空心阴极离子镀及其在工具工业中的应用

作者在介绍真空镀膜的形态,膜与基片间的附着性能及其改进措施,膜晶粒大小与其硬度和机械性能间的关系,几种离子镀金属、合金和碳化物硬质镀层的性能以及镀敷工艺等内容的基础上,较为详细地论述了空心阴极离子镀(HCD)的基本概念和工艺特性。然后给出了HCD沉积、HCD反应沉积的铬、CrC、CrN、TiC、TiN等膜的镀敷条件和膜的表面形态、耐磨、耐蚀、硬度、组成等性能的试验结果以及膜的表征方法。最后对日本的工业离子镀设备和离子镀工艺在工具工业中的应用效果作了简要介绍。     

空心阴极(HCD)离子镀及其在工具工业中的应用(续完)

十、HCD反应沉积的氮化钛膜 HCD反应沉积氮化钛膜的镀膜条件可反映所镀氮化钛膜的色泽特征,如佐藤等人通过控制N_2、H_2的分压得到了各种颜色的膜。金色的膜经X线衍射分析可知是由Ti_2N或TiN+Ti_2N组成的。这种膜的硬度大于或等于2000公斤/毫米~2(DPHN)。 该膜的镀膜典型参数如下:氩气流为23厘米~3/分(标准温度、压强),氩分压为7.4×10~(-4)托,放电参数为40伏、80安培,靶距为14厘米,膜的典型沉积率为0.25微米/分。氮气     

γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷自组装膜的制备及其摩擦学性能

利用分子自组装方法在羟基化的玻璃基片表面制备了γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷单层膜,采用接触角测定仪考察了其成膜速率,采用X射线光电子能谱仪分析了自组装单层膜表面典型元素的化学状态,采用原子力显微镜观察薄膜的表面形貌,并采用静-动摩擦系数测定仪评价了单层膜的摩擦磨损性能.结果表明:当成膜时间达到15 min后,相应的自组装单层膜与水的接触角达到103°,此后接触角随成膜时间的继续延长基本保持不变;γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷自组装单层膜可以降低基片的摩擦系数,并且在较低载荷下具有较好的耐磨性能.     

单晶硅表面稀土复合纳米膜的制备与摩擦特性

利用分子自组装技术,在单晶硅表面制备了稀土复合纳米自组装膜.运用原子力显微镜(AFM)观察了薄膜的表面形貌,使用X射线光电子能谱仪(XPS)分析了薄膜表面典型元素的化学状态,并运用静-动摩擦系数测定仪评价了薄膜的摩擦磨损性能.研究结果表明:通过硅烷偶联剂3-巯丙基三甲氧基硅烷(MPTS)的磺酸基化学吸附功能,稀土元素可以成功组装到氧化后的硅烷化表面.当组装稀土复合膜后,基片表面的摩擦系数由无膜时的0.8降到了0.08,表明复合膜可以降低基片的摩擦系数,并且在较低载荷下具有较好的耐磨性能.     

石英岩表面分子沉积膜的微观摩擦性能的试验研究

利用原子力显微镜对石英岩表面单层分子沉积膜的微观摩擦特性进行了研究,发现该分子沉积膜具有一定的减摩性.通过对其表面力-位移曲线、表面形貌像、调制力像和摩擦力像的进一步分析表明,石英岩表面分子沉积膜具有减摩作用的原因在于它能够降低表面的粘着力并对表面具有微观修饰作用.     

碳纳米管复合膜的制备及其摩擦学性能

通过混酸对碳纳米管(CNTs)纯化,然后应用稀土溶液对纯化CNTs进行功能化,采用分子自组装技术在羟基化的玻璃基片表面制备了碳纳米管复合膜.运用原子力显微镜(AFM)及扫描电子显微镜(SEM)观察了薄膜的表面形貌,使用X射线光电子能谱仪(XPS)分析了薄膜表面典型元素的化学状态,并采用UMT-2MT摩擦试验机评价了薄膜的摩擦磨损性能.研究结果表明:通过硅烷偶联剂3-巯丙基三甲氧基硅烷(MPTS)的磺酸基化学吸附功能,稀土改性后的碳纳米管可以成功组装到氧化后的硅烷化表面.当组装碳纳米管复合膜后,基片表面的摩擦系数由无膜时的0.85降到了0.10,表明复合膜可以降低基片的摩擦系数,并且在较低载荷下具有较好的耐磨性能,显示了其在微机构表面改性方面良好的应用前景.     

