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脉冲偏压对直流磁控溅射沉积MoN薄膜结构及性能的影响

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中国表面工程 2019年第2期32卷 54-62页

作者：徐星苏峰华李助军华南理工大学机械与汽车工程学院广州510641 广州铁路职业技术学院机械与电子学院广州510430

MoN薄膜是一种具有潜在应用价值的薄膜材料,但对于其结构和性能的研究还较少。采用直流磁控溅射技术在304不锈钢基体表面沉积MoN薄膜,研究了脉冲偏压对MoN薄膜结构和性能的影响,并系统研究了MoN薄膜在不同摩擦条件下的摩擦磨损行为。采... 详细信息

MoN薄膜是一种具有潜在应用价值的薄膜材料,但对于其结构和性能的研究还较少。采用直流磁控溅射技术在304不锈钢基体表面沉积MoN薄膜,研究了脉冲偏压对MoN薄膜结构和性能的影响,并系统研究了MoN薄膜在不同摩擦条件下的摩擦磨损行为。采用X射线衍射仪和扫描电镜分析薄膜的晶相结构、晶粒尺寸、表面及断面形貌,采用HMV-2T显微硬度仪测试薄膜的显微硬度。采用UMT-TriboLab多功能摩擦磨损试验机评价薄膜的摩擦磨损性能,并用扫描电镜观察磨损表面,分析其磨损机制。结果表明:脉冲偏压显著影响直流磁控沉积的MoN薄膜的晶相结构、表面形貌、断面结构、硬度和摩擦磨损性能;随脉冲偏压的增大,MoN薄膜的膜厚、硬度都先增大后减小,而薄膜的磨损率却先减小后增大,其中-500 V脉冲偏压下沉积的MoN薄膜具有最高硬度为7731 N/mm2,以及最低的磨损率为5.8×10-7mm3/(N·m)。此外,MoN薄膜在不同载荷和转速的摩擦条件下表现出不同的摩擦学行为。

关键词：脉冲偏压直流磁控溅射 MoN薄膜摩擦学性能

脉冲偏压对电弧离子镀TiCN薄膜组织结构的影响

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表面技术 2018年第9期47卷 199-205页

作者：刘恋石倩代明江匡同春林松盛郭朝乾李洪苏一凡华南理工大学材料科学与工程学院广州510641 广东省新材料研究所广州510650 现代材料表面工程技术国家工程实验室广州510650 广东省现代表面工程技术重点实验室广州510650

目的改善TiCN薄膜的组织结构,进一步提高其硬度与结合力。方法采用电弧离子镀技术,通过改变脉冲偏压的幅值,制备一系列的TiCN薄膜。通过扫描电子显微镜(SEM)观察薄膜的表面和截面形貌,采用X射线衍射(XRD)对薄膜进行物相分析,用X射线光... 详细信息

目的改善TiCN薄膜的组织结构,进一步提高其硬度与结合力。方法采用电弧离子镀技术,通过改变脉冲偏压的幅值,制备一系列的TiCN薄膜。通过扫描电子显微镜(SEM)观察薄膜的表面和截面形貌,采用X射线衍射(XRD)对薄膜进行物相分析,用X射线光电子谱(XPS)表征元素的化学状态,通过能谱仪(EDS)分析薄膜的成分。采用显微维氏硬度计测量薄膜硬度,使用3D轮廓仪测量薄膜厚度,利用多功能材料表面性能试验仪进行划痕测试。结果偏压对薄膜的硬度、结合力、组织结构和沉积速度都有影响。随着脉冲偏压的提高,TiCN薄膜晶粒逐渐细化,沉积速率、结合力有先增大后减小的趋势,TiCN薄膜的硬度保持线性提高。偏压为-200 V时,TiCN薄膜出现C_3N_4新相,此时薄膜的硬度和结合力都大幅度提高,表面形貌发生突变,液滴最多。偏压为-250 V时,TiCN薄膜综合性能最好,并且表面的液滴明显减少,此时硬度值为4017HV,结合力为51 N。结论偏压对组织结构及碳元素在薄膜中的存在形式有一定影响,适当地改变脉冲偏压可以使TiCN薄膜的显微组织更加致密,同时,形成的弥散硬化相使薄膜具备较高的硬度和膜基结合强度。

关键词： TiCN薄膜电弧离子镀脉冲偏压 C3N4 硬度结合强度

脉冲偏压对磁控溅射MoS_2固体润滑涂层性能影响

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真空科学与技术学报 2018年第3期38卷 208-213页

作者：罗蓉蓉但敏李鹏远金凡亚周毅核工业西南物理研究院成都610041

利用单极性脉冲磁控溅射方法,采用300,600,800 V的脉冲偏压,分别在A286铁基高温合金基底上沉积了MoS_2涂层,并对其进行了组织和性能研究,结果表明:所制备的涂层表面存在成核势垒,呈岛状生长模式,磁控溅射过程中,高能粒子的轰击改变了涂... 详细信息

