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。

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。

PVD法制备TiN/AlTiN涂层的摩擦与磨损性能

采用物理气相沉积法在Cr12MoV钢基体上沉积TiN和AlTiN涂层,用扫描电镜、X射线衍射仪和划痕仪分析了涂层表面与界面形貌、物相和结合强度,并进行了摩擦与磨损试验。结果表明,TiN和AlTiN涂层具有较高硬度,AlTiN涂层表面粗糙度优于TiN涂层,TiN涂层表面轮廓算术平均偏差Ra为328.91 nm,AlTiN表面轮廓算术平均偏差Ra为112.49 nm;TiN涂层结合强度为28.85 N,而AlTiN涂层结合强度为27.35 N;AlTiN摩擦因数在磨合期和波动期略高于TiN涂层,在稳定期摩擦因数基本接近,维持在0.44～0.46;AlTiN涂层韧性比TiN涂层有一定的提高,其磨损性能优于TiN涂层。

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 。

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 .

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。

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%。

TiN涂层刀具高速车铣切削性能及磨损机理

实验研究了高速车铣D60钢时TiN涂层刀具的切削性能和磨损机理.结果表明,在水溶性冷却液浇注冷却条件下,高频交变热应力较大,涂层剥落较快,TiN涂层刀具的耐磨性较差,不能适应切削加工的要求.与此相反,干式切削时,高频交变热应力较小,虽在涂层表面有微裂纹产生,但涂层不易剥落,刀具耐磨性较好,可进行长时间稳定切削.干式切削过程中,由于机械冲击,在刀刃处产生的微小凹缺陷,是造成刀具磨损的主要原因.不论湿式切削还是干式切削,涂层剥落后,切削区产生的瞬时热量聚集将使基体粘结相软化,进而导致硬质相颗粒脱落和基体的剧烈磨损.

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。

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。

PVD TiN涂层力学性能的测试方法

至今一种试样只能测试一到两个涂层性能参数,尚未得到一种切实可行、简单有效、物理意义明确的涂层力学性能的评价方法。文中通过对传统的复合板模型进行改进,提出一种能同时测试涂层多个力学性能参数的方法。利用应变仪、光学显微镜及拉伸机的有效组合,对W6Mo5Cr4V2钢PVD(physical vapor deposition,离子镀)涂覆TiN涂层的板状拉伸试样进行试验,得到TiN涂层的弹性模量、泊松比、剪切模量和断裂强度。弹性常数与文献报道基本吻合,而断裂强度差别较大,并分析差别的可能原因。

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。

基体梯度结构对TiN涂层硬质合金力学和切削性能的影响

研究基体梯度结构对TiN涂层硬质合金力学和切削性能的影响;采用阴极弧蒸发涂层工艺分别在均质和梯度硬质合金基体上制备TiN涂层;运用金相观察、扫描电镜分析、三点抗弯强度测试、显微硬度测试和切削性能测试,研究基体梯度结构对TiN涂层硬质合金组织结构、力学性能和切削性能的影响。结果表明:基体结构梯度化后,TiN涂层表面形貌由平整状变为网状结构,显微硬度提高19%,抗弯强度提高6.1%;基体结构梯度化后,涂层硬质合金的结构发生变化、力学性能得到提高,涂层刀片的抗冲击性能和切削性能分别提高10%和15%左右。

高速钢上TiN涂层残余应力的曲率测试和有限元分析

采用多弧离子镀在W6Mo5Cr4V2高速钢上沉积五种不同厚度TiN涂层,用曲率法和有限元法研究TiN涂层残余应力和构成。结果表明涂层厚度对其残余应力有很大影响,特别是对本征应力。当涂层厚度从3μm变化到11μm时,TiN涂层总残余应力分布在-3.12～-2.29GPa之间;热应力分布在-1.96～-1.92GPa之间;本征应力分布在-1.17～-0.37GPa之间。其中热应力所占的比例较大,约占62%～68%。当膜基比ξ<0.017时,总残余应力随ξ的增加呈非线性增加;当ξ=0.017时,该值达到最大值-3.12GPa;当ξ>0.017时,该值随ξ的增加而下降。造成这种变化的主要原因是涂层本征应力受涂层结构影响较大,随着涂层厚度的增加,涂层中孔洞、过冷液滴以及界面微裂纹等缺陷也随之增加,导致涂层中本征应力得到有效释放。

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.

弧电流对多弧离子镀TiN涂层形貌及力学性能的影响

采用多弧离子镀膜技术在硬质合金基体表面沉积TiN涂层，研究了60-140A弧电流对TiN涂层的表面形貌和力学性能的影响。使用扫描电子显微镜、扫描探针显微镜对涂层的形貌进行观察，使用自动划痕仪、纳米压痕仪对涂层的力学性能进行检测。研究结果表明：随着弧电流的增加，涂层的沉积速率呈现非线性增长，涂层组织中的晶粒逐渐长大并聚集。弧电流在120-140A时，涂层的组织由球形晶粒向平板状晶粒转变。随着弧电流的增加，附着力呈先增大后减小趋势，附着力在80A时最大，为123.3N；显微硬度呈增大趋势，但在60-100A时硬度增加较小，超过100A，硬度显著提高，140A时最大，为3051HV。