聚乙烯亚胺和聚对磺酸钠苯乙烯分子沉积超薄膜的制备及其摩擦学性能研究

制备了以聚乙烯亚胺为聚阳离子,聚对磺酸钠苯乙烯为聚阴离子的分子沉积膜,用紫外-可见分光光度计、接触角测定仪和椭圆偏振光测厚仪对所制备的超薄膜进行了表征,用DF-PM型动静摩擦系数精密测定装置考察了超薄膜的摩擦学性能,并采用扫描电子显微镜对薄膜磨痕表面形貌进行观察.结果表明,所制备的超薄复合沉积膜具有良好的耐磨性能;随着相对湿度增大,摩擦系数减小;复合沉积膜的磨损机理主要为粘着磨损.     

低温沉积Cu膜的晶体结构及摩擦磨损性能的初步研究

采用离子镀技术于45#钢基体表面在低温(164～115 K)和常温(291 K)条件下沉积Cu膜,通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜研究Cu膜的晶体结构及其表面形貌,采用划痕试验法测量Cu膜的临界载荷(Lc),在真空球-盘摩擦磨损试验机上考察其摩擦磨损性能并探讨其磨损机理.结果表明:基体温度对Cu膜的择优取向影响明显,在常温(291 K)下沉积的Cu膜为(200)择优取向,基体温度降至164 K以下所沉积的Cu膜呈现出明显的(111)择优取向;低温沉积Cu膜的表面较为光滑,其Lc值明显高于常温沉积的Cu膜;低温沉积Cu膜的磨损率明显低于常温沉积Cu膜,表现出良好的耐磨性,这主要是由于低温沉积Cu膜具有(111)择优取向和良好的膜-基结合力的缘故.     

二甲基—γ—全氟辛酰氧丙基硅烷自组装膜的制备及其摩擦学性能研究

利用分子自组装技术 ,用含有全氟烷基的氯硅烷作为前驱体 ,在活化玻璃表面制备了二甲基 -γ-全氟辛酰氧丙基硅烷单分子膜 ;用 X射线光电子能谱仪对组装膜表面的几种特征元素及其化学环境进行了表征 ;采用接触角测定仪测定了蒸馏水在自组装薄膜表面的接触角 ,在动静摩擦磨损试验机上评价了薄膜同 GCr1 5钢球对摩时的摩擦磨损性能 .结果表明 :所制备的自组装膜的表面自由能很低 ,具有很好的疏水 -疏油性 ,其对水的接触角高达 1 1 0°;二甲基 -γ-全氟辛酰氧丙基硅烷组装膜可以降低基片的摩擦系数 ,而且在较低负荷下具有很好的耐磨性     

石英岩表面分子沉积膜的微观摩擦性能试验研究

利用原子力显微镜对石英岩表面单层分子沉积膜的微观摩擦特性进行了研究,发现该分子沉积膜具且定的减摩性。通过对其表面力－位移曲线、表面形貌像、调制力像和摩擦力像的进一步分析表明,石英岩表面分子沉积膜具有减摩作用的原因在于它能够降低表面的粘着力并对表面具有微观修饰作用。     

工艺因素对离子束增强沉积氮化硅薄膜组成与结构的影响

本世纪８０年代以来，利用各种表面技术陶瓷材料涂覆于金属零件表面的研究发展很快，离子束增强沉积技术以其突出的优点更受到重视，利用这种技术合成陶瓷薄膜是一种新的物理气相沉积方法，而沉积薄膜的质量，性能和成膜速度都会受到工艺因素的影响，由于氮化硅陶瓷的硬度高，韧性和高温稳定性都比较好，是一种相当理想的耐磨材料，且其还有一定的自润滑性，因此，着重研究了氮离子束流和束压，氮离子与硅原子在基片上的达比，以及不     

纳米弹性复合DLC薄膜的制备及其摩擦性能研究

利用磁过滤阴极真空弧沉积系统在硅片及以硅片为基底的2种弹性体材料表面沉积厚度为2.7 nm的DLC膜,采用原子力显微镜和拉曼光谱仪对薄膜的形貌及成分进行分析,用纳米力学测试系统测量薄膜的弹性模量和硬度,用UMT-2型多功能微摩擦磨损试验机考察其摩擦性能.结果表明,以γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(187)为偶联剂的薄膜试样表面比以γ-氨丙基三乙氧基硅烷(APS)为偶联剂的薄膜试样表面更致密且粗糙度更低,薄膜的最上层为DLC膜.在硅表面沉积DLC薄膜可以显著降低其表面的摩擦系数(0.117～0.137),在低载荷条件下,含偶联剂及弹性体的DLC薄膜的摩擦系数低于硅表面沉积DLC的薄膜,且以187为偶联剂的薄膜试样的摩擦性能更佳;在高载荷条件下,硅表面沉积DLC的薄膜具有更优异的摩擦性能.     

