IBAD法沉积TiN薄膜的机械和耐腐性

用离子束辅助沉积(IBAD)方法在医用不锈钢317L基底上沉积TiN陶瓷薄膜。通过X射线衍射(XRD)和俄歇电子能谱(AES)分析研究了薄膜的微结构；测试了薄膜的耐磨性及薄膜与基底的附着力：运用电化学腐蚀的方法检测了薄膜在Hank’s模拟体液中的耐腐蚀性能。研究结果表明：用高、低能氮离子束兼用的IBAD方法沉积TiN多晶薄膜后，材料表面结构和性能发生明显改变。表面硬度和耐磨性有明显提高，在Hank’s模拟体液中显示出更强的抗腐蚀能力。     

光学滤光片薄膜边缘应力研究

以光学滤光片薄膜边缘应力作为对象,研究了Ge/Zn S单、多层光学薄膜应力的变化规律。通过实验研究了离子束轰击能量以及真空退火温度等因素对Ge/Zn S光学薄膜应力类型、大小、变化及其分布的影响规律。Zn S薄膜的应力为压应力,采用离子束辅助工艺后薄膜边缘应力变得均匀;真空退火使Zn S薄膜的应力减小为原来的一半。通过优化沉积参数和张应力、压应力薄膜的组合降低了Ge/Zn S多层光学薄膜的应力,结果表明其平均应力分别为0.1 MPa,而且处于压应力状态。     

沉积含Si过渡层对于不锈钢上沉积的DLC薄膜的性能影响

本文介绍了采用RF-PECVD法在3Cr13不锈钢基体圆片上沉积制备类金刚石多层膜,其内层薄膜为掺Si的过渡层,外层为不同厚度的在50～1000 nm之间的类金刚石薄膜（DLC）。实验结果表明沉积过渡层可以有效提高薄膜与基体的结合力。类金刚石薄膜的摩擦系数和薄膜在摩擦过程中的损坏情况都与外层薄膜的厚度有关。     

不同金属基体上W-C:H 溅射薄膜的摩擦学性能

采用非平衡磁控溅射技术在40Cr、9Cr18、GCr15、TC4及LY12等5种金属基体上沉积了钨掺杂含氢类金刚石(W-C:H)薄膜。采用Raman光谱仪、扫描电子显微镜、纳米硬度计及纳米划痕仪分别测试了薄膜的微结构、厚度、硬度及附着力,采用球-盘摩擦试验机及光学轮廓仪分别在干摩擦和PFPE脂润滑条件下评价了5种金属材料基体上薄膜的摩擦磨损性能。薄膜性能测试结果显示,该厚度为1μm的薄膜具有典型的类金刚石结构,硬度与弹性模量分别为11.56和128.34 GPa,附着力为645 m N;摩擦试验结果显示,在干摩擦条件下几种金属基体表面W-C:H薄膜的摩擦因数和磨损率差别比较显著,而在脂润滑条件下基体材料的影响较小;与干摩擦条件相比,脂润滑条件下薄膜的磨损可减少60%~75%;在干摩擦与脂润滑条件下,9Cr18与40Cr基体上的W-C:H薄膜摩擦体系分别具有最小的磨损率1.71×10-7mm3/(N·m)及4.55×10-8mm3/(N·m)。     

DLC 和CrN 薄膜在油润滑下的摩擦性能

采用闭合场非平衡直流磁控溅射技术和阴极电弧离子镀技术在轴承钢表面分别制备了DLC 和

CrN 薄膜,在全配方发动机油(CF-4,15W/40)润滑条件下,选择DLC/ 钢、CrN/ 钢摩擦配副,用SRV-IV 摩擦实

验机考察了25℃和100℃时DLC 与CrN 薄膜在不同载荷下的摩擦因数和磨损率,并对摩擦界面进行分析。结

果表明:DLC 和CrN 薄膜在油润滑条件下的摩擦因数都随着载荷的增加而降低;DLC 和CF-4 构成的固液复合

润滑体系具有更加优异的摩擦学性能;活性较高的CrN 薄膜与发动机油中的添加剂相互作用,在摩擦界面上

发生摩擦化学反应形成摩擦化学反应膜,并且薄膜表面形成的氧化层有利于提高薄膜在高温时的耐磨性。

     

