张文勇
,
孙德恩
,
裴晨蕊
,
张世宏
,
黄佳木
表面技术
doi:10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.01.009
目的 研究调制周期对纳米多层膜性能的影响. 方法 采用磁控溅射方法制备了CrAlN与ZrN的固定厚度比为2. 6,不同调制周期(Λ为6,8,10,20 nm)的CrAlN/ZrN纳米多层膜. 利用场发射扫描电镜( FESEM)表征薄膜的形貌、结构. 用Dektak150型台阶仪测薄膜表面粗糙度. 用Agilent Technologies G200纳米压痕仪检测涂层的硬度和弹性模量. 用划痕仪测薄膜/基材的结合力,同时,引入抗裂纹扩展系数( CPR)表征纳米多层膜的韧性. 结果 CrAlN/ZrN纳米多层膜断面皆为穿晶柱状结构,调制周期为20 nm时,多层膜层与层之间的界面清晰;多层膜表面呈致密的花椰菜状,厚度均约为2 μm. 调制周期为8 nm时,硬度为20. 4 GPa,进一步增大调制周期,硬度下降. 调制周期为8 nm的多层膜临界载荷Lc2为18 N,CPR值为73. 2,Lc2与CPR值均高于其他调制周期的多层膜. 在临界载荷Lc2处,裂纹扩展导致薄膜发生了严重的片状剥落,露出了亮白的热轧钢基底,薄膜失去了保护作用. 结论 实验表明,在多层膜厚度、调制比不变的条件下,改变调制周期能够改变多层膜的韧性. 随着调制周期的增大,韧性呈先上升、后下降的趋势. 调制周期为8 nm时,纳米多层膜的硬度最高,韧性最好,综合性能良好.
关键词:
CrAlN/ZrN纳米多层膜
,
磁控溅射
,
调制周期
,
硬度
,
韧性
陈美容
,
曾宪光
,
孙德恩
,
黄佳木
表面技术
doi:10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.021
目的 改善不锈钢摩擦性能及耐腐蚀性能.方法 通过线性阳极层离子源辅助非平衡磁控溅射法,制备了不同Zr含量的类金刚石(DLC)薄膜,采用扫描电子显微镜、拉曼光谱仪、纳米硬度仪、高温销盘磨损仪、电化学工作站,对薄膜的化学成分、显微结构、纳米硬度、薄膜摩擦性能及耐腐蚀性能进行测试研究.结果 随着Zr靶功率的增大,Zr含量线性增加.Zr含量从4.9%增加至16.3%时,ID/IG增大,薄膜硬度从12.1 GPa逐渐下降至8.4 GPa;Zr含量增大至21.2%时,ID/IG减小,薄膜硬度增大至11.4 GPa.涂镀类金刚石薄膜的不锈钢基体比无涂层的不锈钢基体有更低的摩擦系数,更好的耐磨损性能.Zr掺杂DLC薄膜的最小摩擦系数为0.07.Zr含量从4.9%增加至16.3%,DLC薄膜的耐腐蚀性能减弱;Zr含量继续增加,DLC薄膜的耐腐蚀性能增强.当Zr含量不大于11.9%时,沉积Zr掺杂DLC膜的不锈钢基体的耐腐蚀性能比不锈钢基体的更强.结论 Zr含量不大于11.9%时,Zr掺杂类金刚石薄膜既可以有效地改善不锈钢基体的摩擦磨损性能,又可以大幅提高耐腐蚀性能.
关键词:
Zr掺杂类金刚石膜
,
显微结构
,
硬度
,
结合力
,
摩擦性能
,
腐蚀性能
裴晨蕊
,
孙德恩
,
Sam Zhang
,
黄佳木
中国表面工程
doi:10.11933/j.issn.1007-9289.2016.02.001
硬质陶瓷涂层一般硬度高,但韧性差,在受到较大外加冲击荷载作用时容易产生裂纹并引发失效,从而限制了硬质涂层在工程领域的应用.硬质涂层的增韧研究是当前硬质涂层研究的热点之一.常见硬质涂层增韧方法中,有些是以降低硬度为代价来提高涂层韧性,比如第二相增韧;有些是通过优化涂层结构设计,减小缺陷尺寸,在不损失涂层高硬度的前提下,提高韧性,获得兼具高硬度和高韧性的涂层;有些是通过相变(晶体结构转变)提高涂层的韧性.通过优化涂层结构设计,改变涂层晶粒尺寸、晶界尺寸与复杂程度等,使涂层致密化,从而提高涂层硬度与韧性,从而获得增韧效果,成为研究者越来越关注的焦点.单一增韧方法的局限性,可以通过多种增韧方法协同作用获得突破,协同增韧已成为硬质涂层增韧发展的趋势.目前硬质涂层的韧性评估还没有一个公认的方法,从简单实用出发,常用的有微悬臂梁弯曲法、划痕法和压痕法.
关键词:
韧性
,
硬度
,
多层膜结构
,
硬质涂层
梁斐珂
,
孙德恩
,
陈思琦
,
黄佳木
,
裴晨蕊
中国表面工程
doi:10.11933/j.issn.1007-9289.2016.06.008
为了研究不同结构铬掺杂碳基薄膜在高温下与铝合金的磨损机理,采用非平衡磁控溅射在YT15刀具表面沉积Cr/CrC/DLC单周期和Cr/(CrC-DLC)n多周期多层膜,在24、200和400℃下与A319和A390铝合金进行摩擦试验.采用扫描电子显微镜、原子力显微镜、纳米压痕仪、拉曼光谱仪、销盘磨损仪对薄膜的形貌结构、力学和摩擦学性能进行测试.研究表明:多周期多层膜结构打断薄膜柱状生长,提高膜基结合力.两种薄膜表面粗糙度和硬度分别为4.3 nm和5.4 nm、9.8 GPa和9.0 GPa.磨球表面转移层由硅、石墨以及剥落的薄膜碎片组成,连续的转移层降低摩擦因数;但随着温度升高,转移层的连续性被破坏,导致摩擦因数升高.在高温摩擦过程中,多周期多层膜磨损逐渐释放出DLC子膜层,通过DLC子膜层的石墨化转变来保持低摩擦因数,提高薄膜寿命.薄膜磨损由室温的磨料磨损转变为高温的粘着磨损和犁沟磨损,其中由于A390含有初晶硅使磨损以犁沟磨损为主.
关键词:
碳化铬
,
类金刚石
,
摩擦因数
,
高温磨损
,
铝合金
