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基体偏压对高功率脉冲磁控溅射制备CrAlN薄膜性能的影响

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中国表面工程 2022年第5期35卷 200-209页

作者：张辉巩春志王晓波张炜鑫田修波哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室哈尔滨150001 中国工程物理研究院材料研究所绵阳621900

为了防止氢扩散导致金属材料的失效,通常在其表面制备一层CrN阻氢薄膜。但是CrN涂层的热稳定性较差,抗氧化温度低于600℃。采用高功率脉冲磁控溅射技术,利用Cr和Al双靶共沉积CrAlN薄膜来提高其高温抗氧化性能。试验变量为基体负偏压的大... 详细信息

为了防止氢扩散导致金属材料的失效,通常在其表面制备一层CrN阻氢薄膜。但是CrN涂层的热稳定性较差,抗氧化温度低于600℃。采用高功率脉冲磁控溅射技术,利用Cr和Al双靶共沉积CrAlN薄膜来提高其高温抗氧化性能。试验变量为基体负偏压的大小,分别为-100 V、-200 V、-300 V和-400 V。结果表明,四组CrAlN薄膜均为柱状晶结构,随着基体偏压提高,膜层的致密度提高,但同时薄膜沉积速率下降;CrAlN薄膜的择优生长方向为Cr(200)晶面法线方向。四组CrAlN薄膜的氢抑制率均超过70%,氢原子扩散系数最低比316L不锈钢基体低3个数量级。当基体偏压为-300 V时,可以同时获得最优的氢抑制率(87.4%)和最低的氢原子扩散系数(6.188×10^(-10)cm^(2)/s)。600℃、氧气气氛下保温60 min,CrAlN膜基结合面处氧含量仅为表面处的30%左右。相比于CrN薄膜,在相同基体偏压下,CrAlN薄膜的氢原子扩散系数更小;高偏压下制备的CrAlN薄膜氧增重量仅为316L不锈钢基体的10%,抗氧化性能更好。

关键词： CrAlN 高功率脉冲磁控溅射基体偏压阻氢高温抗氧化

基体偏压对多弧离子镀制备CrAlN薄膜组织和性能的影响

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电镀与涂饰 2022年第13期41卷 942-947页

作者：付泽钰王天国湖北汽车工业学院材料科学与工程学院湖北十堰442002

采用多弧离子镀技术在H13模具钢表面制备CrAlN薄膜,通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)研究了CrAlN薄膜的表面形貌与物相组成,测试了CrAlN薄膜的显微硬度及其与基材的结合力,使用箱式电阻炉考察了CrAlN薄膜在800℃下的抗氧化性能,通... 详细信息

采用多弧离子镀技术在H13模具钢表面制备CrAlN薄膜,通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)研究了CrAlN薄膜的表面形貌与物相组成,测试了CrAlN薄膜的显微硬度及其与基材的结合力,使用箱式电阻炉考察了CrAlN薄膜在800℃下的抗氧化性能,通过动电位极化曲线测量分析了CrAlN薄膜的耐腐蚀性能。结果表明:随着偏压增大,CrAlN薄膜表面大颗粒先减少后增多,晶粒尺寸先减小后增大。CrAlN薄膜表面检测出CrN(200)、CrN(220)及AlN(101)衍射峰,且偏压变化不影响物相组成。随着偏压增大,CrAlN薄膜的力学性能、抗高温氧化性能及耐腐蚀性能先提高后降低。偏压为100 V时,CrAlN薄膜最均匀致密,表面大颗粒最少,显微硬度及膜基结合力最高(分别约为2300 HV和23 N),抗高温氧化及耐腐蚀性能最佳。

关键词：磨具钢氮化铬铝薄膜多弧离子镀基体偏压氧化耐蚀性

基体偏压对AlCrSiN涂层结构及力学性能的影响

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材料导报 2018年第18期32卷 3099-3103页

