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TiN薄膜表面离子注入层微观结构的分析研究

郭德亮 陶冶 胡智杰 梁旺胜

物理测试

利用磁过滤阴极电弧镀分别在硬质合金和高速钢基体上沉积厚度约2~3μm的TiN薄膜,并用MEVVA源离子注入装置对TiN薄膜注入金属离子V+和Nb+。应用北京同步辐射装置(BSRF)的同步辐射光源,采用掠入射X射线衍射(GIXRD)的方法对TiN薄膜表面离子注入层的微观结构进行了分析研究。结果表明:未经过离子注入的TiN薄膜均存在特定方向的择优取向,而较小剂量(1×10ˇ17ions/cm2)的离子注入可以使晶粒细化、择优取向减弱或改变;当离子注入的剂量达到5×10ˇ17ions/cm2时,TiN薄膜表面离子注入层被非晶化。结合透射电镜的研究结果,观察到TiN薄膜表面非晶层的厚度约为50~100nm,并简要地讨论了离子注入过程对微观结构的影响机制。

关键词: 同步辐射 , grazing incidence X-ray diffraction , ion implantation , TiN films , microstructure

电弧源掺入Al、B离子改性TiN涂层性能的研究

刘智勇 , 杨润田 , 刘若涛 , 杨亚璋

兵器材料科学与工程 doi:10.3969/j.issn.1004-244X.2010.02.010

采用AlBi2+2%AlB10电弧靶与Ti靶中频磁控溅射共沉积的工艺,在高速钢基体上形成Ti-Al-B-N多元复合涂层.电子扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)分析结果表明:涂层由TiN的柱状结构转变为TiAlBN的多层混合结构,组织更为致密均匀;通过调节电弧电流,增加Al、B元素剂量,涂层晶面取向生长增多,并逐渐出现新相.涂层的显微硬度和耐磨性测试表明,随膜层中Al、B成分的增加,膜层维氏硬度增大,耐磨性能提高.

关键词: 电弧源 , 中频磁控溅射TiAlBN涂层 , TiN涂层 , 共沉积

离子注入TiN薄膜摩擦磨损性能的研究

胡智杰

物理测试

本文研究了Mo、Co、Nb等元素离子注入及薄膜沉积方法对TiN薄膜性能的影响。采用SRV磨损实验、表面形貌轮廓等方法研究分析了离子注入对TiN薄膜的摩擦系数、耐磨性能、显微硬度的影响规律。实验结果表明:磁过滤电弧镀的TiN薄膜的摩擦系数曲线与常规电弧镀TiN薄膜的摩擦系数曲线相差很大,且耐磨性能优于电弧镀TiN薄膜。采用离子注入可降低TiN薄膜的摩擦系数。在5N载荷磨损条件下,随注入剂量和注入元素的不同其摩擦系数变化较大。在30N载荷磨损条件下,样品摩擦系数均接近0.5。离子注入Mo、Co、Nb均可显著提高TiN薄膜的耐磨性,其中注入Mo的试样耐磨性最好。

关键词: TiN , ion implantation , friction , wear

镍基合金基体上离子镀TiN薄膜的制备及性能

陈舒恬 , 甘斌 , 王珏 , 皮锦红

材料科学与工艺 doi:10.11951/j.issn.1005-0299.20160412

在镍基合金Inconel 740H基底上通过多弧离子镀制备TiN薄膜.控制温度、气体流量、过渡层成分等重要参数,研究其对TiN薄膜的表面形貌、力学性能以及耐腐蚀性的影响.多弧离子镀沉积过程中,沉积温度分别为200、250、300℃;过渡层成分分别为Al、Cr、Ti;气体流量分别为Ar 5 Sccm∶N240 Sccm,Ar 6 Sccm∶N248 Sccm,Ar 8 Sccm∶N264 Sccm.实验结果表明:在本实验的温度范围内,TiN薄膜的致密度、结合力以及表面硬度均随着沉积温度的提高而提高;Cr作为过渡层的效果优于Al和Ti,薄膜成分均匀、表面致密,硬度更高,且耐腐蚀性能优异;在Ar、N2流量比一定的情况下,气体流量对TiN薄膜的表面形貌和力学性能影响不大.本实验的最佳参数是:沉积温度300℃,过渡层成分为Cr,气体流量为Ar 6 Sccm、N248 Sccm.

关键词: 表面处理 , TiN薄膜 , 离子镀 , 纳米压痕 , 镍基合金

正反欧姆区间伏安特性对TiN薄膜微观结构及性能的影响

郝娟 , 蒋百灵 , 杨超 , 冯林 , 张彤晖

稀有金属

采用脉冲控制模式将气体放电伏安特性由磁控溅射离子镀的“正欧姆”区间引入到“反欧姆”区间,并在不同靶电流密度下制备了TiN薄膜.研究了正反欧姆区间伏安特性对薄膜微观结构及性能的影响.结果表明:在靶电流密度(Itd)大于0.2 A·cm-2的反欧姆区间,薄膜具有良好的表面质量和致密程度;且薄膜的硬度和膜/基结合强度分别由正欧姆区间Itd为0.11A·cm-2的9.9 GPa、4.5N提升到反欧姆区间Itd为0.38 A·cm-2的25.8 GPa、18N.

关键词: 反欧姆区 , 靶电流密度 , TiN薄膜 , 离化率

Cu-Zn掺杂对TiN复合膜层组织性能的调制

韦春贝 , 巩春志 , 田修波 , 杨士勤

无机材料学报 doi:10.3724/SP.J.1077.2009.01231

利用磁控溅射方法在不锈钢表面沉积了Cu-Zn掺杂TiN复合膜, 研究不同的Cu、Zn含量对膜层结构和性能(硬度、耐磨性能以及耐腐蚀性能)的影响. 结果表明, 掺杂的Cu、Zn可以阻止TiN晶粒生长, 随掺杂量增加TiN晶粒细化, Cu、Zn含量比较高时由于金属相长大而使膜层组织粗化. 当Cu≤10.38at%, Zn≤2.19at%时, TiN以(111)晶向择优生长, 且随掺杂量增加TiN(200)晶向逐渐增强. XPS结果表明膜层主要由TiN和单质Cu组成. 当掺杂Cu为10.38at%、Zn为2.19at%时,复合膜具有较高的硬度和较好的耐磨性能. 尽管耐腐蚀性能随着Cu、Zn含量的增加而下降, 但少量的Cu-Zn掺杂可显著提高膜层钝化能力.

关键词: 磁控溅射 , TiN复合膜 , Cu-Zn掺杂

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