多弧离子镀制备TiN/AlN纳米多层膜及其超硬效应

采用多弧离子镀技术在高速钢表面制备TiN/AlN纳米多层膜,并对TiN/AlN纳米多层膜的表面形貌、调制机构进行表征。通过对薄膜显微硬度的测试发现,纳米多层膜的显微硬度明显高于TiN或AlN单层薄膜的显微硬度,具有明显的超硬效应。对比试验表明,TiN/AlN纳米多层膜涂层刀具比TiN涂层刀具具有更长的使用寿命。

反应等离子喷涂TiN/AlN涂层在润滑状态下摩擦磨损性能的研究

对用反应等离子喷涂法制备的TiN/AlN涂层在油润滑条件下的摩擦磨损特征进行了研究,并就轻、重载荷下的磨损机理进行了探讨。结果表明:油润滑条件下,涂层磨损体积显著降低。在轻载荷下,以疲劳磨损为主;在重载荷下,以脆性剥落和磨粒磨损为主。

TiN/AlN纳米多层膜的制备及耐蚀性能

采用多弧离子镀技术制备了TiN/AlN纳米多层膜,并通过多层膜在酸中的浸泡试验及极化曲线测定,对比研究了TiN/AlN纳米多层膜和TiN薄膜的耐蚀性能。结果表明,由于TiN/AlN纳米多层膜中铝的钝化作用及薄膜的特殊层结构,TiN/AlN纳米多层膜比TiN薄膜具有更优良的耐腐蚀性能。

刀具表面超晶格TiN/AlN纳米多层膜的制备及性能的研究

采用脉冲多弧离子镀技术制备TiN/AlN纳米多层膜,对该薄膜的结构研究表明,随着调制周期的减小,稳定态六方AlN相逐渐转变成亚稳态立方AlN相,形成以TiN/AlN超晶格结构为主的薄膜。并从与标准图谱的对比中可知,TiN/AlN超晶格是AlN在立方TiN簿膜的影响下,在TiN层上以亚稳态相立方结构外延生长所形成。另研究显示,TiN/AlN薄膜具有一定的超硬效应以及在硬质合金刀具上优良的使用性能。

反应等离子喷涂TiN/AlN涂层的性能研究

TiN涂层可以通过传统的物理或者化学气相沉积(PVD及CVD)工艺制备,但其缺点是沉积速率低,涂层厚度过薄;这些都严重地限制了TiN涂层材料在磨、蚀服役条件下的应用。本文利用反应等离子喷涂的方法制备了TiN/AlN涂层并研究分析了涂层的组织及摩擦磨损性能。结果表明:TiN/AlN涂层韧性比TiN涂层有所提高;TiN/AlN涂层不仅有较低的摩擦系数,且在高载下的磨损性能比TiN涂层有较大的提高。

TiN/AlN纳米多层膜的调制结构研究

纳米多层膜具有多种物理性能和力学性能的异常效应，其中超模量、超硬度效应为近年来的研究热点之一。本文采用高分辨透射电子显微镜（ＨＲＥＭ）研究了ＴｉＮ／ＡｌＮ纳米多层膜的微结构并对其力学性能的变化给予解释。ＴｉＮ／ＡｌＮ纳米多层膜采用反应溅射法在日本产Ａ...

脉冲激光沉积制备TiN/AlN多层膜的变形机理研究

本文采用纳秒脉冲激光沉积法在单晶硅试样表面制备了调制周期为20nm和200nm的TiN/AlN硬质多层膜,通过有限元模拟和纳米压痕方法研究了调制周期对多层膜的开裂机理的影响。结果表明:调制周期200nm时,载荷致使能量表层积累形成应力集中,一定程度后界面应变梯度劣化促使界面裂纹萌生、扩展。载荷继续增加后,主裂纹沿纵向扩展,其两侧也形成新的应力集中区,原有应力释放。薄膜应力近表层的应力集中超过多层膜的强度极限时,多层膜表层发生开裂。调制周期20nm时,加载诱导应力沿着AlN软膜向多层薄膜内部传递,能量在纵深方向累积储存,直至超过薄膜的屈服极限时,多层膜内部损伤失效。