利用单极性脉冲磁控溅射方法,采用300,600,800 V的脉冲偏压,分别在A286铁基高温合金基底上沉积了MoS_2涂层,并对其进行了组织和性能研究,结果表明:所制备的涂层表面存在成核势垒,呈岛状生长模式,磁控溅射过程中,高能粒子的轰击改变了涂层表面晶格畸变程度及涂层与基体界面之间的热应力,使得涂层结合强度随偏压的增加先减小再增大,800 V偏压下涂层缺陷最少,内应力最低,结合强度最好。300和800 V脉冲偏压下,涂层沿平行于MoS_2层片的非极性(002)解理面择优取向,摩擦系数随摩擦阻力的减小降低,600 V偏压下,涂层沿(100)极性面择优取向,摩擦阻力最大,磨痕边缘有不同程度的犁沟痕迹,磨损机理主要为磨粒磨损。

关键词：单极性脉冲磁控溅射脉冲偏压 MoS2 摩擦磨损

脉冲偏压对离子束辅助电弧离子镀TiN/Cu纳米复合膜结构及硬度的影响

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真空科学与技术学报 2014年第10期34卷 1040-1046页

作者：李凤岐冯丹赵彦辉于宝海沈阳理工大学理学院沈阳110168 中国科学院金属研究所专用材料与器件研究部沈阳110016

采用离子束辅助电弧离子镀技术在高速钢基体上制备TiN/Cu纳米复合薄膜,考察了基体脉冲负偏压对薄膜成分、结构及硬度的影响。用X射线光电子谱、X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和纳米压痕等方法分别测试了薄膜的化学成分、结构、表面形... 详细信息

采用离子束辅助电弧离子镀技术在高速钢基体上制备TiN/Cu纳米复合薄膜,考察了基体脉冲负偏压对薄膜成分、结构及硬度的影响。用X射线光电子谱、X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和纳米压痕等方法分别测试了薄膜的化学成分、结构、表面形貌、硬度以及弹性模量。结果表明,在氮离子束的轰击作用下,随着脉冲偏压幅值从-100 V增加到-900 V时,薄膜中Cu含量先增加而后略有降低,在1.05%-2.50%（原子比）范围内变化。同时,脉冲偏压对薄膜的结构也有明显影响,在-100 V出现TiN（111）择优取向,当基体偏压增加到-300 V以上时,择优取向改变为TiN（220）择优。薄膜的Cu2p峰均对应纯金属Cu,薄膜的晶粒尺寸约在11-17 nm范围内变化。硬度和弹性模量随着偏压幅值增加而增大,当偏压为-900 V时,薄膜硬度和弹性模量达到最大值,分别为29.92 GPa,476 GPa,对应的铜含量为1.91%。

关键词： TiN/Cu纳米复合膜离子束辅助沉积电弧离子镀脉冲偏压硬度

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

脉冲偏压对PECVD制备DLC薄膜的结构及性能的影响

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润滑与密封 2018年第3期43卷 17-22页

作者：陈国富苏峰华华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510641

在不锈钢基材表面利用等离子体增强化学气相沉积技术(PECVD)改变脉冲偏压制备不同结构类金刚石薄膜(DLC)。分别采用表面轮廓仪、扫描电镜、拉曼光谱及电子探针分析薄膜的表面粗糙度、断面形貌、薄膜结构及成分,采用纳米压痕仪及划痕仪... 详细信息

在不锈钢基材表面利用等离子体增强化学气相沉积技术(PECVD)改变脉冲偏压制备不同结构类金刚石薄膜(DLC)。分别采用表面轮廓仪、扫描电镜、拉曼光谱及电子探针分析薄膜的表面粗糙度、断面形貌、薄膜结构及成分,采用纳米压痕仪及划痕仪测试薄膜的纳米硬度、弹性模量和膜基结合力,采用球盘摩擦试验机测试薄膜在大气环境中的摩擦学性能。结果表明:脉冲偏压显著影响PECVD制备的DLC薄膜的表面粗糙度、微观形貌、膜基结合力、纳米硬度及摩擦学性能;随偏压的增大,DLC薄膜的表面粗糙度,摩擦因数及磨损量都先减小后增大,而膜基结合力则先增大后减小。其中2.0 k V偏压制备的DLC薄膜具有最强的膜基结合力,而1.6 k V偏压制备的DLC薄膜具有最低的表面粗糙度、最高的硬度和最优的减摩耐磨性能。

关键词：脉冲偏压 DLC薄膜力学性能摩擦学性能

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脉冲偏压作用下MgO薄膜表面的荷电效应

真空科学与技术学报 2012年第1期32卷 48-52页

作者：朱道云郑昌喜王明东陈弟虎何振辉闻立时广东工业大学实验教学部广州510006 中山大学物理科学与工程技术学院光电材料与技术国家重点实验室广州510275

采用脉冲偏压电弧离子沉积技术在玻璃基片上制备了透明的、具有择优取向的MgO薄膜。针对绝缘性薄膜表面的荷电效应,比较了脉冲偏压作用下鞘层对离子的加速时间（即鞘层的寿命）与脉冲宽度的大小以及偏压鞘层的初始厚度与离子穿越的距离... 详细信息

