电弧离子镀制备TiN/TiSiN多层涂层及其性能研究

为提高单一TiN涂层的性能,采用AS600DMTXBE型阳极层离子源辅助电弧离子镀系统制备TiN层和TiSiN层厚度比分别为1∶2、2∶2、3∶1的TiN/TiSiN多层涂层。研究不同厚度比的TiN/TiSiN多层涂层的形貌、结构以及性能,并与TiN涂层性能进行比较。结果表明:TiN/TiSiN多层涂层为TiN面心立方结构,其中厚度比为2∶2的TiN/TiSiN多层涂层的TiN(111)衍射峰较强;厚度比为1∶2的TiN/TiSiN多层涂层摩擦因数最低,表明掺入Si的含量越大,涂层减摩性能越好;TiN/TiSiN多层涂层的减摩作用、硬度和结合强度都优于TiN涂层,且厚度比为2∶2的TiN/TiSiN多层涂层的硬度和结合强度均最大;厚度比为2∶2的TiN/TiSiN多层涂层的耐腐蚀性最高,表明Si元素的掺入能够提升涂层的耐腐蚀性能。

PCVD直流脉冲频率对TiN/TiSiN复合涂层结构与性能的影响

为了探讨频率对硬质合金基体上TiN/TiSiN复合涂层组织结构及性能的影响,选择了几个不同频率来制备TiN/TiSiN复合涂层。研究结果表明:不同频率制备TiN/TiSiN复合涂层的表面形貌都呈圆盘状颗粒,频率在30kHz-70kHz变化时,复合涂层颗粒尺寸随频率的增加而增大,均匀性随频率的增加而变差;复合涂层频率在30kHz-70kHz变化时,TiN始终在(200)方向上择优取向;硬质合金基体上,TiN/TiSiN复合涂层比单一TiN涂层的硬度提高更大,从1973 HV0.05增加到3417 HV0.05;30kHz时TiN/TiSiN复合涂层的硬度、涂层结合力和耐磨性能明显优于其他两种TiN/TiSiN复合涂层。故在硬质合金基体上,30kHz制备的TiN/TiSiN复合涂层工艺最佳。

TiN/TiSiN复合涂层的耐磨性能研究

根据Archard磨损理论推导牙轮钻头滑动轴承摩擦计算公式,在CVD装置中生成滑动轴承摩擦面上的TiN/TiSiN复合涂层,并通过万能摩擦磨损试验机进行试件试验。试验结果表明,TiN/TiSiN复合涂层可以有效提高牙轮钻头滑动轴承耐磨性,延长其使用寿命。

PCVD直流脉冲沉积温度对TiN/TiSiN复合涂层高温氧化性能的影响

采用工业用直流脉冲等离子体增强化学气相沉积(PCVD)法在硬质合金刀具材料上制备了TiN/TiSiN复合涂层。对比研究了TiN及不同温度制备的TiN/TiSiN复合涂层高温抗氧化性能。研究表明:含有非晶阻隔抗氧化结构Si3N x的TiN/TiSiN复合涂层高温氧化性能远高于TiN涂层,TiN/TiSiN复合涂层提高到800℃,仍可避免出现较大面积氧化及脱落;PCVD直流脉冲沉积制备温度对涂层高温抗氧化能力有重要影响,550℃沉积制备的致密、均匀、颗粒小的复合涂层高温氧化性能最佳,600℃次之,500℃最差。

TiN/TiSiN复合涂层显微结构与力学性能研究

采用工业用直流脉冲等离子体增强化学气相沉积(PCVD)法在硬质合金刀具基体上制备了TiN和TiN/TiSiN复合涂层。对TiN涂层和不同沉积温度下制备的三种TiN/TiSiN复合涂层的微观结构和力学性能进行了对比研究。结果表明:随着沉积温度的升高,TiN/TiSiN复合涂层的结合力增大;沉积温度为550℃时,TiN/TiSiN复合涂层的硬度和耐磨性能优于其他两种TiN/TiSiN复合涂层;复合涂层的显微硬度和耐磨性能均高于单一TiN涂层。