作者：唐明代明江韦春贝邱万奇林松盛侯惠君李洪华南理工大学材料科学与工程学院广州510640 广东省新材料研究所现代材料表面工程技术国家工程实验室广东省现代表面工程技术重点实验室广州510651

AlCrSiN涂层因具有高硬度、优异的耐磨损性及抗高温氧化性而备受关注。为提高AlCrSiN涂层的性能,采用电弧离子镀技术制备了AlCrSiN涂层,研究了基体偏压对AlCrSiN涂层微观组织及力学性能的影响。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(S... 详细信息

AlCrSiN涂层因具有高硬度、优异的耐磨损性及抗高温氧化性而备受关注。为提高AlCrSiN涂层的性能,采用电弧离子镀技术制备了AlCrSiN涂层,研究了基体偏压对AlCrSiN涂层微观组织及力学性能的影响。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计、划痕仪及球-盘式摩擦磨损试验机对AlCrSiN涂层的表面形貌、物相组成和力学性能进行表征。研究结果表明:不同基体偏压的AlCrSiN涂层具有B1-NaCl晶体结构和无柱状晶结构;适当提高基体偏压,可细化AlCrSiN涂层的晶粒,提高涂层的表面质量及致密性,从而提高涂层的性能;基体偏压为150V的涂层致密性最好,具有更高的硬度(3 430HV)、结合力(76N)及更好的耐磨损性能。

关键词：电弧离子镀基体偏压 AlCrSiN涂层力学性能

基体偏压对电弧离子镀AlCrSiON涂层结构和热稳定性的影响

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中国表面工程 2016年第6期29卷 60-66页

作者：耿东森吴正涛聂志伟黎海旭张小波代伟王启民广东工业大学机电工程学院广州510006

为研究基体偏压对AlCrSiON纳米复合涂层结构、力学性能和热稳定性的影响规律及机制,采用电弧离子镀技术在硬质合金基体上沉积AlCrSiON涂层。利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、纳米压痕仪（划痕... 详细信息

为研究基体偏压对AlCrSiON纳米复合涂层结构、力学性能和热稳定性的影响规律及机制,采用电弧离子镀技术在硬质合金基体上沉积AlCrSiON涂层。利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、纳米压痕仪（划痕仪）研究涂层组织结构和力学性能;通过真空退火试验研究涂层的高温稳定性。结果表明：AlCrSiON涂层为致密柱状晶结构,并主要由c-（Al,Cr）N和c-（Al,Cr）（O,N）两相组成,呈现出纳米复合结构。随着偏压的升高,涂层表面的颗粒数目和尺寸减少,组织结构更加致密;硬度和弹性模量均呈现出先增加后减小的趋势,当偏压为–80 V时分别达到最大值30.1 GPa和367.9 GPa。涂层具有良好的高温稳定性,不同偏压下沉积的AlCrSiON涂层经800~950℃热处理后均能够保持良好的结构稳定性及力学性能,但经1 100℃热处理后涂层发生相分解并引发组织结构变化,导致涂层硬度减小。

关键词：基体偏压 AlCrSiON 真空退火组织结构热稳定性

基体偏压对磁控溅射制备CrAlN纳米多层薄膜微观结构和力学性能的影响

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机械工程材料 2021年第3期45卷 41-45页

作者：王宇星张侠上海城建职业学院机电工程与信息学院上海201415 浙江工业大学材料科学与工程学院杭州310014

采用磁控溅射技术在不同基体偏压(-60,-70,-80,-90 V)下制备了CrAlN纳米多层薄膜,研究了基体偏压对薄膜微观结构和力学性能的影响。结果表明:随着基体偏压绝对值增大,CrAlN纳米多层薄膜中的氮含量增加,物相组成不变,择优取向由CrN(111)... 详细信息