采用脉冲偏压电弧离子沉积技术在玻璃基片上制备了透明的、具有择优取向的MgO薄膜。针对绝缘性薄膜表面的荷电效应,比较了脉冲偏压作用下鞘层对离子的加速时间（即鞘层的寿命）与脉冲宽度的大小以及偏压鞘层的初始厚度与离子穿越的距离的大小,讨论了不同占空比下偏压鞘层对离子的加速效应。利用X射线衍射及扫描电子显微镜对样品的观察结果表明,由于荷电效应,脉冲偏压幅值为-150 V,占空比在10%~40%的范围内,占空比的变化并不能改变MgO薄膜的微观结构和表面形貌。

关键词：脉冲偏压电弧离子荷电效应 MgO薄膜

脉冲偏压对磁过滤阴极电弧离子镀ta-C薄膜性能的影响

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真空科学与技术学报 2017年第1期37卷 78-82页

作者：董中林于振华施毅李琦杨木王永庆干蜀毅合肥工业大学机械工程学院合肥230009

在不同脉冲偏压值下采用90°弯管磁过滤阴极电弧离子镀于硅片表面制备四面体非晶碳膜(Ta-C),研究了脉冲偏压对薄膜硬度、沉积速率、表面形貌及键价结构的影响。结论表明,薄膜沉积速率随脉冲偏压值的增加呈先增后减趋势,偏压值与膜层硬... 详细信息

在不同脉冲偏压值下采用90°弯管磁过滤阴极电弧离子镀于硅片表面制备四面体非晶碳膜(Ta-C),研究了脉冲偏压对薄膜硬度、沉积速率、表面形貌及键价结构的影响。结论表明,薄膜沉积速率随脉冲偏压值的增加呈先增后减趋势,偏压值与膜层硬度值呈负相关性,高的偏压会抑制膜层中sp3键的形成,还能在一定程度上抑制大颗粒形成。本文研究内容为工业应用中通过脉冲偏压调整优化膜层综合性能提供参考。

关键词：脉冲偏压磁过滤四面体非晶碳 sp^3键硬度

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脉冲偏压调控DLC膜结构与性能的研究

脉冲偏压调控DLC膜结构与性能的研究

作者：朱家诚浙江理工大学

学位级别：硕士

近年来,具有优异的耐磨性、高硬度、自润滑性、高弹性模量和生物相容性的类金刚石(DLC)涂层在加工制造业中备受关注,尤其是低摩擦性能有效地提高了加工工具的性能和使用寿命,使DLC新型涂层刀具逐渐代替传统刀具,在切削领域得到了广泛的... 详细信息

近年来,具有优异的耐磨性、高硬度、自润滑性、高弹性模量和生物相容性的类金刚石(DLC)涂层在加工制造业中备受关注,尤其是低摩擦性能有效地提高了加工工具的性能和使用寿命,使DLC新型涂层刀具逐渐代替传统刀具,在切削领域得到了广泛的应用。而较优的工艺参数是涂层技术的关键之一。本研究采用多弧离子镀技术沉积类金刚石(DLC)涂层。对不同脉冲偏压参数(偏压频率、偏压幅值、偏压占空比)沉积的类金刚石进行结构、性能比较,得到较优的沉积工艺参数。通过扫描电子显微镜(SEM)观察DLC薄膜表面形貌和膜厚;利用Raman光谱和X射线光电子能谱(XPS)测定DLC薄膜内sp含量随着工艺参数变化而变化的趋势;使用纳米压痕仪测试其DLC薄膜硬度与杨氏模量。然后利用数控车床,进行切削实验,从切削力、切削热与工件切削后的表面粗糙度三方面来对比类金刚石涂层刀具与未涂层刀具的切削性能。研究结果显示,随着偏压频率的增大,薄膜表面的团聚体尺寸逐渐减小;相同沉积时间下,薄膜厚度基本一致。低频沉积的DLC薄膜的sp含量比高频的多,其硬度与杨氏模量也比高频段沉积的要高。偏压频率的综合较佳工艺参数为20KHz。随着偏压幅值的增大,沉积速率先增大后减小,偏压80V沉积的DLC膜最厚;薄膜中的sp含量、硬度和杨氏模量亦先增大,后减小;薄膜的硬度与sp含量峰值分别在偏压值80V和100V;从偏压100V开始出现崩膜现象,薄膜表面的颗粒感逐渐明显,表面质量变差;偏压值的综合较佳工艺参数为80V。偏压占空比增大,薄膜表面颗粒由稀疏变得致密;但过高的偏压占空比导致团聚体增多,薄膜质量较好的占空比为0.5。薄膜中的沉积速率、sp含量、硬度和杨氏模量均有先增大,后减小的趋势,其峰值在偏压占空比0.5-0.6区间。故偏压占空比的综合较佳工艺参数为0.5。对涂层刀具和未涂层刀具在数控车床上进行切削实验,用测力仪与红外测温仪测其切削时三个方向的切削力与切削温度;并在切削完成时,分别测两种刀具切削后工件的表面粗糙度。发现涂层刀具比未涂层刀具在各方面均有所优化。

关键词：多弧离子镀类金刚石脉冲偏压切削性能