脉冲激光沉积制备TiN/AlN多层薄膜及其工艺研究

本文采用脉冲激光沉积(PLD)法,在单晶硅试样表面上沉积制备了TiN/AlN多层硬质薄膜;研究了激光能量、靶衬距离和基体温度等工艺参数对薄膜性能的影响。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和显微硬度仪方法研究了薄膜的性能。结果表明:薄膜由TiN和立方AlN细晶和无定型的非晶TiN、AlN组成,薄膜的调制周期尺寸均在λ=(50-200)nm范围内,多层结构界面清晰;当多层薄膜调制周期在100nm以下时,薄膜的显微硬度明显高于TiN和AlN的混合硬度值。

LY12硬铝合金TiN/AlN涂层耐磨性能的研究

使用多弧离子镀在LY12基体表面制备了TiN/AlN薄膜,综合考虑涂层成膜质量、沉积速率和耐磨性能,确定了TiN/AlN薄膜的最佳工艺;并研究了预处理对于结合强度的影响,试验表明:与一般基体相比,经喷砂处理的试样膜基间的结合强度得到很大提高。

反应溅射TiO/AlO和TiN/AlN薄膜的微结构与力学性能

采用Ti-Al镶嵌复合靶在Ar、N2和O2混合气体中反应溅射制备了一系列TiO/AlO和TiN/AlN薄膜,并采用EDS、XRD、TEM、AFM、SEM和微力学探针研究了薄膜的化学成分、微结构和力学性能.结果表明,随氧分压的提高,TiO/AlO和TiN/AlN薄膜中的氧含量逐步增加,氮含量相应减少,但其(Ti+Al):(O+N)仍保持约为1:1的化学计量比.薄膜保持与(Ti,Al)N薄膜相同的NaCl结构,并形成强烈(200)织构的柱状晶.与此同时,TiO/AlO和TiN/AlN薄膜的硬度和弹性模量也仍保持在与TiN/AlN薄膜相当的35GPa和370～420GPa的高值.由于薄膜中形成了相当含量的氧化物,这类薄膜的抗氧化能力有望得到提高.

基于SVR的脉冲激光沉积TiN/AlN多层薄膜的工艺优化

根据脉冲激光沉积(PLD)法在单晶Si试样表面沉积制备多层TiN/AlN硬质膜实验数据,应用基于粒子群算法(PSO)寻优的支持向量回归(SVR)方法,建立不同工艺参数下沉积的TiN/AlN多层膜的AlN膜厚及TiN薄膜硬度的SVR预测模型。在相同的训练与测试样本集下,将SVR所得的AlN膜厚预测值与免疫径向基函数(IRBF)神经网络的计算结果进行比较。结果表明,SVR模型训练和预测结果的平均绝对百分误差要比IRBFNN模型的小,其预测精度更高,预测效果更好。应用SVR的TiN薄膜硬度模型对PLD法沉积TiN薄膜的工艺参数进行了优化,分析了多因素对PLD法沉积TiN薄膜硬度的交互作用和影响。该方法可为人们利用PLD法沉积TiN/AlN多层功能薄膜提供科学的理论指导,具有重要的理论意义和实用价值。

TiN/AlN复合陶瓷的电性能

以AlN粉为原料,TiN粉为调节剂,添加稀土金属(Sm2O3,Y2O3,)烧结助剂在N2气氛下,采用放电等离子烧结技术在1 700℃,25 MPa下保温10 min制备了相对密度高于98%的AlN陶瓷。引入导电相TiN对AlN陶瓷电性能进行改性,AlN复合陶瓷的相对密度随着TiN含量的增加而有所下降,电阻率出现明显的导电渗流现象,渗流阀值出现在质量分数为26%左右。通过X射线衍射、扫描电镜和X射线光电子能谱分析可知:AlN烧结体含有主晶相AlN、第二相稀土金属铝酸盐和间隙相TiN,一般认为,低熔点的稀土金属铝酸盐促进了AlN陶瓷的烧结致密化,导电相TiN提供了导电的自由电子致使陶瓷体的电性能降低。

