ZrYN层厚度对CrN/ZrYN纳米多层膜微观结构和力学性能的影响

采用磁控溅射技术在单晶Si基片上交替沉积CrN层、ZrYN层,制备不同厚度ZrYN层的CrN/ZrYN纳米多层膜。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、纳米压痕仪表征纳米多层膜的微观结构和力学性能。结果表明：随着ZrYN层厚度的增大,纳米多层膜中CrN相的结晶程度呈现出先上升后下降的趋势;纳米多层膜的硬度、弹性模量、韧性也呈现出先增大后减小的趋势;当ZrYN层厚度为0.9 nm时,纳米多层膜具有最高的硬度、弹性模量、韧性,分别为20.3 GPa、210.4 GPa、2.25 MPa·m^1/2。上述结果表明,随着ZrYN层厚度的增大,纳米多层膜出现由晶态向非晶态转变,在非晶态下,能够获得良好的综合力学性能。     

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.     

TiN/AlN纳米多层膜的制备及力学性能

采用多靶反应磁控溅射法制备了ＴｉＮ／ＡｌＮ纳米多层膜,并通过ＸＲＤ、ＴＥＭ和显微硬度计对多层膜的调制结构和力学性能进行了研究．结果表明,反应磁控溅射法制得的纳米多层膜调制界面平直清晰;薄膜的硬度随其调制周期Λ的减小而单调增加,硬度在Λ＝２ｎｍ时达到最大值ＨＫ３２．９３ＧＰａ．     

AlN／Al多层膜的红外反射谱研究

分析了含极薄金属膜的多层膜的红外反射谱，给出了一般的分析方法，包括：极薄金属膜的光学常数与膜厚的关系；岛状薄膜的光学常数与几何尺寸的关系；并进一步分析了多层膜中的表面电磁振动模及其对反射谱的影响，针对ＡｌＮ／Ａｌ多层膜的计算所得结果与实验相一致。     

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.     

TiB_2/Si_3N_4纳米多层膜的制备及其结构和性能分析

利用超高真空离子束辅助沉积(IBAD)系统,在225℃条件下,制备一系列TiB2/Si3N4纳米多层膜,通过X射线衍射(XRD)仪、表面轮廓仪、原子力显微镜(AFM)和纳米力学测试系统分析该体系合成中调制比对多层膜结构和机械性能的影响.结果表明:一定条件下制备的多层膜其纳米硬度值高于两种个体材料混合相的硬度值;当调制比为15∶1,调制周期为(13±1)nm时,结晶出现多元化,多层膜体系的硬度、应力、弹性模量和膜基结合性能均达到最佳.多层膜机械性能的明显改善与其多层结构和多晶结构存在直接联系.实验证明通过选择合适的个体层材料、厚度以及调制比等条件,制备具有高硬度、低应力和良好膜基结合力的纳米多层膜是可以实现的.     

离子束辅助沉积法制备TiAlN/TiB2纳米多层膜的研究

运用离子束辅助沉积法(IBAD)制备了一系列具有不同调制比例的TiAlN/TiB2纳米多层膜,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和纳米压痕等表征手段研究了薄膜调制比例对其硬度、内应力和膜基结合力等力学性质的影响.结果表明:随着调制比例从8∶1变化到25∶1,多层膜的硬度在29～34 GPa之间变化,所有多层膜的硬度均高于TiAlN和TiB2两种各体层材料通过混合法则得的结果,结合XRD结果分析认为,TiAlN(111)择优取向是薄膜硬度升高的一个重要原因.     

SiC／W纳米多层膜的微结构和微观力学性能

用磁控溅射法在硅基底上制备了不同调制波长Λ的ＳｉＣ／Ｗ纳米多层膜,利用小角度衍射技术（ＬＸＤ）研究了各样品子层界面的调制周期性,并用上限为２０ｍＮ的超显微硬度计ＵＭＨＴ－３,对上述纳米薄膜进行了多载荷微观力学性能测试．结果表明：纳米ＳｉＣ／Ｗ调制多层膜的超显微硬度随测试负荷Ｆ和调制波长Λ的改变而变化,在负荷为５ｍＮ时峰值硬度为１９．９ＧＰａ,与均匀混合的纳米薄膜相比,超显微硬度值提高了约１倍,显示出明显的硬度异常效应．结合实验结果对硬度值随调制波长Λ出现的峰值效应作了初步探讨．     

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。     

磁控溅射参数对ZrB2/ZrAlN纳米多层膜结构和性能的影响

选择ZrB2和ZrAlN作为个体层材料,利用超高真空射频磁控溅射系统在80 nm调制周期下,制备了一系列ZrB2/ZrAlN纳米多层膜,用XRD、表面轮廓仪和纳米力学测试系统分析了物相及晶体结构.研究表明：纳米多层膜体系的各项性能随着Ar/N2流量比例的变化而变化,多层膜的纳米硬度值和弹性模量均高于两种个体材料混合相的硬度值,残余应力也得到缓解,合适的N2气分压可以使多层膜体系的机械性能达到最佳.     

