氮化钛薄膜的制备及其机械性能的研究

氮化钛（TiN)薄膜独特的性能不仅在机械工业和商品的表面装饰行业上有着广泛的应用,而且在临床制品及人工器官领域也展示了潜在的应用前景。研究利用大功率偏压电源的多弧离子镀技术,采用工业镀工艺,在Ti-6Al-4V合金材料表面制备了TiN薄膜。用X射线光电子能谱检测证明了所制备的薄膜确为TiN.机械性能测试表明：具有TiN涂层样品的显微硬度大大高于Ti合金基材,同时耐磨性能也明显得到改善。     

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.     

直流磁控溅射法在Mg-Li合金表面沉积TiN薄膜提高合金抗腐性的研究

TiN薄膜具有良好的抗腐蚀性,采用直流磁控溅射法低温下合成TiN薄膜可以节约能源,简化工艺.采用直流磁控溅射法在Mg-Li合金表面沉积TiN膜,TiN膜厚度约为1.6μm,靶材为纯度99.99%的钛靶.用X射线衍射仪(XRD)来表征薄膜的成分,薄膜的表面形貌用扫描隧道显微镜(SEM)以及原子力电子显微镜(AFM)来表征.将样品放入浓度为3.5%的NaCl溶液中进行腐蚀实验,结果镀TiN膜的镁锂合金样品析氢速率很慢;用SEM进行腐蚀表面观察,未镀TiN薄膜的合金表面比镀TiN薄膜的合金表面腐蚀严重,说明在Mg-Li合金表面沉积TiN薄膜提高了镁锂合金的抗腐蚀性.     

双层辉光离子渗金属技术沉积氮化钛薄膜的微观结构研究

采用双层辉光离子渗金属技术,在硬质合金基体表面上制备了氮化钛（TiN）薄膜,通过微观结构和显微硬度分析,研究了基体温度对TiN薄膜性能的影响.实验结果表明：所有TiN样品均具有面心立方结构,并且薄膜生长的择优取向、晶粒尺寸、晶面间距、晶格常数和微观硬度等都与基体温度密切相关.当基体温度为650～780℃时,TiN薄膜具有最小的晶粒尺寸（26.9 nm）和最大的显微硬度（2204 HV）.     

磁控溅射与电弧离子镀制备TiN薄膜的比较

分别采用磁控溅射和电弧离子镀在抛光后的W18Cr4V高速钢基体表面沉积TiN膜层,利用纳米力学系统、扫描电子显饭镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对薄膜进行测试,比较了两种方法所制备的薄膜的异同.结果表明:磁控溅射所制备的薄膜表面平整,但沉积速率和硬度均低于电弧离子镀制备的薄膜.     

沉积温度对直流磁控溅射TiN薄膜结构和表面形貌的影响

利用直流磁控溅射技术,在锆合金基体表面上研究不同基体温度对沉积TiN薄膜的影响.分别采用X射线衍射仪和扫描电子显微镜(SEM)对TiN薄膜结构、表面形貌和截面形貌进行了研究.研究结果表明:TiN薄膜在不同沉积温度下晶格取向是不同的;200℃时,TiN为随机取向;300℃时,TiN薄膜以(111)为择优取向;400℃时,薄膜晶化质量不断提高,最后逐渐趋于稳定.300℃时,薄膜的致密性与均匀性较好,表面无明显缺陷.     

表面处理和涂层技术在齿轮上的应用初探

利用气相物理沉积(PVD)技术和磁过滤弧源沉积的方法(DFAD),在由20CrMo制造的直齿圆柱齿轮表面分别制备了TiN以及C:N薄膜,并在齿轮传动实验台上进行了性能测试.结果表明:齿轮表面上覆C:N薄膜后,在1 800 rpm,12 Nm的工况下,连续运行50 h,对齿轮表面在体式显微镜下进行观察,薄膜无明显破损,而未覆膜的淬火齿轮表面已经失效.因此,齿轮表面覆膜对改善齿轮的减摩抗磨性的效果是十分明显的,也是切实可行的.同时,还探讨了PVD技术在齿轮传动中应用时出现的问题,如用常用的多弧磁控溅射技术在齿轮表面涂覆TiN膜,因温度太高导致渗碳淬火齿轮表面硬度因回火而降低,无法正常使用,采用磁过滤弧源沉积的方法对齿轮表面进行覆膜,能获得满意效果.     

