多弧离子镀沉积TiAlN/TiN多层膜的结构与性能

为研究调制周期对薄膜结构和性能的影响,采用多弧离子镀技术在高速钢上制备TiAlN/TiN多层膜,通过改变调制周期制备了不同层数的TiAlN/TiN多层膜,使用扫描电子显微镜(SEM)、XP-2台阶仪、X线衍射仪(XRD)和维氏硬度计对薄膜的表面形貌、厚度、物相结构和硬度进行测量,并对实验结果进行分析和讨论.结果表明:TiAlN/TiN多层薄膜中膜层的择优生长方向主要表现为Ti Al N相的(0010)取向;调制周期的改变对薄膜的沉积速率基本没有影响;随着调制周期的减小,样品的表面质量提高,显微硬度明显变大.     

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.     

Fe-N/TiN纳米多层膜的结构与力学特性

该文用磁控溅射法制备了一系列Fe-N/TiN纳米多层膜;利用广角和小角X射线衍射和俄歇电子能谱对多层膜的微观结构和成分进行了测试;利用纳米硬度计和纳米划痕仪研究了多层膜的微观力学性能。固定Fe-N层厚度为20nm,改变TiN层的厚度,研究了TiN层厚度变化对Fe-N/TiN纳米多层膜的附着力、硬度、弹性模量等性能的影响。发现TiN层为2nm时多层膜有最好的力学性能,说明对Fe-N/TiN多层膜来说,对力学性能影响最大的是多层膜的调制周期。     

医用不锈钢表面TiN薄膜的组织结构和力学性能研究

为改善医用不锈钢的耐磨性,采用反应磁控溅射在304不锈钢表面沉积了TiN薄膜,研究了Ti过渡层沉积时间对TiN薄膜微观结构和力学性能的影响。通过Ｘ射线衍射仪、扫描电子显微镜、纳米压痕仪、FST1000型薄膜应力测试仪、HSR-2M摩擦磨损试验机和WS-2005型涂层附着力自动划痕仪对样品进行微观组织表征和力学性能测试。结果表明,当Ti过渡层沉积时间为20 min,Ti过渡层厚度为340 nm时,TiN薄膜结晶性最强,硬度和弹性模量达到最大值,分别为21.6 GPa和327.5 GPa,平均摩擦因数达到最小值0.45,临界载荷达到最大值24.7 N,TiN薄膜的力学性能、摩擦性能以及与基体的结合力达到最优。进一步延长Ti过渡层的沉积时间,TiN薄膜的柱状晶组织粗化、力学性能、摩擦性能以及与基体的结合力均降低。     

纳米多层膜的微结构与超硬效应

对所研究的8种纳米多层膜（TiN/NbN、TiN/TaN、TiN/TaWN、TiN/AlN、NbN/TaN、TiN/Si3N4、W/SiC和W/Mo）的晶体结构、调制结构、生长方式和界面结构类型以及它们的超硬度效应特征进行了总结和讨论。结果认为,界面共格应变或其他原因所导致的交变应力场对薄膜造成的强化作用是纳米多层膜产生超硬效应的主要原因之一。     

基底温度对Ti/TiN薄膜内应力的影响研究

摘要：采用反应直流磁控溅射法,在硅基底上制备了一系列不同结构的Ti/TiN多层薄膜。采用X射线衍射仪（XRD）对薄膜物相进行了分析,研究了溅射沉积过程中基底温度对周期薄膜结构及内应力的影响.结果表明：多层薄膜中的Ti出现（101）面,TiN的（200）面衍射峰强度在基底温度为600℃时为最高。随着衬底温度的升高,薄膜内部的压应力逐渐减小,当基底温度在600℃时,薄膜内应力最小。     

不同调制周期对TiN/Ag多层膜结构与性能的影响

为研究不同调制周期对TiN/Ag多层膜结构和性能的影响,采用电弧离子镀技术在Si(100)、不锈钢和高速钢基底表面沉积TiN/Ag多层膜.利用扫描电子显微镜(SEM)、X线衍射仪(XRD)、XP-2台阶仪、维氏硬度计和摩擦磨损仪研究不同调制周期对TiN/Ag多层膜表面形貌、微观结构、厚度、显微硬度和摩擦系数的影响,并采用大肠杆菌实验对多层膜的抗菌性能进行研究.结果表明:TiN/Ag多层膜为面心立方结构,膜层由TiN和Ag交替组成,不存在其他杂相,多层膜具有TiN(111)晶面和Ag(111)晶面择优生长;随着调制周期的减小,多层膜表面更加平整、光滑,硬度逐渐增大,最大达到1 150.5 HV,摩擦系数先增大后减小,最小为0.189,抗菌性能逐渐减弱.     