TiN_(0.3)/AlN复合烧结界面扩散现象

为研究TiN_(0.3)/AlN复合烧结体中两相界面区域的N原子的扩散现象,通过机械合金化方法制备出非化学计量比TiN_(0.3),采用放电等离子体烧结技术分层及复合烧结TiN_(0.3)/AlN复合材料,采用金相、XRD、SEM、EDS及TEM等分析表征TiN_(0.3)/AlN复合材料的物相组成、元素分布和组织形貌。结果表明:AlN中的N通过空位扩散机制向TiN_(0.3)中扩散,其扩散程度逐渐减弱;与AlN接触的TiN_(0.3)部分由于吸收了来自AlN中的N使成分接近正常比例的TiN,而远离界面处的部分则接近TiN_(0.3)的成分;在两相结合区域有宽度在1 nm以下的非晶层,其电子衍射斑点出现纵向伸长,产生共格,说明六方结构的AlN晶格向TiN晶格畸变,形成面心立方结构的TiN_(0.3)/AlN。

脉冲激光沉积TiN/AlN多层膜的微结构与力学性能

采用脉冲激光沉积(LPA)法,在单晶Si表面制备了调制周期为50nm的不同调制比的TiN/AlN多层膜,并研究了调制比对多层膜微结构和力学性能的影响。扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)显示,薄膜的调制比在1～4之间。并且小调制比下薄膜表面的岛密度小,岛面积过大,分布不均匀,相邻岛之间的起伏较大。X射线衍射(XRD)结果表明,小调制比下,AlN相为明显的(002)择优取向,TiN相主要以(200)、(220)形式存在;调制比增大后,AlN相的择优取向减弱,同时伴随着薄膜晶粒的细化及硬度增强,这一研究结果说明,调制比对多层膜的性质有一定的影响,大调制比会导致Al元素在界面处聚集,并与TiN进行合金化后的形成TiAlN结构,进而对薄膜的硬度产生影响。

纳秒准分子激光合成制备TiN/AlN多层复合膜研究

采用纳秒准分子激光在单晶硅试样表面制备了调制周期为50nm、调制比为2的TiN/AlN多层复合膜,并研究了N2分压对多层膜微结构和硬度的影响。结果表明,在低N2分压下薄膜表面颗粒相对较小,颗粒之间的空隙也不明显;随着N2分压的升高,薄膜表面颗粒明显粗化,且直径变大高度增高,颗粒之间孔隙变大。X射线衍射(XRD)研究表明,N2分压的增大可以在一定程度上促进AlN(002)相的形成,但抑制了TiN(111)的形成。X射线光电子能谱(XPS)研究显示,薄膜中N、Al、Ti元素有多种键合形式存在,并在界面形成TixAl1-xN复合。纳米硬度测量发现,N2分压的增大有利于薄膜硬度的提高,且薄膜硬度明显依赖于晶粒的尺寸分布和相结构。这一结果说明,纳秒准分子激光沉积制备TiN/AlN的过程中,通过控制N2分压调控激光等离子羽中粒子的运输能量不仅得到了预期的多层复合相结构,同时也调控了晶粒的尺寸分布。

反应室沉积TiN／AlN复相陶瓷的研究

采用自蔓延高温合成与等离子喷涂相结合的方法在自制的反应室中沉积了TiN／AlN复相陶瓷。通过 XRD、SEM、TEM等手段对复相陶瓷进行了相分析、表面形貌及微观结构分析,结果表明,复相陶瓷主要由TiN和 AlN两相组成,但复相陶瓷粒子间的结合较差,没有明显的相界,TEM表明复相陶瓷有类似于羽毛状的形貌。

