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电-磁场协同增强HiPIMS技术的CrAl靶放电行为及craln薄膜制备

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中国表面工程 2022年第5期35卷 155-162页

作者：李春伟田修波东北林业大学工程技术学院哈尔滨150040 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

基于常规高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)存在的问题,发展了新型HiPIMS放电模式:电-磁场协同增强高功率脉冲磁控溅射((E-MF)HiPIMS)。研究新型放电模式下CrAl靶的放电行为及craln薄膜的沉积特性。结果表明,不同工作气压下,CrAl靶放电电流波... 详细信息

基于常规高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)存在的问题,发展了新型HiPIMS放电模式:电-磁场协同增强高功率脉冲磁控溅射((E-MF)HiPIMS)。研究新型放电模式下CrAl靶的放电行为及craln薄膜的沉积特性。结果表明,不同工作气压下,CrAl靶放电电流波形随靶脉冲电压的变化规律相似。随脉冲电压的增大,CrAl靶脉冲峰值电流线性增加,随着氮气流量的增大,CrAl靶脉冲峰值电流线性增加,随着复合直流的增大,CrAl靶电流上升速度不变但靶脉冲峰值电流出现明显降低。与常规HiPIMS相比,(E-MF)HiPIMS技术制备的craln薄膜表面更加光滑、平整,且表面粗糙度仅为4.123 nm。craln薄膜的生长结构更加致密而紧凑,晶粒也更加细小、均匀。此外,(E-MF)HiPIMS技术制备的craln薄膜样品的摩擦因数显著降低,且磨损后的磨痕宽度小、磨损处仅出现间断型的表面磨损,摩擦磨损性能更加优异。同时样品的腐蚀电位较大提高、腐蚀电流大幅减小,表现出更优异的耐腐蚀性能。

关键词：高功率脉冲磁控溅射 CrAl靶放电特性 craln薄膜生长形貌

氮氩比对模具钢表面镀craln薄膜形貌和性能的影响

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表面技术 2022年第1期51卷 105-112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

目的提高H13模具钢的表面性能,延长模具使用寿命。方法采用多弧离子镀技术,以氮气作为反应气体,通过改变氮气流量的方法制备出不同原子含量的craln薄膜,研究氮氩比对craln薄膜表面形貌、组织结构、硬度、结合力、抗高温氧化性及耐腐蚀... 详细信息

目的提高H13模具钢的表面性能,延长模具使用寿命。方法采用多弧离子镀技术,以氮气作为反应气体,通过改变氮气流量的方法制备出不同原子含量的craln薄膜,研究氮氩比对craln薄膜表面形貌、组织结构、硬度、结合力、抗高温氧化性及耐腐蚀性的影响。结果随着氮氩比增加,craln薄膜表面大颗粒数量减少,大颗粒尺寸变小,薄膜表面逐渐均匀致密,孔隙率降低,表面粗糙度下降。CrN(200)衍射峰逐渐增强,六方相AlN(101)逐渐消失,硬度、结合力、抗高温氧化性及耐腐蚀性先升高、后降低。在氮氩比为8∶2时,craln薄膜性能最优,硬度达到最大值,为2400HV,膜基结合力达到最大值,约29 N,抗高温氧化性能及耐腐蚀性能达到最佳。结论通过多弧离子镀技术在H13模具钢表面制备craln薄膜,可以提高其表面性能,延长使用寿命。当氮氩比为8∶2时,在H13模具钢表面制备出的craln薄膜性能最佳。

关键词：多弧离子镀 craln薄膜抗氧化性能耐腐蚀性能

craln薄膜对汽轮机高温叶片用耐热钢高温氧化性能的影响规律

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材料导报 2023年第S2期37卷 445-448页

作者：张宇飞巩秀芳蒲贤超裴玉冰李金祺浙江浙能中煤舟山煤电有限责任公司浙江舟山316131 东方电气集团东方汽轮机有限公司四川德阳618000

采用多弧离子镀法将craln薄膜沉积在2Cr11Mo1VNbN耐热钢基体试样上,然后在580~620℃大气环境下进行5 000 h的长期高温抗氧化试验,研究薄膜对基体抗氧化性能及其组织变化的影响。结果表明,该薄膜能有效保护基材在暴露过程中不被氧化;薄... 详细信息

采用多弧离子镀法将craln薄膜沉积在2Cr11Mo1VNbN耐热钢基体试样上,然后在580~620℃大气环境下进行5 000 h的长期高温抗氧化试验,研究薄膜对基体抗氧化性能及其组织变化的影响。结果表明,该薄膜能有效保护基材在暴露过程中不被氧化;薄膜氧化形成的Cr-Al混合氧化物起屏障作用,抑制离子扩散,可有效延缓基体的氧化速度;薄膜氧化分解产生的N2气泡促进了薄膜中裂纹的产成。