TiN薄膜的制备及其纳米力学性能研究

采用磁控溅射工艺制备了TiN薄膜,借助X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、原子力显微镜和纳米压痕仪等设备,研究了薄膜制备工艺参数(如基体温度、溅射功率、基体负偏压等)对薄膜的相结构、表面微观形貌、纳米硬度、弹性模量等的影响。结果表明:TiN薄膜为多晶态,其溅射功率、基体负偏压和基体温度等条件对薄膜的形貌、结构及纳米硬度、弹性模量等的影响比较复杂。     

不同镀膜温度下离子镀TiN与Cr/Cu接触界面形成与表面特性

使用多弧离子镀在铜基镀Cr的衬底上制备TiN薄膜，借助表面分析技术研究了不同温度下离子镀TiN与Cr/Cu接触的界面与表面性质。通过SEM、TEM观测表面形貌，微结构随温度变化；用AES和XPS测量接触界面成分随温度的变化。结果表明，在90℃下，表面TiN薄膜欠均匀，界面较清晰可辨；随着温度的升高，表面微结晶性能有所改善，在170℃时可见局部球聚隆起，出现粗细不同的类枝状结晶结构，此时TiN与Cr/Cu界面层增厚，形成较为稳定的Tr-Cr金属间化合物。TiN薄膜在金属衬底上的生长行为与衬底表面的原子结构、晶向，以及TiN与金属间的电荷转移和键合状况有关，适当的衬底温度（120℃）可以改变TiN形貌，改善其机械性能。     

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.     

激光熔覆Ni基涂层的稀释区与熔覆区界面形态及组织

在Ti6Al4V合金表面进行了激光重熔NiCrBSi/TiN，NiCrBSi/TiC喷涂层实验，利用扫描电镜和X射线衍射仪等手段对稀释区与熔覆区界面进行了观察。结果表明：NiCrBSi／TiC重熔层的稀释区与熔覆区界面平直，而NiCrBSi／TiN重熔层的稀释区与熔覆区的界面不复存在，是共晶组织和颗粒组织的混合区。分析认为，[C]、[N]活性原子在高温流动熔体内的不同行为，强烈地影响稀释区与熔覆区的界面性质。NiCrBSi／TiC、NiCrBSi／TiN激光重熔层中稀释区与熔覆区界面TiC和TiN相的形成，遵循化学反应的基本规律，即电负性原则。     

金属钛的离子注入表面改性

讨论了离子注入表面改性技术在生物材料中的应用，研究了Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ合金表面注入Ｎ＋离子后的摩擦磨损行为，结果表明，Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ经离子注入后，摩擦磨损性能都大幅提高．     

Ti-6Al-4V合金电弧熔丝增材的组织性能研究进展

Ti-6Al-4V钛合金具有密度低、高温下组织稳定、强度高的特点,被广泛应用于机翼翼梁、起落架支撑肋等航空工业关键零部件的制造。电弧熔丝增材技术研究始于20世纪80年代,该技术具有成型效率高、原材料利用率高、设备简单等优势。目前,学界对Ti-6Al-4V合金电弧熔丝增材技术开展了广泛研究并已取得一定成果。笔者综述了电弧熔丝增材制造技术的发展历史及研究热点,并整合了国内外Ti-6Al-4V合金电弧熔丝增材技术的最新研究及应用情况,对电弧熔丝增材制造Ti-6Al-4V合金的组织性能特性及调控工艺进行了总结与展望。     

固态NaCl诱导的TiAlN多层涂层热腐蚀行为研究

采用高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)技术耦合多弧离子镀技术,在钛合金和304不锈钢基体表面沉积高致密TiAlN/Me多层纳米复合膜层,通过SEM、XRD、XPS等方法对涂层的宏微观结构进行表征,在500 ℃高温的固态盐膜环境下,研究不同金属子层种类对涂层高温热腐蚀能力的影响规律．结果表明:TiAlN/Ti多层涂层孔隙率低至0.049 %,以点蚀为主要腐蚀形式的涂层热腐蚀面积占比为2.948%,分别达到304不锈钢和Ti-6Al-4V钛合金基体耐腐蚀能力的24.046和23.041倍．TiAlN/TiAl涂层由于涂层表面缺陷和层间缺陷分布广泛,涂层腐蚀面积占比达到67.090 %．TiAlN/Ti比TiAlN/TiAl多层纳米复合膜层有更优的高温热腐蚀性能．      

