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。     

磁控溅射沉积TiN薄膜工艺优化

磁控溅射TiN薄膜的力学和腐蚀性能与薄膜的结构密切相关,而其结构又取决于薄膜的制备工艺.采用正交实验方法对影响TiN薄膜结构和性能的重要参数如电流、负偏压、氮流量和基体温度等进行优化,以期获得更优的制备工艺条件.实验结果显示,其对TiN薄膜纳米硬度影响由大到小的次序为：基体温度＞负偏压＞电流＞氮流量;对膜/基结合力的影响由大到小的顺序为：基体温度＞氮流量＞电流＞负偏压.综合考虑TiN薄膜的纳米硬度和膜/基结合力,获得的最优方案为：基体温度300℃,电流0.2A,负偏压-85 V,标准状态下氮流量4 mL/min.     

负偏压对电弧离子镀CrAlN涂层组织和性能的影响

采用电弧离子镀技术在高速钢基底上沉积CrAlN涂层.对CrAlN涂层的表面形貌、微观组织、显微硬度、结合强度、摩擦学性能进行了分析,研究了负偏压对CrAlN涂层组织和性能的影响.结果表明:在一定范围内随着负偏压的增加,涂层表面大颗粒数量逐渐减少,涂层变得更加致密;但过大的负偏压导致离子轰击作用过强,使涂层表面再次出现缺陷.当负偏压为 -200V时,涂层的晶粒尺寸最小,并具有良好的结晶度.涂层的显微硬度和结合强度均随负偏压的增加呈现出先增加后减小的趋势. 当负偏压为 -200V时,显微硬度达到最大值,为28.6GPa,同时具有最好的摩擦学性能.     

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.     

电弧离子镀工艺参数对CrSiN薄膜性能影响的研究

利用电弧离子镀方法,在(SCM415)钢基体上制备了Cr-Si-N薄膜.通过调节Cr-Si靶中Si的比例,沉积了Si含量不同的Cr-Si-N薄膜.讨论了Si含量、偏压对薄膜硬度的影响.添加Si后得到的纳米复合薄膜Cr-Si-N的硬度比单纯的CrN薄膜有了显著的提高.采用X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对Cr-Si-N薄膜进行分析,研究讨论了Cr-Si-N薄膜的成分、结构及薄膜硬度增强的微观机制.     

T10钢表面HVOF喷涂WC-10Co-4Cr涂层的耐磨性研究

采用超音速火焰喷涂(HVOF)工艺在T10钢表面制备了WC-10Co-4Cr涂层,用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)观察了喷涂粉末和涂层的微观结构,用摩擦磨损试验机测试涂层在无润滑及油润滑条件下的摩擦磨损行为。结果表明:WC-10Co-4Cr涂层的未融颗粒较多,涂层微观结构致密,孔隙率约为0.8%;涂层表面显微硬度呈现常规的单模分布,而涂层-基体截面显微硬度呈现双态分布,涂层表面硬度高于截面硬度,且更为稳定;在干摩擦和油润滑条件下,涂层的摩擦系数随加载力的增大而减小,基体的摩擦系数也随加载力的增大而减小;WC-10Co-4Cr涂层的磨损深度约为T10基体磨损深度的1/3;WC-10Co-4Cr涂层的磨损机制为磨粒磨损,T10基体的磨损机制为黏着磨损。     

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.     

电弧离子镀CrAlN涂层的微观结构及力学性能研究

CrAlN涂层具有良好的综合性能,在合金刀具和模具的表面涂覆方面有广泛的应用前景,但其力学性能需要深入的研究。采用电弧离子镀技术制备CrAlN涂层,通过扫描电镜和X射线衍射分析涂层的微观组织结构,测试涂层的显微硬度和涂层与基体的界面结合强度。结果表明,CrAlN涂层含CrN和CrAlN相。涂层的表面形貌和致密性与制备时基体的负偏压和N2/Ar气体流量比有关,基体负偏压和气体流量比升高,CrAlN涂层致密性提高,表面大颗粒减少。涂层的硬度值和Al含量随着气体流量比的增加而提高。涂层/基体的界面结合强度值达65 N。     