关键词：耐热钢 craln薄膜高温氧化

高功率脉冲和脉冲直流磁控共溅射craln薄膜的研究

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表面技术 2019年第4期48卷 137-144页

作者：郭玉垚王铁钢李柏松刘艳梅蒙德强许人仁天津职业技术师范大学天津市高速切削与精密加工重点实验室

目的通过掺杂适量Al元素来固溶强化Cr N薄膜,从而提高薄膜的抗氧化性能和热稳定性。方法采用高功率脉冲磁控溅射和脉冲直流磁控溅射复合镀膜技术制备了Cr Al N薄膜,利用XRD、纳米压痕仪、应力仪、摩擦磨损试验机系统地研究了不同基体偏... 详细信息

目的通过掺杂适量Al元素来固溶强化Cr N薄膜,从而提高薄膜的抗氧化性能和热稳定性。方法采用高功率脉冲磁控溅射和脉冲直流磁控溅射复合镀膜技术制备了Cr Al N薄膜,利用XRD、纳米压痕仪、应力仪、摩擦磨损试验机系统地研究了不同基体偏压对craln涂层结构和力学性能的影响。结果所有craln涂层均以fcc-(Cr,Al)N相为主,且随着基体偏压的增加,沿(111)晶面生长的衍射峰逐渐减弱,并向小角度偏移;薄膜压应力显著增加,最大值为-2.68GPa;薄膜硬度先上升后下降,在基体偏压为-30V时,硬度达到最大值22.3 GPa;H/E值和H~3/E值随着基体偏压的增加,近似线性增大,当偏压为-120 V时,均达最大值0.11、0.21 GPa,同时摩擦系数和磨损率逐渐减小。结论当基体偏压为-120 V时,craln薄膜具有最佳的耐磨性能,H/E和H~3/E在一定程度上可评价涂层的耐磨性。

关键词：高功率脉冲磁控溅射脉冲直流磁控溅射 craln薄膜力学性能磨擦磨损性能

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磁控溅射制备craln薄膜的高温抗氧化性

金属热处理 2019年第7期44卷 186-189页

作者：吴坤尧代闯惠晶孙乐西安航空学院材料工程学院陕西西安710077 陕西科技大学材料科学与工程学院陕西西安710021

采用磁控溅射镀膜技术,在不同负偏压(80、150和220V)条件下,以304不锈钢为基体,在其表面沉积craln薄膜,并对制备的薄膜进行900℃的热处理氧化试验(氧化时间为1h)。利用X射线衍射分析仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及其配备的能谱仪(EDS)分析薄... 详细信息

采用磁控溅射镀膜技术,在不同负偏压(80、150和220V)条件下,以304不锈钢为基体,在其表面沉积craln薄膜,并对制备的薄膜进行900℃的热处理氧化试验(氧化时间为1h)。利用X射线衍射分析仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及其配备的能谱仪(EDS)分析薄膜在高温热处理下的表面形貌、薄膜成分及物相组成。结果表明:随基体负偏压的升高,Cr2O3和Al2O3以及CrxOy和AlxOy的衍射峰先减少后增加,氮化物的衍射峰先增加后降低,craln薄膜的抗氧化性先增强后降低;负偏压150V下,所制备的craln薄膜经热处理后表面裂纹最少且氧原子含量最低,为55.44%;在负偏压80、150和220V下,craln薄膜氧化质量增加率分别为0.038%,0.035%和0.047%,可见负偏压150V条件下,craln薄膜氧化质量增加最小,具有最优高温氧化性能。

关键词：磁控溅射 craln薄膜高温抗氧化性

脉冲偏压对304不锈钢表面多弧离子镀craln薄膜结构和耐蚀性能的影响

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材料保护 2015年第10期48卷 54-57,9页

作者：任鑫孔令梅辽宁工程技术大学材料科学与工程学院辽宁阜新123000

目前,鲜见有关脉冲偏压对多弧离子镀Cr Al N薄膜耐蚀性能影响的报道。以不同的脉冲偏压在304不锈钢表面多弧离子镀Cr Al N薄膜。采用扫描电镜、显微镜、X射线衍射仪、硬度仪、粗糙度仪分析了Cr Al N薄膜的表面形貌、相结构、硬度、表面... 详细信息

目前,鲜见有关脉冲偏压对多弧离子镀Cr Al N薄膜耐蚀性能影响的报道。以不同的脉冲偏压在304不锈钢表面多弧离子镀Cr Al N薄膜。采用扫描电镜、显微镜、X射线衍射仪、硬度仪、粗糙度仪分析了Cr Al N薄膜的表面形貌、相结构、硬度、表面粗糙度及耐蚀性能,分析了脉冲偏压对相关性能的影响。结果表明:随着脉冲偏压幅值的增大,Cr Al N薄膜表面大颗粒及凹坑尺寸和数量减少,薄膜质量提高;Cr Al N薄膜主要由(Cr,Al)N相组成,随着偏压增加,Cr Al N薄膜出现(220)择优取向;Cr Al N薄膜表面粗糙度随脉冲偏压增大而减小,显微硬度随脉冲偏压的增大而增大;Cr Al N薄膜在3.5%Na Cl溶液中的耐蚀性随着脉冲偏压的增大而增大,脉冲偏压为400 V时,Cr Al N薄膜与基体304不锈钢的腐蚀速率之比为0.34,薄膜的综合性能最好。

