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复合离子镀TiCN薄膜的结构与耐蚀性

材料保护 2016年第8期49卷 38-41,7-8页

作者：任鑫赵瑞山黄美东孔令梅玄兹航辽宁工程技术大学材料科学与工程学院辽宁阜新123000 天津师范大学物理与材料科学学院天津300387 冠铨(山东)光电科技有限公司山东济宁272000

TiCN薄膜的耐蚀性研究对于扩大其应用领域具有重要作用。采用多弧离子镀和磁控溅射复合离子镀技术在304不锈钢表面制备了TiCN薄膜,研究了工艺参数中脉冲偏压对薄膜结构与耐蚀性能的影响规律。结果表明:随着脉冲偏压幅值的增大,TiCN薄膜... 详细信息

TiCN薄膜的耐蚀性研究对于扩大其应用领域具有重要作用。采用多弧离子镀和磁控溅射复合离子镀技术在304不锈钢表面制备了TiCN薄膜,研究了工艺参数中脉冲偏压对薄膜结构与耐蚀性能的影响规律。结果表明:随着脉冲偏压幅值的增大,TiCN薄膜表面白色颗粒、针孔及凹坑的尺寸、数量减少,其表面形貌得到改善,薄膜主要由TiCN相组成,随着偏压幅值的增加出现(111)晶面择优取向;随着脉冲偏压幅值的增大,TiCN薄膜在3.5%NaCl中的耐蚀性逐渐提高,在偏压为-300 V时薄膜的自腐蚀电流密度为3.853μA/cm^2,是基体的0.51倍;薄膜在3.5%NaCl溶液中的阻抗谱呈现2个时间常数,电极过程受电化学反应和传质过程控制,在一定的脉冲偏压范围内,薄膜容抗弧的曲率半径和阻抗值也随偏压幅值的升高而增大,即膜层的抗蚀能力增强。

关键词：复合离子镀 TiCN薄膜脉冲偏压结构耐蚀性

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复合离子镀AlTiN薄膜的结构和性能研究

复合离子镀AlTiN薄膜的结构和性能研究

作者：佟莉娜天津师范大学

学位级别：硕士

AlTiN三元复合膜在刀模具领域得到了广泛的应用,这是由于它具有高硬度、耐磨、较低的摩擦系数、良好的膜基结合力、明显的抗高温氧化能力强等特点。到目前为止,制备AlTiN薄膜的方法主要有：磁控溅射、电弧离子镀、电子束蒸发离子镀、离... 详细信息

AlTiN三元复合膜在刀模具领域得到了广泛的应用,这是由于它具有高硬度、耐磨、较低的摩擦系数、良好的膜基结合力、明显的抗高温氧化能力强等特点。到目前为止,制备AlTiN薄膜的方法主要有：磁控溅射、电弧离子镀、电子束蒸发离子镀、离子束辅助沉积等。在诸多镀膜技术方法中,电弧离子镀的特点最为显著,主要是具有成膜速率快、膜层致密、膜基结合力强等特点,已经成为工业生产中的主要技术,特别是它具有离化率高、镀膜产量大的优点,是其它镀膜技术无法比拟的。然而,电弧蒸发原理基于冷阴极产生弧光放电,所沉积的膜层表面通常会存在“大颗粒”。这些“大颗粒”的存在,在膜层中形成了硬度软点,而且遮挡了而后过来的原子的沉积,导致膜层的硬度和膜基结合力下降,从而造成膜层的使用性能的降低。因此,“大颗粒”的存在对于电弧离子镀技术的进一步应用和发展产生了一定地限制和阻碍作用。而磁控溅射的特点是工艺稳定、膜层结构较均匀、表面质量高,但其缺点是离化率低、粒子能量小,从而影响膜与基底的结合力。目前,将两种工艺结合,优势互补逐渐成为了制备质量更加优良的AlTiN薄膜工艺的一个重要的研究方向。本文将直流磁控溅射与电弧离子镀技术相结合,形成复合离子镀技术,充分利用了这两种独立镀膜技术的优点并克服了缺点。本实验采用磁控溅射方法溅射出Al粒子,利用电弧蒸发出Ti粒子,在氮气等离子气氛下于基底上沉积AlTiN膜层,减少薄膜表面存在的污染现象、提高膜层的显微硬度和薄膜与基体之间的结合力,以达到提高膜层的使用性能的目的。基于以上原理,本工作利用复合离子镀技术,在高速钢W18Cr4V基材上制备了不同沉积参数条件下的AlTiN膜层并进行了以下一系列的试验和分析：测量薄膜的厚度的仪器是AMBIOSXP-2台阶仪;薄膜的结构利用X射线衍射（XRD）分析;薄膜表面形貌通过扫描电镜（SEM）进行观察观察;采用HXD-1000显微硬度仪和WS-92划痕试验机等分别研究了薄膜的硬度和膜基结合力。重点研究了基体偏压、反应气体（N2）流量和工件到靶材的距离（靶基距）对AlTiN薄膜结构和力学性能的影响,并对这些影响进行了深入讨论和分析。