偏压对类石墨非晶碳膜结构和机械性能的影响

采用高功率脉冲磁控溅射法在Si和高速钢基底上制备类石墨(Graphite-like carbon,GLC)非晶碳膜,研究了基底偏压对薄膜微观结构、机械性能和摩擦学性能的影响.结果表明:随着基底偏压的增大,GLC薄膜sp2键含量先减小后增大,在基底偏压为-100 V时达到最小值;薄膜的硬度和弹性模量先增大后减小,表面粗糙度先减小后增大;GLC薄膜的摩擦学性能与其机械性能和表面粗糙度密切相关,在基底偏压为-100 V时,薄膜的平均摩擦系数最小.     

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.     

全固态锂离子电池阳极V_2O_5薄膜的性能研究

通过磁控溅射法制备全固态锂离子电池阳极V2O5薄膜,对不同条件下制备的V2O5薄膜用原子力扫描显微镜(AFM)、X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱仪(XPS)进行测试分析。结果表明,氧气比例高于20%,溅射功率120W,环境压强1.2Pa时,V2O5薄膜在表面形貌、物相和物态方面表现出良好的电化学性能。     

LiSiPON固态薄膜电解质的结构和性能分析

以Li3PO4和Si3N4为靶材,利用离子束辅助沉积N离子流轰击法制备非晶结构的固态电解质LiSiPON薄膜.实验中,通过控制N2气和Ar气的流量比,调节薄膜的含氮量.利用X线衍射、X线能量色散谱仪和X线光电子能谱仪研究薄膜的结构和组织成分的变化,并通过电化学阻抗测试仪获得薄膜的离子电导率,研究不同氮氩比对LiSiPON薄膜结构、组成和电学性质的影响.结果表明:N2和Ar流量比为1∶1时,薄膜含氮量最高,离子电导率达到最大值,在室温时电解质薄膜的离子电导可达6.8×10-6S/cm,是一种有潜力应用于全固态薄膜锂离子电池的电解质材料.     

工作气压对溅射沉积铜铟镓硒薄膜形态和光学性能的影响

采用射频磁控溅射法,通过直接溅射铜铟镓硒四元合金靶在镀有Mo背电极的soda-lime玻璃衬底上获得铜铟镓硒(CIGS)薄膜.利用X线衍射(X-ray diffraction,XRD)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)和X线能量色散谱仪(energy dispersive X-ray spectroscopy,EDS)研究薄膜的结构、表面形貌和组织成分的变化,并通过紫外-可见分光光度计(ultraviolet and visible spectrophotometer,UV/VIS)获得薄膜的透过率光谱,研究不同工作气压对CIGS薄膜晶体结构、表面形貌和光学性能的影响.实验结果表明:在工作气压为0.8 Pa时制得的薄膜表面均匀致密,可见光范围内透光率接近于零,nCu/nIn+Ga=0.83,nGa/nIn+Ga=0.3,nSe/nCu+In+Ga=1,证明溅射所得CIGS吸收层薄膜的性能接近高效吸收层的要求.     

对向靶磁控溅射纳米氧化钒薄膜的热氧化处理

采用直流对向靶磁控溅射方法制备低价态纳米氧化钒薄膜,研究热氧化处理温度和时间对氧化钒薄膜的组分、结构和电阻温度特性的影响采用X射线光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）和原子力显微镜（AFM）对氧化钒薄膜的组分、结晶结构和微观形貌进行分析,利用热敏感系统对薄膜的电阻温度特性进行测量．结果表明,经300～360℃热处理后,氧化钒薄膜的组分逐渐由V2O3和VO向VO2转变,薄膜由非晶态变为单斜金红石结构,具有金属半导体相变性能;增加热处理温度后,颗粒尺寸由20nm增大为100nm,薄膜表面变得致密,阻碍氧与低价态氧化钒的进一步反应,薄膜内VO2组分舍量的改变量不大;增加热处理时间后,薄膜内VO2组分的含量明显增加,相变幅度超过2个数量级.     