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。

双极板表面纳米晶TiN和TiSiN涂层耐蚀性能研究

为改善双极板材料在交换膜燃料电池(PEMFC)中较差的耐蚀性能,本文采用双阴极等离子溅射沉积技术在Ti-6A1-4V合金表面制备了纳米晶TiN和TiSiN涂层。通过对所制备涂层的开路电位、交流阻抗和动电位极化等电化学测试研究了所制备图层在模拟PEMFC环境阳极工作电压(-0.1V)和阴极工作电压(+0.6V)下的电化学行为。

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.

TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN CVD多层涂层硬质合金的氧化行为

采用高温化学气相沉积(HT-CVD)和中温化学气相沉积(MT-CVD)相结合的复合化学气相沉积新技术在硬质合金基体WC-(W,Ti)C-(Ta,Nb)C-6%Co上分别沉积TiN/TiCN/TiN和TiN/TiCN/Al2O3/TiN涂层,制备TiN/TiCN/TiN和TiN/TiCN/Al2O3/TiN CVD多层涂层硬质合金。通过氧化实验,X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和显微硬度计等手段研究TiN/TiCN/TiN和TiN/TiCN/Al2O3/TiN CVD多层涂层硬质合金的氧化行为。结果表明,涂层后硬质合金的抗氧化性能明显提高,Al2O3的加入能进一步提高CVD多层涂层硬质合金的抗氧化性能,并使涂层硬质合金表现出独特的氧化行为。Al2O3涂层的抗氧化机理为Al2O3具有良好的高温化学稳定性,能起到很好的隔热和阻碍氧扩散的作用。

40Cr钢离子氮化与离子镀TiN复合涂层与苜蓿草粉之间的摩擦学特性

在橡胶轮磨料磨损实验机上考察了40Cr钢基体上离子氮化与离子镀TiN复合涂层在苜蓿草粉软磨料下的摩擦学特性。采用划痕法测定了涂层的结合力,利用XRD分析了涂层的相结构,应用扫描电子显微镜观察分析了涂层磨损表面形貌和磨损机理。结果表明:离子氮化与离子镀TiN复合涂层的膜基结合力和硬度均高于TiN涂层;其对于苜蓿草粉软磨料的耐磨性也高于TiN涂层和渗氮层;离子氮化过渡层能显著提高TiN涂层的膜基结合力并改善薄膜的韧性;涂层能有效限制硬质颗粒对基体的压嵌和切削。涂层在苜蓿草粉软磨料下的磨损机制既包括硬质颗粒磨料条件下的切削磨损,也包括软磨料条件下的多次塑性变形和周期疲劳磨损。涂层硬度和韧性的共增可以提高其对软磨料的耐磨性。

(Ti,Al)N单层和TiN/(Ti,Al)N多层涂层的物理及力学性能研究

借助EPMA、XRD、SEM、纳米压痕、EDX、Rockwell A压痕、强度测试和切削实验研究了采用磁控溅射法在硬质合金基体上沉积的(Ti,Al)N单层和Ti N/(Ti,Al)N多层涂层的物理和力学性能。研究结果表明:两种涂层均与基体结合紧密,(Ti,Al)N为面心立方结构;Ti N/(Ti,Al)N多层涂层具有更高的硬度、更低的脆性和更好的切削性能。

TiN多弧离子镀过渡层的组成及其对涂层结合力的影响

论述了 Ti N多弧离子镀涂层过渡层的组成及其形成机制和影响因素。实验结果及分析表明 ,Ti N涂层过渡层由混合层及扩散层组成 ,扩散层包括 Ti原子扩散层及 N原子扩散层 ;影响扩散层的主要因素是基体材料的成分和沉积温度 ;具有 N原子扩散层的过渡层将使涂层的结合力明显提高。