关键词： craln薄膜多弧离子镀脉冲偏压相结构耐蚀性

H13钢离子氮化前后表面沉积craln薄膜的耐氯离子腐蚀性能

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机械工程材料 2012年第1期36卷 85-89页

作者：彭彦彬余春燕王社斌韩培德李天宝太原理工大学理学院太原30024 太原理工大学材料科学与工程学院太原30024

在离子氮化前后的H13钢表面沉积了craln薄膜,研究了其在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的耐腐蚀性,并用场发射扫描电镜观察了薄膜腐蚀前后的表面形貌。结果表明:H13钢基体表面沉积craln薄膜后的耐腐蚀性能显著提高;经离子氮化和表面沉积Cr... 详细信息

在离子氮化前后的H13钢表面沉积了craln薄膜,研究了其在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的耐腐蚀性,并用场发射扫描电镜观察了薄膜腐蚀前后的表面形貌。结果表明:H13钢基体表面沉积craln薄膜后的耐腐蚀性能显著提高;经离子氮化和表面沉积craln薄膜复合处理后,耐腐蚀性进一步提高,试验后表面没有出现明显的腐蚀坑及膜层脱落。

关键词： craln薄膜耐腐蚀性离子氮化

H13钢氮化前后表面磁控溅射craln薄膜的摩擦磨损性能

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机械工程材料 2008年第9期32卷 59-63页

作者：尹小定王社斌余春燕田林海许并社太原理工大学材料科学与工程学院山西太原030024 太原理工大学山西太原030024 教育部新材料界面与工程重点实验室山西太原030024 太原理工大学表面工程研究所山西太原030024

为了提高H13钢的表面耐磨性能，用直流磁控溅射法在氮化与未氮化的H13钢表面沉积craln薄膜，并对处理前后的摩擦磨损性能进行了比较；用扫描电镜观察薄膜形貌，并测其厚度；测量了随炉硅片的薄膜显微硬度；用摩擦磨损试验机测试了在室温... 详细信息

为了提高H13钢的表面耐磨性能，用直流磁控溅射法在氮化与未氮化的H13钢表面沉积craln薄膜，并对处理前后的摩擦磨损性能进行了比较；用扫描电镜观察薄膜形貌，并测其厚度；测量了随炉硅片的薄膜显微硬度；用摩擦磨损试验机测试了在室温和600℃条件下薄膜的摩擦磨损性能。结果表明：薄膜平均厚度为4．8μm，硬度为23．7GPa；室温条件下材料的表面摩擦因数为0．60～0．65，600℃条件下摩擦因数为0．61～0．96；craln／氮化H13钢和craln／H13钢在室温摩擦时的耐磨性分别是H13钢的1．9倍和1．7倍，在600℃条件下耐磨性分别是H13钢的1．25倍和7倍。

关键词： H13钢磁控溅射 craln薄膜摩擦磨损

CrN和craln薄膜的微观结构及在不同介质中的摩擦学性能

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中国表面工程 2012年第6期25卷 34-41页

作者：付英英李红轩吉利刘晓红周惠娣陈建敏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兰州730000 中国科学院研究生院北京100049

采用中频非平衡反应磁控溅射技术在单晶硅P(111)和不锈钢(1Cr18Mn8Ni5N)基材上制备了CrN和craln薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、原子力显微镜(AFM)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)和纳米压痕仪对薄膜的相结构、化... 详细信息

采用中频非平衡反应磁控溅射技术在单晶硅P(111)和不锈钢(1Cr18Mn8Ni5N)基材上制备了CrN和craln薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、原子力显微镜(AFM)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)和纳米压痕仪对薄膜的相结构、化学组成、表面形貌、断面结构和力学性能进行了测试分析。利用球-盘式摩擦磨损试验机(CSM)考察了两种薄膜在不同介质(空气、自来水、oil-1(TAO-40)及oil-2(150BS))中和Al2O3球对磨的摩擦学性能。结果表明:CrN薄膜中Al元素的掺杂并未改变薄膜晶体结构,但却降低了薄膜的表面粗糙度、增强了薄膜的致密性、提高了薄膜的力学性能、改善了水润滑和油润滑条件下薄膜的摩擦学性能。由于CrN和craln薄膜的摩擦磨损性能显著依赖于测试介质,因此重点讨论了它们在不同介质中的摩擦磨损机理。

关键词：磁控溅射 CrN薄膜 craln薄膜摩擦磨损