匀胶法制备TiO_2薄膜的亲水性研究

利用匀胶机制备不同厚度TiO2薄膜,分别用X射线衍射仪（X-ray Diffraction,XRD）、拉曼（Raman）光谱、原子力显微镜（Atomic Force Microscope,AFM）和X射线光电子能谱（X-ray photoelectron Spectroscopy,XPS）表征薄膜微观结构;利用紫外-可见分光光度计（UV-Vis）研究薄膜厚度对光透过率的影响;通过表面接触角测试仪研究TiO2薄膜厚度对其亲水性的影响.实验结果表明：匀胶二层的TiO2薄膜（厚度约为170nm）可达到最佳亲水性;TiO2表面形貌和表面羟基官能团（-OH）的含量会对薄膜亲水性造成影响;继续增加TiO2薄膜厚度不利于改善薄膜亲水性.     

基体温度对磁控溅射TiN薄膜结构与力学性能的影响

采用直流反应磁控溅射方法在304不锈钢表面沉积TiN薄膜.利用场发射扫描电镜、X射线衍射仪和纳米压痕仪研究基体温度对TiN薄膜结构与性能的影响.结果表明:TiN薄膜为柱状结构,表面平整、致密.薄膜为面心立方结构(fcc)TiN并存在择优取向,室温和150℃时薄膜为(111)晶面择优取向,300和450℃时薄膜为(200)晶面择优取向;室温时薄膜厚度仅为0.63μm,加温到150℃后膜厚增加到1μm左右,但继续加温对膜厚影响不明显;平均晶粒尺寸随着基体温度的升高略有上升;薄膜的硬度、弹性模量和韧性(H3/E*2)随基体温度的升高而增加,最值分别达到25.4,289.4和0.1744GPa.     

Al阳极氧化及涂膜后处理的微观组织及性能研究

为了提高铝的硬度及耐蚀性能,利用硫酸阳极氧化法对铝板材进行表面处理。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、显微硬度计和滴碱试验等对获得的氧化膜进行观察和性能分析。结果表明,铝硫酸阳极氧化膜具有多孔性,氧化膜主要以非晶态的形式存在,膜厚度处于5～19μm。随着阳极氧化时槽电压、电流密度和氧化时间的增加,氧化膜的厚度、耐蚀性和硬度增加;提高电解液温度和浓度,氧化膜的硬度、耐蚀性和厚度则下降。对氧膜化进行PTFE涂膜后处理能有效地改善氧化膜的多孔结构。     

新型多壁碳纳米管复合薄膜材料气敏性能研究1

采用射频反应磁控溅射锡（Sn）靶和钨（W）靶的方法制备了SnO2/WO3/MWCNT复合薄膜材料和气敏元件,通过XRD和XPS实验分析了复合薄膜材料的物相结构及表面化学状态,测试了该气敏传感器的气体敏感性能,包括灵敏度、选择性等特性,实验结果表明,该复合薄膜气敏传感器表现出较好的气敏性能,对NO2有较好的灵敏度,对其他干扰气体不敏感。对实验结果与气敏响应机理进行了初步的分析与讨论。     

氧化法在石英衬底上制备氧化钒薄膜及氧化过程和性能的研究

采用直流溅射法在石英衬底上沉积不同厚度的金属钒(V)膜,在空气氛围中进行不同温度热氧化处理获得性能最佳的退火温度和薄膜厚度。用X射线衍射仪(XRD),傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)和X射线光电子能谱仪分别研究了薄膜的晶体结构,红外透射性和表面组分。结果表明:厚度约为100 nm的金属钒膜在空气中370°C下氧化60 min制得VO2含量较高,相变温度45℃,热滞宽度约10℃,高低温光透过率变化41%的氧化钒薄膜。