不同热处理TiN/Ti多层涂层冲蚀损伤特征与机理

目的通过研究分析不同热处理TiN/Ti多层涂层在冲蚀作用下的损伤特征,揭示不同热处理TiN/Ti多层涂层冲蚀损伤的机理。方法采用磁过滤阴极真空弧沉积技术在TC4钛合金表面制备TiN/Ti多层涂层,利用热处理炉对试样进行不同的热处理(300℃/40 min,空冷;400℃/40 min,空冷;300℃/40 min,空冷+300℃/40 min,空冷),采用划痕仪、显微硬度计、扫描电镜、能谱仪等设备对热处理试样涂层的结合力、显微硬度、涂层损伤形貌特征、元素分布等进行表征,并在冲蚀试验平台上通过砂尘冲蚀性能试验(速度130 m/s,角度45°)进行验证。结果TiN/Ti多层涂层在低温(≤400℃)下经短时间热处理后,涂层的物相未发生变化,仍以TiN(111)、TiN(200)、TiN(220)和TiN(311)为主,涂层结构完整,最外层的TiN涂层没有发生氧化现象,涂层结合力基本未发生改变,显微硬度略有下降,由2764.1HV分别降至2748.9HV、2493.2HV、2255.2HV。TiN/Ti多层涂层的抗冲蚀性能变化不大,冲蚀速率由0.117 mg/min分别变为0.100、0.156、0.120 mg/min。结论低温(≤400℃)短时热处理对TiN/Ti多层涂层冲蚀性能的影响不大,冲蚀损伤机理为环形裂纹引起分层剥落的脆性剥落。

物理气相沉积TiN涂层的研究现状与展望

综述了近年来物理气相沉积TiN多元和多层涂层、化学镀Ni-P与PVD和气体氮化与PVD的研究及应用。并指出通过将物理气相沉积与其他表面强化技术结合制取复合涂层及合理的多元、多层设计,可进一步发挥PVD TiN涂层的优势,克服单一TiN涂层的不足。

TiSiN/Ag纳米多层涂层海水环境磨蚀性能研究

本文中采用多弧离子镀系统在Ti-6Al-4V合金(TC4)上沉积TiSiN/Ag纳米多层涂层.使用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和扫描型电子显微镜(SEM)表征涂层的成分和结构,并使用纳米压痕测试其硬度.用Rtec MFT500摩擦磨损试验机对涂层在海水环境中的摩擦磨损性能进行测试.结果表明:涂层具有致密的结构和清晰的多层界面,TiSiN层与Ag层交替沉积,涂层中包含TiN、Ag和Si3N4相,非晶Si3N4包裹纳米晶TiN.相比TC4合金基体,沉积TiSiN/Ag纳米多层涂层后,摩擦系数在大气环境和海水环境均能下降0.15以上,磨损率降低两个数量级.人工海水中摩擦状态下材料出现腐蚀摩擦交互作用,主要损耗形式为腐蚀对磨损的促进,TiSiN/Ag纳米多层涂层的耐磨蚀性能远优于基体材料.

TiSiN/Ag纳米多层涂层的抗菌及摩擦学性能研究

采用多弧离子镀技术,在Ti-6Al-4V合金表面沉积TiSiN/Ag纳米多层涂层和TiSiN涂层,研究沉积涂层的结构、抗菌及摩擦学性能.利用X射线衍射仪(XRD),X射线光电子能谱仪(XPS)和透射电子显微镜(TEM)表征涂层的成分和结构,用纳米压痕仪测试涂层的硬度.采用Rtec往复式摩擦磨损试验机对涂层在海水环境中的摩擦学性能进行研究,评价了涂层对大肠埃希氏菌和枯草芽孢杆菌的抗菌性能.结果表明:与TiSiN涂层相比,TiSiN/Ag多层涂层表现出较低的摩擦系数;两种涂层在海水中磨损率远小于Ti-6Al-4V基底,其中,TiSiN/Ag多层涂层比TiSiN涂层在海水环境中表现出较低的磨损率;对TiSiN/Ag多层涂层进行24 h抗菌试验后,该涂层对大肠杆菌和枯草芽孢杆菌的抑菌率分别达到99.98%和100%.