工艺条件的改变对用大气开放式MOCVD方法制备TiO2薄膜的影响

采用大气开放式金属有机化合物化学气相沉积方法(AP-MOCVD),以四异丙醇钛(TTIP)为原料,改变反应物气化温度、沉积温度、基片与喷嘴的距离、载气流速4种工艺条件在玻璃基片上制备TiO2薄膜.实验结果表明沉积温度主要影响薄膜的物相结构,当沉积温度在300 ℃时沉积物是无定形的;沉积温度为350℃和400℃时,薄膜由单一的锐钛矿相构成;沉积温度在450℃时出现了少量金红石;继续升高沉积温度金红石的量逐渐增加.气化温度、基片与喷嘴的距离、载气流速这3个工艺条件主要影响薄膜的形貌和沉积难易程度.基片类型对薄膜沉积没有影响.     

WC/C复合涂层海水环境的耐蚀性与摩擦性能

采用非平衡磁控溅射技术在304L不锈钢和单晶硅基底上沉积WC/C多层复合涂层,利用扫描电镜、Raman光谱仪、X射线衍射仪等研究WC/C复合涂层的微观结构,采用纳米压痕仪、划痕测试系统测试涂层的力学性能,利用电化学测试系统和摩擦磨损试验机分别研究涂层在人工配置的海水环境的耐蚀性能和摩擦性能。结果表明:WC/C复合涂层内含有较多类石墨sp2键结构,存在WC1-x相并镶嵌在非晶碳基质中。较之于304L不锈钢基底,WC/C复合涂层在海水环境中表现出更好的耐蚀性与更优异的摩擦适应性。     

铝合金表面贯穿式复合涂层设计、制备及性能研究

为了改善航空航天用铝合金的耐磨性能,尤其是保证在使用环境温度升高情况下铝合金的正常使用。本文在机械球磨涂层与基体之间扩散层形成原理的基础之上,设计三维立体状扩散层来增大涂层与基体之间结合性能;采用融合机械球磨、激光织构微孔和电沉积3种技术在铝合金表面制备贯穿式复合涂层,对复合涂层的力学和摩擦学性能进行测试分析。结果表明,电沉积Ni涂层完全覆盖了机械球磨涂层的织构表面,经过热处理后机械球磨涂层和电沉积涂层显微硬度分别约为285和165 HV,并且铝合金基体、机械球磨涂层和电沉积涂层3者界面处形成了三维立体结构扩散层。铝合金在室温情况下摩擦学性能表现正常,但在300℃下出现失效现象。针对4种复合涂层,室温下N150复合涂层的摩擦因数最低(约为0.7);300℃下N100、N150、N200复合涂层摩擦因数约为0.5。两种温度环境下4种样品的磨损率分布在(0.9～1.6)×10^-3mm³/(N·m),N100和N150复合涂层性能表现略好。采用该方法制备的贯穿式复合涂层在室温和300℃环境下有效的保护了铝合金基体,拓宽了铝合金的适用范围。     

氮掺杂钛合金表面微弧氧化性能及机制分析

通过离子束辅助沉积在钛合金表面制备TiN膜层,以Na3PO4为电解液,在不同浓度条件下,采用微弧氧化法对钛合金表面进行氧化,以提高钛合金表面的硬度.X射线和元素成分分析表明当Na3PO4浓度增加至0.03mol/L时,钛合金表面所形成薄膜晶相为含氮元素的锐钛矿和金红石混合晶相.和已有的报道相比,有着较好的硬度.     

Au/BaTiO3复合薄膜的PLD制备及其光学性质研究

用脉冲激光沉积(PLD)技术制备了掺杂金颗粒的钛酸钡复合薄膜Au/BaTiO3,用透射电镜和X射线光电子能谱对薄膜进行了表征,研究了其线性光吸收特性.结果表明,用复合靶和转靶的方法可以成功地制备金属纳米团簇复合薄膜,并且制备出的薄膜有良好的化学结构和物理特征.     

