1:40时,可以获得耐蚀性、硬度和膜基结合力综合性能优良的TiCN膜层。

多弧离子镀制备高比电容铝箔的研究

通过控制乙炔与氮气流量比和冷却方式,采用多弧等离子体辅助物理气相沉积法(PVD),制备了不同比电容的TiCN涂层铝箔,借助比容测试仪、发射扫描电镜、X射线衍射分析仪及电子探针等,检测其比电容及显微形貌、晶体结构和化学成分。结果表明,PVD法可以获得高比电容铝箔(1674×10-6F/cm2);采用液氮快速冷却方式可以获得非晶态的TiCN纳米涂层,比电容比随炉冷却的约提高两倍;乙炔和氮气体积流量比为1:1较之1:0.5时,铝箔的比电容提高1.5～2.5倍。

磁控溅射镀膜技术在铝合金制品装饰镀中的应用

磁控溅射镀膜技术广泛应用于高档产品零/部件表面的装饰镀中。采用磁控溅射镀膜技术在铝合金基材上镀制Ti/TiN/TiCN复合薄膜,研究了氮气流量、乙炔流量及沉积时间等工艺参数对制备TiCN薄膜颜色的影响,探讨了提高复合薄膜的显微硬度、结合强度并进而改善铝合金表面装饰性和防护性的途径。研究结果表明,通过控制氮气流量、乙炔流量及沉积时间可使TiCN薄膜呈现特定颜色,如仿金色;当复合薄膜膜厚达到1.5μm时,涂层铅笔硬度达到6 H,薄膜附着力达到1级,满足电子行业的测试标准。

多弧离子镀-磁控溅射复合技术制备TiCN薄膜的耐蚀性研究（英文）

采用多弧离子镀-磁控溅射复合技术在AISI304不锈钢基体表面于Ar和N_2混合气氛下共溅射钛靶和石墨靶制备了TiCN薄膜,研究了占空比对TiCN薄膜结构和在3.5%NaCl(质量分数)中耐蚀性的影响规律。结果表明:所沉积的TiCN薄膜表面光滑、均匀致密,主要形成具有Ti-(C,N)键的fcc-TiN型结构和少量的α-CN_x化合物,并随着占空比的增加表现出(111)晶面择优取向。TiCN薄膜相比于基体表现出更好的耐蚀性能,且随着占空比的增大,薄膜的耐蚀性逐渐提高。当占空比为40%时,TiCN薄膜表现出最为优异的抗腐蚀性能,其自腐蚀电流密度(i_(corr))和极化电阻(R_p)分别为3.262×10^(-7)A·cm^(-2)和238.4kΩ·cm^2。薄膜的阻抗谱显示腐蚀离子的渗透行为和局部腐蚀过程是影响电极体系腐蚀反应过程中的主要动力学因素,这与极化曲线的分析结果相一致。

复合离子镀TiCN薄膜的结构与力学性能

采用多弧离子镀和磁控溅射复合技术在304不锈钢基体表面制备了Ti CN与Ti N薄膜,研究了工艺参数中氮分压对Ti CN薄膜表面形貌、粗糙度、沉积速率、物相结构、力学性能的影响规律。结果表明:不同氮分压下所制备的Ti CN薄膜表面平整、致密,氮分压对表面形貌影响不大;随着氮分压的升高,Ti CN薄膜的表面粗糙度先减小后增加,在0.4 Pa时达到最小值为0.185μm,而沉积速率一直降低。Ti CN薄膜主要由fcc-Ti N型Ti CN相组成,随着氮分压的增大出现(111)晶面择优取向;薄膜的显微硬度先增大后减小,在氮分压0.4 Pa时为3008 HV0.025,而膜基结合力呈线性上升趋势。Ti CN薄膜的耐磨性优于Ti N薄膜,且薄膜的平均摩擦因数随着氮分压的增加不断降低,抗摩擦磨损性能逐渐增强,在氮分压为0.4 Pa时,薄膜平均摩擦因数与磨损率分别为0.335和5.53×10-6mm3·N-1·m-1,具有更好的耐磨性。