关键词：复合离子镀 AlTiN薄膜结构力学性能

脉冲偏压占空比对复合离子镀TiCN涂层结构和性能的影响

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中国表面工程 2014年第4期27卷 100-106页

作者：程芳黄美东王萌萌范喜迎李云珂刘野天津师范大学物理与材料科学学院天津300387

采用多弧离子镀和磁控溅射复合离子镀技术在高速钢基底上制备TiCN涂层,通过改变脉冲偏压占空比的大小获得了不同的涂层试样,利用台阶仪、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、维氏硬度计等对涂层进行表征,研究占空比对TiCN涂层组织... 详细信息

采用多弧离子镀和磁控溅射复合离子镀技术在高速钢基底上制备TiCN涂层,通过改变脉冲偏压占空比的大小获得了不同的涂层试样,利用台阶仪、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、维氏硬度计等对涂层进行表征,研究占空比对TiCN涂层组织结构和力学性能的影响。结果表明:随着脉冲偏压占空比的增加,TiCN涂层的表面大颗粒逐渐减少,表面形貌得到改善。涂层结构中,(111)晶面的择优取向趋势明显,沉积速率和显微硬度均出现先增大后减小的趋势,且在占空比为40%时均达最大值。TiCN涂层的最高硬度为3 800HV0.025,约为基底硬度的4倍。

关键词：复合离子镀脉冲偏压占空比 TiCN涂层显微硬度

Al靶电流对复合离子镀TiAlCN薄膜组织结构与性能的影响

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材料保护 2018年第12期51卷 6-11页

作者：王晓峰赵瑞山任鑫郑州职业技术学院材料工程系河南郑州450121 国防科技大学新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室湖南长沙410073 辽宁工程技术大学材料科学与工程学院辽宁阜新123000

TiAlCN集TiAlN和TiCN优良特性,作为一种新型硬质薄膜材料具有重要应用,目前研究主要集中在单一工艺下薄膜的组织结构和力学性能,对于薄膜耐蚀性的研究鲜有报道。通过复合离子镀技术制备了一系列TiAlCN薄膜,着重研究了Al靶电流对薄膜组... 详细信息

TiAlCN集TiAlN和TiCN优良特性,作为一种新型硬质薄膜材料具有重要应用,目前研究主要集中在单一工艺下薄膜的组织结构和力学性能,对于薄膜耐蚀性的研究鲜有报道。通过复合离子镀技术制备了一系列TiAlCN薄膜,着重研究了Al靶电流对薄膜组织结构与性能的影响规律。结果表明:不同Al靶电流下制备的TiAlCN薄膜表面光滑、平整,组织结构致密,适当增大靶电流可使薄膜表面颗粒、凹坑及针孔等缺陷数量减少,表面形貌得到改善; TiAlCN薄膜形成fcc-TiN型(Ti,Al)(C,N)相为主的多相混合结构,且随着Al靶电流的增大,薄膜发生生长取向的转变; TiAlCN薄膜的平均硬度与弹性模量随Al靶电流的升高先增大后减小,在靶电流60 A时达到最大值,分别为36.8 GPa和410 GPa,显著高于SS304的4.8 GPa和150 GPa; SS304表面镀覆TiAlCN薄膜后其自腐蚀电位上升,自腐蚀电流密度减小,随着Al靶电流的增加,薄膜的耐腐蚀性能逐渐提高,靶电流为60 A所得薄膜的自腐蚀电流密度和极化电阻分别为0.129μA/cm^2和430.500 kΩ·cm^2,腐蚀速率最小,具有良好的耐腐蚀性能。