采用磁控溅射技术在不同基体偏压(-60,-70,-80,-90 V)下制备了CrAlN纳米多层薄膜,研究了基体偏压对薄膜微观结构和力学性能的影响。结果表明:随着基体偏压绝对值增大,CrAlN纳米多层薄膜中的氮含量增加,物相组成不变,择优取向由CrN(111)晶面转变为CrN(200)晶面,薄膜表面孔隙减少,组织致密性得到改善;基体偏压为-60~-80 V时,偏压对薄膜沉积速率的影响较小,偏压绝对值大于80 V时,沉积速率明显下降;随着基体偏压绝对值增大,薄膜的硬度和弹性模量提高,膜基结合力先增大后减小,在偏压为-80 V时达到最大。

关键词： CrAlN纳米多层薄膜磁控溅射基体偏压微观结构力学性能

电弧离子镀基体偏压对铬涂层Zr-4合金高温抗氧化性能的影响

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核动力工程 2021年第S01期42卷 121-127页

作者：黄景昊余清远肖魏魏邹树梁唐德文王斓刘小双南华大学资源环境与安全工程学院湖南衡阳421001 南华大学核科学技术学院湖南衡阳421001 南华大学核设施应急安全作业技术与装备湖南省重点实验室湖南衡阳421001 南华大学机械工程学院湖南衡阳421001 中建市政工程有限公司北京100073

采用电弧离子镀膜技术在Zr-4合金表面制备4组不同基体偏压的铬(Cr)涂层,研究基体偏压对Zr-4合金高温抗氧化性能的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)技术对Cr涂层的微观结构和物相构成进行表征,分析基体偏压对Cr涂层高温氧... 详细信息

采用电弧离子镀膜技术在Zr-4合金表面制备4组不同基体偏压的铬(Cr)涂层,研究基体偏压对Zr-4合金高温抗氧化性能的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)技术对Cr涂层的微观结构和物相构成进行表征,分析基体偏压对Cr涂层高温氧化性能的影响。研究结果表明,基体偏压对Cr涂层晶体结构、表面和截面微观形貌、结合强度、抗高温氧化性能均有非常显著影响;Cr涂层经高温氧化后主要分化为3层结构:Cr_(2)O_(3)氧化层、残余Cr层和Cr-Zr扩散层;基体偏压为−100 V时涂层表面团聚物尺寸最小,表面未出现明显裂纹,涂层中仍留有残余Cr层,氧化增重最低,涂层致密性和结合性能最好。因此,基体偏压为−100 V时制备的Cr涂层对Zr-4合金基体保护效果最佳,生成的Cr_(2)O_(3)氧化层能够紧密地包覆在Zr-4合金基体表面不脱落,提高了Zr-4合金在高温下的抗氧化性能。

关键词：电弧离子镀膜基体偏压 Cr涂层高温氧化性能

基体偏压对直流非平衡磁控溅射氮化硅薄膜生长特性的影响

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电镀与涂饰 2018年第13期37卷 570-575页

作者：石志锋郑志雯宁成云王迎军华南理工大学医疗器械研究检验中心广东广州510006 华南理工大学材料学院广东广州510641

采用高纯硅靶和氮气,以直流非平衡磁控溅射技术在单晶硅表面制备氮化硅薄膜。借助台阶仪、原子力显微镜、红外光谱和X射线光电子能谱考察了基体偏压(-50^-200 V)对氮化硅薄膜沉积速率、表面形貌及元素化学态的影响。结果表明:所得氮化... 详细信息

采用高纯硅靶和氮气,以直流非平衡磁控溅射技术在单晶硅表面制备氮化硅薄膜。借助台阶仪、原子力显微镜、红外光谱和X射线光电子能谱考察了基体偏压(-50^-200 V)对氮化硅薄膜沉积速率、表面形貌及元素化学态的影响。结果表明:所得氮化硅薄膜表面光滑,连续致密,均匀。随着样品负偏压的提高,薄膜的生长速率逐渐降低,但当偏压超过-150 V时,薄膜的沉积速率又升高。当基体偏压从-50 V提高到-200 V时,薄膜中Si 2p的峰位向高能端移动了0.41 eV。基片偏压为-150 V时,薄膜生长较为缓慢,但致密,Si─N键含量高。