脉冲激光沉积制备TiN/AlN多层薄膜的研究

采用脉冲激光沉积（PLA）法,在单晶Si试样表面沉积制备了一系列TiN/AlN硬质多层膜,并采用基于免疫算法的免疫径向基函数（IRBF）神经网络对AlN厚度建立预测模型,设计出具有可控调制周期和调制比的TiN/AlN多层膜。X射线衍射（XRD）结果表明,小调制层周期下,过高或过低的工艺条件下薄膜通常为非晶态,适当的工艺条件下TiN、AlN形成具有强烈织构的超晶格柱状晶多层膜;与此相应,纳米多层膜产生了硬度和弹性模量异常增高;随着调制比增加,使纳米多层膜形成非晶AlN层和纳米晶TiN层的多层结构,多层膜的硬度和弹性模量逐渐下降。XPS结果表明,薄膜界面由Ti＋4、Ti＋3离子组成,N的负二价、三价亚谱结构预示着非当量TiN、AlN的形成。AFM研究显示,薄膜的调制周期均在10~200 nm范围内,且薄膜表面较均匀;当多层薄膜调制周期在50 nm以下时,薄膜的纳米硬度值明显高于TiN和AlN的混合硬度值,达30 Gpa。

TiN/AlN复合材料的等离子烧结

采用等离子技术,在1600℃的温度和50 MPa的压力、不同保温时间的条件下实现TiN/AlN纳米复合粉的快速烧结。随着保温时间的延长,材料致密性有所改善,在保温15 min后获得最大密度,HRA=93,ρ=4.346 g/cm^3;随后由于颗粒的长大密度有所下降。XRD分析主相为TiN,局部温度过高导致氮缺位,晶格常数增大,衍射峰较烧结前略有左偏;次相为AlN,但由于在烧结过程中存在应力,其衍射峰较烧结前略有右偏,同时在烧结过程中有轻微氧化现象生成AlON相。用SEM分析了试样断口形貌,主要呈现沿晶断裂。

反应烧结法制备(AlN,TiN)-Al_2O_3复合材料的研究

以Ti,Al,Al2O3为初始粉料,通过750～800℃氮气保护下的中温焙烧,然后在1420～1550℃在氮气氛下反应烧结,制备了不同配比的(AlN,TiN)-Al2O3复合材料。研究了组成及烧结工艺对复合材料力学性能、显微结构等的影响。用XRD,SEM等方法分析粉体及烧结体的相组成及微观结构。分析结果表明:AlN,TiN的形成,有助于材料的致密化并使其力学性能提高。组成为20wt%(Al,Ti)-Al2O3的粉体在1520℃、30MPa、保温、保压30min热压烧结条件下,与N2气反应可得到硬度(HRA)为94.1的高硬度的(AlN,TiN)-Al2O3复合材料,该材料的抗弯强度为687MPa,断裂韧性(KIC)为6.5MPa·m1/2。

工艺参数对含钛高炉渣合成(Ca,Mg)α′-Sialon-AlN-TiN粉的影响

以含钛高炉渣、硅灰、高铝矾土熟料和炭黑为原料,采用碳热还原氮化法合成了(Ca,Mg)α′2Sialon2AlN2TiN粉。用X射线衍射法测定了产物相组成及相对含量,研究了合成温度和恒温时间对反应过程的影响,并对合成机理进行了探讨。结果表明:合成温度对(Ca,Mg)α′2Sialon2AlN2TiN粉的合成过程影响显著,随着合成温度升高,产物中α′2Sialon相含量增大,1480℃时α′2Sialon含量达最大,是最佳的合成温度。恒温时间对产物相组成的影响不十分显著,但较长的恒温时间可使还原氮化反应进行得更充分,恒温8h的试样中α′2Sialon含量最高,是较理想的恒温时间。合成过程中SiO的挥发导致试样较大的质量损失,且随着合成温度升高和恒温时间延长而增大。