VN/(Ti,Al)N纳米多层膜的共格生长与超硬效应

采用反应磁控溅射技术制备了一系列具有不同调制周期的VN/(Ti,Al) N纳米多层膜.利用高分辨透射电子显微镜、X-射线衍射仪和微力学探针表征了纳米多层膜的微结构和力学性能,从而研究其微结构与力学性能之间的关系.结果表明,小调制周期时,VN/(Ti,Al) N纳米多层膜沿薄膜生长方向呈现出具有面心立方(111)晶面择优取向的共格外延生长结构.由于存在晶格错配,在共格界面作用下,VN和(Ti,Al)N调制层分别受到拉、压应力,在多层膜中产生以调制周期为周期的交变应力场.这种应力场大大阻碍了薄膜中位错穿过界面的运动,从而导致薄膜产生硬度和弹性模量异常升高的超硬效应,并在调制周期为5.6 nm时,达到硬度和弹性模量的最高值38.4GPa和421 GPa.进一步增加调制周期,两调制层之间产生非共格界面,破坏了薄膜中的交变应力场,薄膜的硬度和弹性模量也随之降低.     

TiN/NbN纳米多层膜的微结构与超硬度效应

采用反应溅射法制备了一系列不同调制周期的TiN/NbN纳米多层膜，并使用X射线衍射分析（XRD），透射电子显微镜（TEM）和显微硬度计表征了薄膜的调制结构，界面结构和显微硬度，结果表明：TiN/NbN多层膜具有周期性良好的调制结构，调制界面清晰、平面；薄膜呈现为多晶外延生长的面心立方结构；薄膜硬度出现异常升高的超硬度效应，并在调制周期为8.3nm左右达到硬度峰值（HK39.0GPa）。     

等离子体离子注入类金刚石多层膜机械特性

采用非平衡磁控溅射及等离子体离子混合注入方法在奥氏体不锈钢 1 Cr1 8Ni9Ti基体上制备 N/ Ti N/ Ti(N,C) / DLC梯度膜 .研究了类金刚石 (DLC)梯度膜的结构特征和力学性能 .试验结果表明 ,N/ Ti N/ Ti(N,C) / DLC梯度膜最外层为典型的 DLC层 .梯度膜的硬度、弹性模量、断裂韧性以及界面结合强度值分别为 1 9.84GPa、1 90 .0 3GPa、3.75MPa· m1/ 2和 5.68MPa·m1/ 2 .试验所制备的 DLC多层膜比 DLC单层膜具有更好的综合机械性能 .     

Fe/Cu纳米多层薄膜中内应力对其力学性能的影响

利用直流磁控溅射方法制备了Fe/Cu纳米多层膜,使用扫描电子显微镜(SEM)、薄膜应力分布测试仪和纳米压痕技术研究了不同周期结构Fe/Cu纳米多层薄膜的内应力及其纳米力学性能.在Fe/Cu纳米多层薄膜中,由于铁和铜的结构和本征性能的差异,形成多层膜结构后存在张应力,其张应力在周期T=10时达到910.08 MPa,对应的纳米硬度为12.3 GPa.随着多层薄膜调制周期数T的增加而内应力逐渐降低,纳米硬度和弹性模量随着张应力缓释也出现下降.根据纳米薄膜内应力对其力学性能的影响,探讨了内应力与薄膜纳米力学性能的相关性.     

沉积温度对TiN/SiN_x多层膜结构及力学性能的影响

采用反应磁控溅射方法,在不同沉积温度条件下制备了一系列多晶TiN/SiNx纳米多层膜,并用X射线衍射仪（XRD）、X射线反射仪（XRR）及纳米压痕仪（Nanoindenter）表征了材料的微观结构及力学性能。结果表明,沉积温度对多层膜的界面结构、择优取向及力学性能有显著影响：当沉积温度为室温时,多层膜的界面较高温条件下粗糙;而多层膜的择优取向在沉积温度为400℃时呈现强烈的TiN（200）织构;多层膜的硬度及弹性模量在室温至400℃温度范围内变化不大。     

ZrC/ZrB2纳米多层膜的微结构和耐磨性

采用射频磁控溅射方法在Si(100)基底上制备了一系列ZrC/ZrB2纳米多层膜和ZrC,ZrB2单层薄膜.通过扫描电子显微镜(SEM),MS-T3000摩擦磨损仪及表面轮廓仪(XP-2)研究了薄膜的微结构和耐磨性.结果表明,多层膜的界面清晰,调制周期性好,周期为3.52 nm的多层膜摩擦系数最小,约为0.24;ZrC/ZrB2纳米多层膜的耐磨性优于ZrC和ZrB2单层薄膜;ZrC/ZrB2多层膜耐磨性提高的主要原因是,调制结构中大量界面的存在,提高了薄膜的韧性,从而增强了薄膜的耐磨性能.     