TiN/Ti多层涂层高速冲击损伤特征研究

为研究砂粒高速冲蚀TiN/Ti多层涂层的损伤特征,采用有限元方法模拟砂粒冲蚀TiN/Ti多层涂层过程,研究单颗粒高速冲击下涂层总厚度、调制比、冲击角度对TiN/Ti涂层损伤特征的影响。结果表明:砂粒冲击涂层过程中,冲击中心正下方的各TiN层下表面和冲击接触半径附近的各TiN层上表面均分布较大的拉应力,在冲击中心正下方各TiN层上表面主要分布较大的压应力;涂层内的最大拉应力和基体最大等效塑性应变随着涂层总厚度的增大先增大后减小,厚度最大时体现出良好的抗冲击性;增大多层涂层的调制比会造成涂层内的最大拉应力以及基体的最大等效塑性应变不断增大;砂粒冲击角度从小角度到大角度的过程中,涂层内的最大应力和基体最大等效塑性应变不断增大,冲击角度为90°时,TiN/Ti多层涂层的梯度作用不明显。

离子镀TiN/Ti(CN)多层涂层的力学性能与切削性能

采用多层结构的方法可以提高TiN刀具涂层力学性能和切削性能。采用离子镀技术制备了TiN(0.5μm) Ti(CN)(0.5μm) TiN(0.5μm)多层涂层。利用光学显微镜、原子力显微镜和微力学探针表征了涂层的微结构和力学性能,并研究了涂层对硬质合金铣刀切削性能的影响。结果表明,TiN Ti(CN)多层涂层表面平整、厚度均匀、与基底结合良好,硬度为28.5GPa。高速干式切削试验表明,与普通硬质合金铣刀相比,涂层铣刀的使用寿命提高5倍。

不同微结构Ti/TiN多层涂层的抗冲蚀性能研究

采用离子源辅助的真空多弧镀膜机在TC11基体上制备了不同层间结构的多层结构TiN/Ti涂层。研究了各涂层的微结构对涂层力学性能和抗冲蚀行为影响。研究发现与基体相比制备涂层后的试样冲蚀磨损率明显降低,最大降幅可达90%。不同微结构的TiN/Ti多层结构涂层的破坏形式与Ti金属层与TiN层分布有非常密切的联系,TiN较厚时整体硬度较高,涂层抵抗冲击破坏的能力强,裂纹不容易产生.经过冲刷试验后普遍呈现梯田型的冲刷痕迹,从冲刷坑中心部位向边缘部位延伸,涂层逐层脱落而造成冲蚀流失,没有出现整体脱落的情况。

304不锈钢表面单层/多层TiN基涂层制备及耐磨蚀性能研究

目的探究钢基表面TiN基涂层在海洋环境中的耐磨蚀性能。方法采用电弧离子镀技术,在304不锈钢和单晶硅表面分别沉积TiN、TiBN、TiBN/TiN涂层,并对3种涂层样品的表面–截面形貌、摩擦系数、在人工海水中的电化学性能和摩擦腐蚀行为进行测试。结果形貌表征和干摩擦测试结果显示,TiBN和TiBN/TiN涂层有着比TiN柱状晶更加致密的微观结构,3种涂层的摩擦系数相差不大,比304SS的摩擦系数低。在人工海水环境中的电化学测试结果表明,TiBN/TiN涂层的耐腐蚀性能最佳,TiBN涂层次之,TiN涂层则表现出比304不锈钢基底更差的耐腐蚀特性。在发生摩擦腐蚀的过程中,3种涂层的电位(OCP)均发生了下降。结论利用电弧离子镀技术在304不锈钢表面沉积的单层/多层TiN基涂层,在人工海水环境下,发生的摩擦会增加涂层发生腐蚀的趋势,结构致密,表面易形成钝化膜的涂层,其耐磨蚀性较好。