Cu-Zn掺杂对TiN复合膜层组织性能的调制

利用磁控溅射方法在不锈钢表面沉积了Cu-Zn掺杂TiN复合膜,研究不同的Cu、Zn含量对膜层结构和性能(硬度、耐磨性能以及耐腐蚀性能)的影响.结果表明,掺杂的Cu、Zn可以阻止TiN晶粒生长,随掺杂量增加TiN晶粒细化,Cu、Zn含量比较高时由于金属相长大而使膜层组织粗化.当Cu≤10.38at%,Zn≤2.19at%时,TiN以(111)晶向择优生长,且随掺杂量增加TiN(200)晶向逐渐增强.XPS结果表明膜层主要由TiN和单质Cu组成.当掺杂Cu为10.38at%、Zn为2.19at%时,复合膜具有较高的硬度和较好的耐磨性能.尽管耐腐蚀性能随着Cu、Zn含量的增加而下降,但少量的Cu-Zn掺杂可显著提高膜层钝化能力.

TiN/Ti复合膜与多层膜对Ti811合金高温摩擦性能及微动疲劳抗力的影响

在Ti811钛合金表面分别利用真空阴极电弧沉积技术和磁控溅射技术制备了TiN/Ti复合膜,利用磁控溅射技术制备了TiN/Ti多层膜,测试了膜层的剖面成分分布、膜基结合强度、膜层显微硬度和韧性,对比研究了不同结构膜层对钛合金基材摩擦学性能和高温微动疲劳抗力的影响.结果表明:TiN/Ti复合膜和多层膜均有效提高了钛合金表面的硬度和耐磨性能;电弧沉积TiN/Ti膜层对钛合金高温微动疲劳抗力的改善程度高于磁控溅射TiN/Ti膜层,原因归于电弧沉积TiN/Ti膜层强韧性好、结合强度高,且膜层中的钛颗粒有良好的减摩润滑作用;磁控溅射TiN/Ti多层膜对钛合金高温微动疲劳抗力的改善程度高于磁控溅射TiN/Ti复合膜层,原因是前者韧性高、减摩润滑作用显著.

多弧离子镀TiN/Cu纳米复合多层膜致硬机理的探讨

采用多弧离子镀技术制备单一的TiN薄膜和TiN/Cu纳米复合多层膜,研究了复合膜的硬度变化及相组成,初步探讨了TiN/Cu纳米复合多层膜的致硬机理。实验结果表明,Cu元素的掺入阻碍了TiN的生长,使复合膜硬度有了显著提高,制得硬度高达51GPa的TiN/Cu复合多层膜,其TiN以(111)和(200)两个晶面择优生长,且衍射峰强度极为接近,(200)面略高于(111)面。

脉冲偏压对离子束辅助电弧离子镀TiN/Cu纳米复合膜结构及硬度的影响

采用离子束辅助电弧离子镀技术在高速钢基体上制备TiN/Cu纳米复合薄膜,考察了基体脉冲负偏压对薄膜成分、结构及硬度的影响。用X射线光电子谱、X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和纳米压痕等方法分别测试了薄膜的化学成分、结构、表面形貌、硬度以及弹性模量。结果表明,在氮离子束的轰击作用下,随着脉冲偏压幅值从-100 V增加到-900 V时,薄膜中Cu含量先增加而后略有降低,在1.05%-2.50%（原子比）范围内变化。同时,脉冲偏压对薄膜的结构也有明显影响,在-100 V出现TiN（111）择优取向,当基体偏压增加到-300 V以上时,择优取向改变为TiN（220）择优。薄膜的Cu2p峰均对应纯金属Cu,薄膜的晶粒尺寸约在11-17 nm范围内变化。硬度和弹性模量随着偏压幅值增加而增大,当偏压为-900 V时,薄膜硬度和弹性模量达到最大值,分别为29.92 GPa,476 GPa,对应的铜含量为1.91%。

TiN／Si_3N_4纳米晶复合膜的微结构和强化机制

采用高分辨透射电子显微镜对高硬度的TiN／Si3N4纳米晶复合膜的观察发现,这类薄膜的微结构与Veprek提出的nc-TiN／a-Si3N4模型有很大不同;复合膜中的TiN晶粒为平均直径约10nm的柱状晶,存在于柱晶之间的Si3N4界面相厚度为0．5-0．7nm,呈现晶体态,并与TiN形成共格界面．进一步采用二维结构的TiN／Si3N4纳米多层膜的模拟研究表明,Si3N4层在厚度约<0．7nm时因TiN层晶体结构的模板作用而晶化,并与TiN层形成共格外延生长结构,多层膜相应产生硬度升高的超硬效应．由于TiN晶体层模板效应的短程性,Si3N4层随厚度微小增加到1．0nm后即转变为非晶态,其与TiN的共格界面因而遭到破坏,多层膜的硬度也随之迅速降低．基于以上结果,本文对TiN／Si3N4纳米晶复合膜的强化机制提出了一种不同于nc-TiN／a-Si3N4模型的新解释．

多弧离子镀制备TiN/Cu纳米复合超硬膜的工艺研究

采用多弧离子镀制备了TiN/Cu纳米复合膜,通过设计Cu靶的开启方案对涂层进行成分调节,运用正交试验找出了影响膜层硬度的主次因素,并对膜层的成分、结构和性能进行了研究。结果表明,N2分压和Cu元素的加入是影响膜层硬度的主要因素;Cu的加入抑制了TiN晶粒的生长,且随着Cu含量的增加,TiN晶粒逐渐变小,并由柱状晶转变为等轴纳米晶;当Cu含量达到1.4 at%时,制备的纳米复合膜具有47.4 GPa的超高硬度。

Electrodeposition and corrosion behavior of nanostructured Ni-TiN composite films

The Ni-TiN nanocomposite film was successfully electrodeposited on brass copper substrates.The microstructures of the Ni-TiN nanocomposite film were investigated using scanning electron microscopy（SEM） and transmission electron microscopy（TEM）.Its average grain size was analyzed through X-ray diffraction（XRD）,and its anti-corrosion property was studied through potentiodynamic scanning curves and electrochemical impedance spectroscopy（EIS）.The results show that the morphology of Ni-TiN composite film is sensitively dependent on the electroplating current density,TiN nanoparticle concentration,solution stirring speed,bath temperature and pH value of solution.The average grain size of the optimized nanocomposite film is about 50 nm.Meanwhile,the Ni-TiN nanocomposite films are much more resistant to corrosion than pure Ni coatings.

轴对称磁场对电弧离子镀TiN-Cu纳米复合膜性能的影响

在电弧离子镀靶后端加入轴对称线圈磁场,制备了TiN-Cu纳米复合膜。观察线圈磁场强度对靶表面电弧斑点游动速率和弧柱形状的影响,及其对沉积薄膜的表面形貌、沉积速率、纳米压痕硬度和弹性模量的影响。结果表明,提高线圈磁场强度可提高电弧斑点的游动速率,进而降低靶表面金属液滴喷射几率,减小沉积薄膜中大颗粒的尺寸和数量。X射线衍射(XRD)谱显示,沉积薄膜只含有TiN相,未出现金属Cu或其化合物的衍射峰;薄膜呈现明显的(111)晶面择优取向。随着线圈磁场强度的提高薄膜沉积速率、压痕硬度和弹性模量先增加,达到最大值后又略有减少,其最大硬度和弹性模量分别达到35.46GPa和487.61GPa。