用离子束辅助沉积(IBAD)工艺制备TiCxNy膜的研究

用离子束辅助沉积（ＩＢＡＤ）工艺在９Ｃｒ１８、ＧＣｒ１５钢基体上形成了ＴｉＣｘＮｙ膜。ＴＥＭ观察发现膜均呈多晶结构,都具有（１１１）、（２００）和（２２０）择优取向。ＡＥＳ和ＸＰＳ分析进一步证实,ＴｉＣｘＮｙ膜呈含氧配置。干摩擦表明膜的抗氧化性能优良,其存在能有效抑制基体在摩擦过程中氧化膜的形成。又由于膜的硬度高,润滑性良好,每种基体的磨损特性都得到了显著地改善。但随着基体不同,膜的力学机械性能随     

用离子束辅助沉积(IBAD)工艺制备TiCxNy膜的研究

TiC_xN_y films were formed on 9Cr18 and GCr15 substrates using ion beam assisted deposition and studied with TEM, AES and XPS. TEM results showed that the films have polycrystalline structure with preferential growth orientations in (111),(200) and (220) directions. The AES and XPS results confirmed that the TiC_xN_y films contain oxygen coordination. The dry friction test indicated that oxidation resistance of the films is excellent, formation of the oxide film in the friction process can be effectively inhibited because of its presence on the steel substrates. At the same time,the wear properties of substrates were obviously improved because of high hardness and excellent lubriction of the films. However, the mechanical properties of TiC_xN_y films deposited by different N fluence appear different variance rule with the diffrent substrates. Microhardness and friction properties of TiC_xN_y films are relative to its N content and a excessively high N content has a harmful influence on the hardness and friction properties.     

镍基耐高温自润滑刷式封严涂层研究

为满足先进航空发动机刷式封严对涂层材料自润滑耐磨性能的要求,采用等离子喷涂技术制备了NiCoCrAlY-Cr_2O_3和NiCoCrAlY-Cr_2O_3-AgMo两种复合涂层;采用扫描电子显微镜、X射线衍射、拉曼光谱和高温摩擦磨损试验等分析测试手段研究了涂层的物相组成、微观结构、力学性能以及摩擦磨损性能。结果表明:研制的两种新型涂层具有较低的孔隙率、较高的显微硬度和结合强度,从20℃到800℃的磨损量都在10~(-5)mm~3·N~(-1)·m~(-1)数量级,显示出优异的耐磨性能;NiCoCrAlY-Cr_2O_3涂层在摩擦系数随着温度的升高而降低,在800℃达到最低值0.3;NiCoCrAlY-Cr_2O_3-AgMo涂层从400~800℃的摩擦系数一直保持在0.23左右。对其摩擦机理的研究表明:400℃时涂层与高温合金GH4145对磨件之间形成连续的含Ag润滑膜,600℃以上时摩擦表面生成的Ag_2MoO_4自润滑相显著降低了涂层的摩擦和磨损。     

2Cr13钢的全方位离子注入与离子束增强沉积复合表面强化处理

对 2Cr13不锈钢表面进行了等离子体浸没离子注入(PIII)与离子束增强沉积(IBED)复合强化处理。对强化后的试样进行了俄歇电子能谱(AES)、X光电子能谱(XPS)分析及显微硬度、摩擦磨损和耐腐蚀性能测试。结果表明,处理后的试样表面层中含有强化相TiN和CrN;与基体相比,被处理试样的显微硬度显著增大,最大增幅达80 4%;摩擦系数降至 0 2~0 3,磨痕宽度最大减少了近 4倍;腐蚀电位最大提高了 5倍,腐蚀电流密度减少了 26倍。磨损中粘着现象大大减轻,耐磨耐蚀性能得到了显著改善。     

含稀土TiCx增强钛基激光熔覆层组织与耐磨性

采用同轴送粉激光熔覆技术在Ti6Al4V合金表面成功制备了含稀土CeO₂的碳化钛增强钛基激光熔覆层。运用渗透探伤、光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜、能谱分析仪、电子探针、显微硬度计、摩擦磨损试验机等分析和测试方法研究了碳化钛增强钛基激光熔覆层的成形质量、微观组织、元素分布、硬度和摩擦磨损性能。结果表明,涂层内无裂纹缺陷,仅在层间过渡区分布有少量气孔（孔隙率为1.65%）。涂层中物相主要包括富Ti、Cr元素的β固溶体（CrTi₄）、缺位型碳化钛（TiC_x）和稀土氧化物（CeO₂）。熔覆层各微区的碳化钛形貌存在显著差异,熔覆层顶部和中部区域呈发达树枝晶状和针状,而结合区由针状和小尺寸不发达枝晶组成。碳化钛枝晶中碳元素分布不均匀,一次枝晶含碳量高于二次枝晶。基体相中Ni和Cr元素呈现明显偏析,而Al和V元素分布相对均匀。此外,稀土氧化物CeO₂主要分布于TiC_x与CrTi₄相界以及CrTi₄晶粒边界处。与基材相比,尽管TiC_x增强钛基复合涂层具有较高的摩擦系数,但其耐磨性显著增加（提高近52%）。熔覆层和基材磨损机制均为黏着磨损和磨粒磨损的复合磨损模式,但熔覆层的磨损程度较轻。     