关键词：复合离子镀 TiAlCN薄膜 Al靶电流组织结构耐腐蚀性能

脉冲偏压对复合离子镀(Ti,Cu)N薄膜结构与性能的影响

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表面技术 2015年第10期44卷 22-26页

作者：张臣黄美东陈泽昊王萌萌王宇天津师范大学物理与材料科学学院天津300387

目的 (Ti,Cu)N薄膜是一种新型的硬质涂层材料,关于其结构和性能的研究报道还较少。研究脉冲偏压对(Ti,Cu)N薄膜结构与性能的影响规律,以丰富该研究领域的成果。方法将多弧离子镀和磁控溅射离子镀相结合构成复合离子镀技术,采用该技术在... 详细信息

目的 (Ti,Cu)N薄膜是一种新型的硬质涂层材料,关于其结构和性能的研究报道还较少。研究脉冲偏压对(Ti,Cu)N薄膜结构与性能的影响规律,以丰富该研究领域的成果。方法将多弧离子镀和磁控溅射离子镀相结合构成复合离子镀技术,采用该技术在不同脉冲偏压下于高速钢基体表面制备(Ti,Cu)N薄膜。分析薄膜的微观结构,测定沉积速率及薄膜显微硬度,通过摩擦磨损实验测定薄膜的摩擦系数。结果在不同偏压下获得的(Ti,Cu)N薄膜均呈晶态,具有(200)晶面择优取向,当脉冲偏压为-300 V时,薄膜的择优程度最明显。随着脉冲偏压的增加,薄膜表面大颗粒数量减少且尺寸变小,表面质量提高;沉积速率呈现先增大、后减小的趋势,在脉冲偏压为-400 V时最大,达到25.04 nm/min;薄膜硬度也呈现先增大、后减小的趋势,在脉冲偏压为-300 V时达到最大值1571.4HV。结论脉冲偏压对复合离子镀(Ti,Cu)N薄膜的表面形貌、择优取向、沉积速率和硬度均有影响。

关键词：复合离子镀 (Ti,Cu)N薄膜脉冲偏压表面形貌结构力学性能

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复合离子镀AlTiN薄膜的表面形貌

真空 2012年第2期49卷 77-80页

作者：佟莉娜黄美东孟凡宇刘野张学谦王丽格杜珊天津师范大学物理与电子信息学院天津300387 中国民航大学基础实验中心天津300300

本工作将阴极真空电弧沉积法和磁控溅射离子镀法结合形成复合镀膜工艺,即用电弧蒸发Ti靶的同时,用磁控溅射Al靶,并通入反应气体N2,以在高速钢基底上镀制AlTiN薄膜,考察了复合镀膜方法获得的AlTiN薄膜的表面形貌,并将其与单一法镀膜的表... 详细信息

本工作将阴极真空电弧沉积法和磁控溅射离子镀法结合形成复合镀膜工艺,即用电弧蒸发Ti靶的同时,用磁控溅射Al靶,并通入反应气体N2,以在高速钢基底上镀制AlTiN薄膜,考察了复合镀膜方法获得的AlTiN薄膜的表面形貌,并将其与单一法镀膜的表面形貌进行了对比分析。电弧离子镀制备的AlTiN薄膜表面颗粒很多,而且尺寸大,表面很粗糙,磁控溅射制备的AlTiN薄膜表面光滑平整,复合镀得到的AlTiN薄膜表面粗糙度介于二者之间,但从形貌上看,复合镀的薄膜呈现出典型的层状生长特征,在SEM下可清晰地看到表面的层状生长在部分区域不完全。测试发现,复合镀薄膜形貌并不是电弧镀和溅射镀薄膜形貌的简单混合,而是具有自身独特的特征,这可能是由于电弧弧光等离子体与溅射的辉光等离子体相互作用的结果。

关键词：复合离子镀 AlTiN薄膜表面形貌

脉冲偏压占空比对复合离子镀(Cr,Al)N薄膜结构和力学性能的影响

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真空 2015年第3期52卷 6-10页

作者：高倩黄美东王小龙薛利天津师范大学物理与材料科学学院天津300387

采用将电弧离子镀与磁控溅射离子镀相结合而得的复合离子镀的方法,分别用高纯Cr作为电弧靶、用高纯Al作为溅射靶,通入氮气和氩气,在高速钢和硅片上沉积(Cr,Al)N薄膜。通过台阶仪、扫描电镜、X射线衍射仪、维氏硬度计等分析和测量手段,... 详细信息