机场道面除冰液对3D打印的Ti-6Al-4V腐蚀研究

本文研究了电子束熔融(EBM)和激光选区熔化3D打印(SLM)技术制备的Ti-6Al-4V合金在机场道面除冰液—醋酸钾溶液中的电化学腐蚀行为,并与传统锻造Ti-6Al-4V合合金进行对比,通过电化学阻抗谱和极化曲线分析三种合金的抗腐蚀性能.研究结果表明,传统锻造Ti-6Al-4V合金的表面阻抗值更大,极化电阻更高,致钝电流密度更低,更易形成钝化膜,耐蚀性更强.而SLM-和EBM-Ti-6Al-4V合金阻抗值、极化电阻、致钝电流密度非常接近,抗腐蚀性能相似.     

稀土添加剂对电沉积磷酸钙涂层的影响

采用电化学沉积的方法在钛合金(Ti-6Al-4V)表面制备生物涂层.通过加入添加剂稀土硝酸镧和氧化钇制备了两种磷酸钙盐/稀土复合涂层.试验研究了稀土对涂层的微观形貌及涂层厚度的影响.结果表明:稀土的加入使涂层变得更为均匀致密.与单一涂层相比,稀土盐的添加有效的提高了涂层的厚度.XRD分析表明,稀土的加入并没有影响磷酸钙的生成.     

Ti60合金电弧离子镀Ti-Al-Cr防护涂层的抗循环热冲击性能

利用电弧离子镀技术在Ti60合金表面制备了Ti-48Al-5Cr和Ti-48Al-12Cr(原子分数,%)两种涂层.研究了Ti60及涂层样品在高温(900℃和950℃)和室温(强制水冷)之间的抗循环热冲击能力.分析了热冲击过程中样品的质量变化、相组成、表面及截面形貌的显微照片.结果显示Ti-48Al-12Cr涂层具有较好的抗循环热冲击性能,能有效地保护Ti60基体.而Ti-48Al-5Cr涂层不能有效地保护基体,这是因为Cr元素含量不同导致氧化机制的差异.热冲击实验加速了氧化物的剥落和破坏,因此加速了内氧化的发生和裂纹的萌生、扩展.     

高速钢上TiN镀层的硬度和粘附性能

本文利用显微硬度和划痕粘附性测量技术,对采用HCD方法涂镀在高速钢上的TiN镀层的力学性能进行了研究。结果表明,TiN镀层的显微硬度(Hv)、超显微硬度(UMH)和临界载荷(L_c),受基体偏压、氮气分压和镀层厚度的影响,镀层的择优取向强烈地影响着镀层的显微硬度,在一定的值域内,镀层内应力增加,临界载荷下降。 讨论了影响临界载荷的各种因素,确定了制备具有优良力学性能的TiN镀层的工艺参数。     

电参数对钛合金微弧氧化法制备TiO2生物陶瓷涂层的影响

采用微弧氧化法在钛合金(Ti-6Al-4V)基体上制备TiO2生物陶瓷涂层.试验研究了不同微弧氧化电压和脉冲频率对涂层微观形貌,涂层厚度及相组成的影响.结果表明:涂层厚度随氧化电压的升高而增加,随脉冲频率的增加而减小.SEM观察显示:涂层微孔数目随电压的升高而增加,随脉冲频率的增加表面粗糙度增大.XRD相结构分析表明:涂层中的主要相为金红石型TiO2和锐钛矿型TiO2及CaTiO3.     

钛合金表面梯度掺锶透钙磷石涂层研究

通过2步电化学沉积工艺,以医用钛合金(Ti-6Al-4V)作为基板,制备梯度掺锶透钙磷石涂层,为涂层钛(合金)的临床应用与进一步实验研究提供有价值的理论参考.实验采用X线衍射仪(XRD)以及X线荧光光谱仪(XRF)检测试件涂层成分和掺锶量,场发射扫描电镜(SEM)观测微观形貌,溶血实验检测溶血率,初步判断其体外生物相容性.根据检测结果,按照n(Sr)/n(Sr+Ga)计算涂层掺锶量,结果显示成功在钛合金基板上制备锶的物质的量分数为10%、15%、20%的透钙磷石涂层,SEM观察涂层形态规则致密,检测溶血率均小于5%,符合医用材料相应要求(<5%).