调制周期对TiCrN/WN多层膜结构与力学性能的影响

为了研究调制周期对TiCrN/WN多层薄膜结构与力学性能的影响,采用超高真空射频磁控溅射系统在Si(100)基底表面制备了一系列TiCrN/WN多层薄膜,利用X线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、纳米压痕仪和表面轮廓仪等分析TiCrN/WN多层膜的结构特征以及硬度、应力和弹性模量等机械性能.结果表明:TiCrN/WN多层膜具有周期性良好的调制结构,调制界面清晰.调制周期的改变对TiCrN/WN多层膜的结构和机械性能影响较大.当调制周期Λ=25nm时,多层膜体系表现出较强的W2N(111)和TiCrN(111)择优取向.此时,多层膜的硬度和弹性模量均达到最大值,分别为40.84GPa和408.85GPa.     

Si_3N_4/TiN纳米多层膜的超硬效应

采用磁控反应溅射工艺制备了Si3N4/TiN陶瓷纳米多层膜,运用X射线衍射、透射电镜和显微硬度仪等对纳米多层膜的微结构、应力状态和硬度进行测试.研究结果表明,Si3N4/TiN多层膜中,Si3N4层为非晶态,TiN层为晶态.Si3N4/TiN多层膜的显微硬度既受调制周期Λ的影响,同时又与调制比有关.当调制比lSi3N4/lTiN=3和调制周期Λ=12.0nm左右时,多层膜的显微硬度达到最大值,其数值比用混合法则计算的值高40%以上.根据实验结果,还提出了该体系出现超硬效应的机制     

超硬纳米多层膜和复合膜的研究综述

综述了近年来纳米多层膜和复合超硬涂层研究的最新进展,分析了Ti/TiN、氮化物/氮化物多层膜和Ti-Si-N及Ti-Al-Si-N系复合膜的最新研究现状,详述了纳米多层膜和复合超硬涂层的致硬机理和设计方法,展望了今后纳米多层膜和复合超硬涂层的研究方向.     

中频非平衡磁控溅射制备Ti-N-C膜

采用霍尔离子源辅助中频非平衡磁控溅射技术,通过改变工作气氛、偏压模式、溅射电流以及辅助离子束电流,在不锈钢材料基体上制备了Ti/TiN/Ti(C,N)硬质耐磨损膜层.对薄膜的颜色、晶体结构、膜基结合力等性能进行了检测分析.结果表明:膜层的颜色对工作气氛非常敏感,反应溅射中工作气氛的微小变化会引起表面膜层颜色很大的变化.在正常的反应气体进气量范围内和较小的基体偏压下,薄膜的晶体结构没有明显的择优取向.但是反应气体的过量通入会使薄膜的晶体结构出现晶面择优取向趋势.非平衡磁控溅射成膜技术对薄膜晶体结构的择优取向影响并不是很大.在镀膜过程中施加霍尔电流,可以有效地增加膜基结合力.     

TiN/SiC纳米多层膜中的晶体互促生长

研究了TiN／SiC纳米多层膜中的晶体互促生长效应,采用磁控溅射法制备了一系列不同厚度SiC和TiN的TiN／SiC纳米多层膜以及TiN、SiC单层膜．利用透射电子显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜和X射线能量色散谱仪分析了多层膜的微结构．结果表明,尽管TiN和SiC的单层膜分别以纳米晶态和非晶态存在,但由TiN和SiC通过交替沉积形成的纳米多层膜却能够生长成为晶体完整性良好的柱状晶并呈现强烈的择优取向,显示了一种异质材料晶体生长的相互促进作用．纳米多层膜中的晶体互促生长效应与新沉积层原子在先沉积层表面上的移动性有重要关系。     

衬底温度对CdTe/ZnTe多层薄膜制备的影响

采用射频磁控溅射法制备了CdTe/ZnTe多层薄膜,并在制备单层CdTe薄膜和ZnTe薄膜的基础上,研究了衬底温度对CdTe/ZnTe多层薄膜性质的影响;通过XRD和透过谱、吸收谱的分析,对其结构进行了研究.结果表明在185 ℃下制备的CdTe/ZnTe多层膜中,CdTe和ZnTe均沿（111）晶面择优取向生长,尤其是ZnTe沿（111）晶面择优取向明显,衍射强度极大. 通过比较不同衬底温度,发现185 ℃生长的样品衍射峰强度最高,成膜质量较好;通过吸收谱图分析,185 ℃下沉积的样品对光有较好的吸收性.     

Dawson型多金属氧酸盐-双氢氧化物超薄膜的合成

通过层接层方法制备了基于剥离的锌钛双氢氧化物单层和典型的Dawson型多金属氧酸盐阴离子α-P_2W_(18)O_(62)~(6-)(P_2W_(18))间作用的新型超薄膜.采用UV/DRS、XRD、FT-IR、ICP-AES和SEM方法对样品的结构和形貌进行了表征.结果表明,P_2W_(18)的结构在超薄膜中未发生改变,超薄膜的厚度在纳米范围,表面形貌完整有序均匀.以制备的超薄膜为光催化剂测试了对偶氮类染料刚果红(CR)的可见光催化降解活性.超薄膜表现出比纯Dawson型多金属氧酸盐阴离子高得多的催化活性,主要归因于剥离的锌钛双氢氧化物单层和金属氧酸盐阴离子的强化学作用对其可见光光响应能力的提高.