采用将电弧离子镀与磁控溅射离子镀相结合而得的复合离子镀的方法,分别用高纯Cr作为电弧靶、用高纯Al作为溅射靶,通入氮气和氩气,在高速钢和硅片上沉积(Cr,Al)N薄膜。通过台阶仪、扫描电镜、X射线衍射仪、维氏硬度计等分析和测量手段,研究了不同脉冲偏压占空比条件下(Cr,Al)N薄膜结构和力学性能的变化规律。研究表明,占空比对薄膜的结构和力学性能均有影响,当占空比为40%时,薄膜的沉积速率最大,为12.8 nm/min,用25 g载荷保荷10 s测试的维氏硬度1725 Hv也为实验获得的最大值。

关键词：复合离子镀 CrAlN薄膜占空比

脉冲偏压对TiAlCN薄膜结构与力学性能的影响

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材料热处理学报 2020年第3期41卷 151-155页

作者：任鑫窦春岳齐鹏涛赵瑞山辽宁工程技术大学材料科学与工程学院辽宁阜新123000

利用多弧离子镀-磁控溅射复合技术通过改变脉冲偏压在Si片与SS304基体表面制备了TiAlCN薄膜,研究了不同脉冲偏压对薄膜结构和力学性能的影响。薄膜成分、表面形貌、相结构及力学性能分别利用能量弥散X射线谱(EDS)、扫描电镜(SEM)、X射... 详细信息

利用多弧离子镀-磁控溅射复合技术通过改变脉冲偏压在Si片与SS304基体表面制备了TiAlCN薄膜,研究了不同脉冲偏压对薄膜结构和力学性能的影响。薄膜成分、表面形貌、相结构及力学性能分别利用能量弥散X射线谱(EDS)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和纳米压痕仪等设备进行表征。结果表明,随着脉冲负偏压的增加,薄膜中Ti元素的含量先减小后增大,而Al元素有相反的变化趋势。适当增大脉冲偏压,薄膜表面颗粒、凹坑等缺陷得到明显改善。物相分析表明TiAlCN薄膜主要由(Ti,Al)(C,N)相,Ti4N3-x相和Ti3Al相组成。薄膜平均硬度与弹性模量随脉冲负偏压的增加先增大后减小,在负偏压-200 V时达到最大值分别为36.8 GPa和410 GPa。

关键词： TiAlCN薄膜复合离子镀脉冲偏压结构力学性能

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TiN/TiCN多层调制结构薄膜的耐蚀性

材料保护 2018年第7期51卷 10-14页

作者：任鑫吴双全李岩帅赵瑞山黄美东辽宁工程技术大学材料科学与工程学院辽宁阜新123000 天津师范大学物理与材料科学学院天津300387

多弧离子镀和磁控溅射制备薄膜各有优缺点,将2种技术复合制膜的研究还少有报道。采用多弧离子镀和磁控溅射复合技术在304不锈钢基体表面制备了TiN单层和TiN/TiCN多层膜,采用扫描电镜、X射线衍射仪并结合电化学测试等着重研究了不同调制... 详细信息

多弧离子镀和磁控溅射制备薄膜各有优缺点,将2种技术复合制膜的研究还少有报道。采用多弧离子镀和磁控溅射复合技术在304不锈钢基体表面制备了TiN单层和TiN/TiCN多层膜,采用扫描电镜、X射线衍射仪并结合电化学测试等着重研究了不同调制周期下薄膜组织结构与耐腐蚀性能的变化规律。结果表明:所制备的TiN/TiCN多层膜表面平整、致密,随着调制周期的减小,TiN/TiCN多层膜发生生长取向的转变,且具有(111)晶面生长织构; TiN/TiCN多层膜在3.5%NaCl溶液中的抗腐蚀能力优于基体和单层TiN薄膜,随着多层膜调制周期的减小,其抗腐蚀性逐渐增强,在λ=0.150μm时,多层膜的自腐蚀电流密度和极化电阻分别为0.106 7μA/cm^2和679.700 kΩ·cm^2,腐蚀速率下降到最低,具有良好的耐腐蚀性。

关键词： TiN/TiCN多层膜复合离子镀磁控溅射调制周期耐蚀性