ZrC／ZrB2纳米多层膜的结构和机械性能研究

选择ZrC和ZrB2作为个体层材料．利用超高真空射频磁控溅射系统,在室温条件下制备了ZrC,ZrB2及一系列具有纳米尺寸的ZrC／ZrB2多层薄膜．通过XRD,SEM和表面轮廓仪以及纳米力学测试系统,分析了调制周期和工作气压对多层膜生长结构和力学性能的影响．结果表明：多层膜的界面清晰,调制周期性较好,大部分多层膜的纳米硬度和弹性模量值都高于两种个体材料混合相的值,在调制周期为27．5nm,气压为0．8Pa时,多层膜体系的硬度、应力以及弹性模量值均达到最佳,多层膜机械性能改善明显与其调制层结构和工作气压相关．     

调制比对TiB2/TiAlN纳米多层膜结构和机械性能的影响

利用射频磁控溅射技术在室温下合成了具有纳米调制周期的TiB2/TiAlN多层膜.分别采用X射线衍射仪(XRD)、表面轮廓仪、纳米力学测试系统和多功能材料表面性能实验仪分析了调制比对TiB2/TiAlN纳米多层膜结构和机械性能的影响.结果表明:大部分多层膜的纳米硬度和弹性模量值均高于两种个体材料混合相的值,在调制比为t ...     

CrN/Cr镀膜改性的H13钢摩擦学性能

为提高AISIH13钢的硬度和耐磨性能,采用多弧离子镀(multi-arc)方法在H13钢表面沉积CrN/Cr双层膜。在600V直流负偏压下对样品表面进行氩离子轰击,随后沉积Cr中间层,采用3种不同的氮气分压,在200V直流负偏压下沉积CrN膜。SRV往复式摩擦磨损实验及表面形貌分析显示,H13钢镀膜样品磨痕深度只有未镀膜样品的1/4,膜层的显微硬度可达HV=1684,高于未镀膜样品的HV=780。膜层的主要相成分是CrN、Cr2N和少量的Cr。     

TiN-MOS2/Ti复合薄膜的摩擦性能

采用纳米复合非平衡等离子体镀膜方法制作了应用于月球车活动关节的新型TiN-MoS2/Ti复合润滑薄膜,通过SEM、XPS等对复合薄膜的微观结构和成分进行了分析,并进行了耐磨和抗潮湿性能试验。研究结果显示,与传统多层膜结构相比,TiN-MoS2/Ti新型复合膜的钻孔数从278个提高到356个;潮湿储存10d后,其耐磨性能与多层膜相比,提高了2.5倍。因此,通过优化制备工艺及加入Ti添加剂等方法可以有效提高月球车活动关节处润滑薄膜的耐磨和抗潮性能。     

偏压对电弧镀TiN薄膜结构和机械性能的影响

采用SA-6T电弧离子镀设备在抛光后的W18Cr4V高速钢表面沉积TiN薄膜,在其他参数不变的情况下,考察偏压对薄膜结构和机械性能的影响.通过扫描电镜观察了TiN薄膜的表面形貌,采用X射线衍射仪对结构进行物相分析,利用XP-2台阶仪测试了薄膜的厚度,并用纳米压痕仪和多功能表面测试仪分别对薄膜的硬度和膜基结合力进行测量.结果表明：随着负偏压的增加,具有面心立方结构的TiN薄膜沿（111）密排面的择优生长明显加强;薄膜厚度（沉积速率）呈现先增大后减小的趋势,在负偏压为100V时达到最大;薄膜综合力学性能在负偏压为200V时达到最佳.     

阴极弧电流对TiN及(TiTa)N薄膜结构和性能影响

利用电弧离子镀技术在高速钢基体上制备了TiN和（TiTa)N薄膜，采用X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）对薄膜的微观组织结构进行了系统分析，研究结果显示：随着阴极弧电流的增加，沉积温度线性上升，薄膜由（111）织构向无择优取向转化，阴极弧电流对TiN薄膜的显微硬度影响较大，而对（TiTa）N薄膜的显微硬度无显著影响，此外，讨论了阴极弧电流对TiN和（TiTa)N薄膜的微观组织和性能的影响机制。     

AlTiCrN涂层结合界面组织特征与结合性能

以Ti、Al和Cr为靶材,采用阴极离子镀在YT14硬质合金刀具表面制备一层AlTiCrN涂层,通过扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪分析了其表面和界面形貌、化学元素组成和物相,并用线扫描和面扫描研究了涂层中化学元素在结合界面处扩散机理. 用划痕法表征其界面层结合强度,对界面结合机理进行了讨论. AlTiCrN涂层的物相主要以AlN、CrN和TiN为主,涂层在(111)晶面具有很强的择优取向. 涂层中Al、Ti、Cr和N原子数分数高于基体,在结合界面处呈阶梯状过渡分布,基体中C原子扩散进入TiN、AlN和CrN晶格点阵中,形成明显的扩散层. 涂层结合界面为机械﹢扩散形式,其结合方式主要是由吸附结合、扩散结合和化合结合方式组成. 划痕过程中涂层经历弹性变形、塑性变形和涂层剥离三个阶段,界面结合强度为59. 2 N.     

氮气流量对复合离子镀TiAlN薄膜性能的影响

利用电弧离子镀和磁控溅射相结合的复合镀技术,在300 V偏压、不同氮气流量下制备了一系列TiAlN薄膜.利用XP-2台阶仪、XRD、SEM和纳米力学测试系统分别对薄膜的沉积速率、晶体结构、表面形貌、硬度和弹性模量等进行测试和分析.实验结果表明:随着氮气流量的增大,薄膜的表面质量逐渐提高,薄膜的硬度和弹性模量均随氮气流量的增大呈现出先增加后减小的变化趋势.