关键词：单晶硅氮化硅薄膜非平衡磁控溅射基体偏压沉积速率表面形貌化学态

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基体偏压对非晶碳膜结构和耐蚀性的影响

燃气涡轮试验与研究 2023年第2期36卷 56-62页

作者：金鹏王广飞吴礼硕尚佳乐刘兴光郑军孙吉安徽工业大学先进金属材料绿色制备与表面技术教育部重点实验室安徽马鞍山243002

薄膜沉积过程中较高基体偏压能增强C膜对金属基体的保护,降低自腐蚀电流密度,提高自腐蚀电位。用磁控溅射法在4种偏压(0,-50,-100,-200 V)下制备Cr/CrN/C非晶碳多层薄膜,研究其结构和耐蚀性。观测了薄膜表面形貌和粗糙度,测量了C层中D峰... 详细信息

薄膜沉积过程中较高基体偏压能增强C膜对金属基体的保护,降低自腐蚀电流密度,提高自腐蚀电位。用磁控溅射法在4种偏压(0,-50,-100,-200 V)下制备Cr/CrN/C非晶碳多层薄膜,研究其结构和耐蚀性。观测了薄膜表面形貌和粗糙度,测量了C层中D峰和G峰的强度比值,使用三电极体系研究了薄膜耐蚀性能并分析了其机理。结果表明:各偏压下薄膜粗糙度在15~23 nm之间,在-100 V偏压下薄膜最光滑平整;各偏压下C层sp^(2)/sp^(3)比值无较大波动,但在-100 V偏压下有最高D峰和G峰的强度比值;随着偏压增大,薄膜自腐蚀电流密度降低,在-100V偏压下沉积的C层具有最高的腐蚀电位,表现出了最佳耐蚀性。

关键词：基体偏压磁控溅射法非晶碳膜显微结构耐蚀性能电化学测试

基体偏压对反应磁控溅射ZrN/α-SiN_x纳米多层薄膜结构及性能的影响

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摩擦学学报 2013年第1期33卷 29-35页

作者：胡明高晓明张立平伏彦龙杨军翁立军刘维民中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100039 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

采用中频磁控溅射技术在3种偏压条件下(0、-80、-300V)于AISI 440C钢及单晶Si(100)基体表面制备了ZrN/α-SiNx纳米多层薄膜.通过高分辨透射电子显微镜(HRTEM)分析表征了各纳米多层薄膜微观组织结构,并通过纳米压入仪与真空球-盘摩擦试... 详细信息

采用中频磁控溅射技术在3种偏压条件下(0、-80、-300V)于AISI 440C钢及单晶Si(100)基体表面制备了ZrN/α-SiNx纳米多层薄膜.通过高分辨透射电子显微镜(HRTEM)分析表征了各纳米多层薄膜微观组织结构,并通过纳米压入仪与真空球-盘摩擦试验机分别测试了各薄膜力学及真空摩擦学性能.重点研究了基体偏压对ZrN/α-SiNx纳米多层薄膜微观组织结构,进而对其力学及摩擦学性能的影响机制.结果表明:较低的基体偏压会导致纳米多层薄膜中ZrN层差的结晶状态,而较高的基体偏压则易于引起ZrN层与SiNx层层间界面的交混.上述两种薄膜组织及结构的变化均不利于该纳米多层薄膜力学及摩擦学性能的改善.在适宜的偏压条件下(-80 V),ZrN/α-SiNx薄膜呈现出具备良好层间界面的晶体/非晶体纳米多层结构,与其他偏压条件制备的纳米多层薄膜相比,该薄膜表现出更好的力学及摩擦学性能.

关键词： ZrN α-SiNx纳米多层薄膜基体偏压微观结构机械及摩擦学性能