离子镀Ti(N,C)耐磨镀层成分与性能研究

 用空心阴极离子镀技术,在常用的不锈钢(1Cr18Ni9Ti)基材上,镀制Ti(N,C)耐磨镀层。对镀层的成分进行了分析,讨论了镀层成分的耐磨性,显微硬度和附着力的影响。通过对Ti(N,C)镀层与TiN和TiC镀层性能的对比,肯定了Ti(N,C)复合化合物镀层具有更优越的耐磨性和附着力。     

Influences of pulse frequency on formation and properties of composite anodic oxide films on Ti-10V-2Fe-3Al alloy

A thick composite anodic oxide film was fabricated in an environmentally friendly malic acid electrolyte containing PolyTetraFluoroEthylene (PTFE) nanoparticles on Ti-10V-2Fe-3Al alloys. The influence of pulse frequency on the morphology, microstructure and composition of composite anodic oxide films containing PTFE nanoparticles was investigated using Field Emission Scanning Electron Microscopy (FE-SEM) equipped with Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), Atomic Force Microscopy (AFM) and Raman spectroscopy. The tribological properties in terms of the friction coefficient, wear loss and morphology of worn surfaces were measured by ball-on-disc tests. The electrochemical property was evaluated by potentiodynamic polarization. The results indicated that the titanium dioxide of composite anodic oxide films transformed from anatase to rutile with the change of pulse frequency, which could result from the electrochemical dynamic equilibrium. The combination of PTFE nanoparticles and malic acid electrolyte molecules can influence the energy fluctuation of electrochemical equilibrium and formation of composite anodic oxide films. Moreover, composite anodic oxide films fabricated under the condition of 1.0–2.0 Hz exhibited the best wear resistance and corrosion property. The schematic diagram of the film formation and PTFE nanoparticles spreading process under different frequencies was elucidated.     

Effect of Counterface Material on Friction and Wear Behavior of Ni-Cr-W-Al-Ti-MoS_2 Composites

Ni-Cr-W-Al-Ti-MoS2 self-lubricating composites were prepared through the powder metallurgy (P/M) method. Their friction properties were investigated by a pin-on-disk tribometer in the range from the room temperature to 600 ℃. Alumina, silicon nitride and nickel-iron-sulfide alloys were selected as the counterface materials. Results indicate that the lowest friction coefficients under 0.22 can be obtained at 600 ℃ when rubbed against alumina. When rubbed against nickel-iron-sulfide alloys, are presented the lowest wear rates in the magnitude of 10-6 mm3/N·m, one order of magnitude lower than those when rubbed against ceramics. In the case of three rubbing pairs, the wear rates of the composite containing MoS2 present themselves inversely proportional to friction coefficients. With alumina ceramics used as a counterface, transfer films and glaze layers will form on the contact surface playing a main role in lubrication at high temperatures. However, when silicon nitride and nickel-iron-sulfide alloy are used, the lubricating transfer films appear not to be promi-nent.     

类金刚石薄膜的微/纳米机械和摩擦性能

采用真空磁过滤等离子电弧沉积的方法在9Crl8钢上沉积不同厚度的DLC膜。为了检测成膜质量，在较宽的载荷范围内分别使用显微硬度、纳米压痕和划痕技术表征9Crl8钢和DLC／9Crl8的机械和摩擦性能。结果显示，9Crl8和DLC的纳米硬度和弹性模量分别为8GPa、250GPa和60GPa、600GPa，9Crl8、DLC和有机膜的摩擦系数分别为0．35、0．20和0．13。纳米压痕和划痕技术能为DLC／9Crl8提供丰富的近表面弹塑性变形和摩擦、磨损等信息。DLC／9Crl8的机械和摩擦性能的研究可以用来评估膜的承载和抗磨损性能。