磷酸锌表面脂肪酸自组装单分子膜的制备及其摩擦学性能研究

采用水热法在锌片上一步合成磷酸锌薄膜,随后在表面沉积硬脂酸单分子膜以实现高疏水.利用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)及摩擦磨损试验机(UMT-3)对制得样品的表面形貌、结构组份及摩擦学性能进行了表征,并利用红外光谱仪(IR)对硬脂酸修饰机理进行了研究.研究结果发现:在水热处理导致的磷酸锌表面微织构化效应以及脂肪酸自组装薄膜的纳米润滑效应的联合作用下,在锌表面构筑的高疏水膜具有明显的减摩和耐磨特性.     

单晶硅表面全氟聚醚润滑膜的制备及摩擦特性研究

利用浸涂技术在单晶硅基片上成功地制备出极性全氟聚醚润滑膜,在DF－PM型动－静摩控系数精密测定装置上考察了润滑膜的摩擦特性,并采用接触角测定仪和X射线光电子能谱仪对润滑膜的表面性质和化学状态进行了表征。结果表明,与基片相比,经烘烤处理后的全氟聚醚润滑膜同钢对摩擦系数显著降低,经60次摩擦后,摩擦系统迅速增大到0．22左右,此时润滑膜被磨穿;此后摩擦系数缓慢增加,当摩擦次数达到200次左右时,摩擦系数稳定于0．42附近,低于单晶硅片相应的摩擦系数,这可能是由于基片表面的全氟聚醚在滑动过程中向钢球表面发生转移所致。     

离子镀氮化钛薄膜刀具的镀膜工艺与镀膜刀具的实际应用

本文介绍了中空阴极放电物理气相沉积法(简称HCD法)用于高速钢刀具表面镀氮化钛薄膜的工艺过程及主要参数,以及镀氮化钛薄膜刀具的基本物理性能与切削性能的检测结果,并通过使用实例说明镀膜刀具所具备的各项优点。对影响镀膜刀具质量和使用效果的因素进行了分析讨论,对镀膜刀具的经济效益作了估价。     

化学表面修饰微球形二硫化钼在液体石蜡中的摩擦磨损性能研究

将萃取-溶剂热法制备的二硫化钼微球(MS-MoS2)和商业级胶体二硫化钼(CC-MoS2)添加到液体石蜡(LP)中,采用四球摩擦磨损试验机和SRV微动摩擦磨损试验机对润滑体系的极压性能和抗磨减摩性能进行对比研究,利用扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪对磨斑表面形貌进行观察分析.结果表明:萃取剂Cyanex 301对MoS2具有良好的表面修饰作用;添加MoS2能够有效改善基础油的极压性能和抗磨减摩性能;当MoS2质量分数为0.5%时,Cyanex 301修饰MoS2 LP的摩擦系数和磨损体积损失比CC-MoS2 LP分别降低了15.4%和81.7%;其磨损机理可归因于边界润滑条件下的化学吸附膜、化学反应膜、化学沉积膜以及滚动摩擦.     

纳米级稠化剂颗粒沉积膜在乏脂润滑中的作用机制研究

利用双光束干涉法对点接触区乏脂润滑成膜特性规律以及接触区附近润滑剂的微观迁移特性进行了观测.在试验条件下,接触区会经历充分润滑—乏脂—沉积膜润滑—分离油润滑等润滑状态.借助原子力显微镜,探测到沉积膜是润滑脂的稠化剂被碾压破碎而沉积在滚压轨道表面的一层纳米级颗粒薄膜;而分离油是在剪切过程中润滑脂内逐渐释放基础油.试验初始,接触区周围的润滑脂池因乏脂而迅速消失,但分离油会逐渐形成"第二相油池"以实现回流补给.沉积膜增大了基础油在滚动轨道表面的接触角,阻碍回流补给,但其会随运动逐渐磨损,此后分离油将进入接触区补充润滑膜.初步发现,当分离油不充足时,沉积膜有利于保护润滑轨道.     

磁过滤真空弧源沉积技术制备C/C多层类金刚石膜及其摩擦磨损性能研究

采用磁过滤直流阴极真空弧源沉积技术在Si基体和GCr15基体表面制备了C/C多层DLC膜,通过X射线光电子能谱仪分析薄膜结构特征;用原子力显微镜观察C/C多层DLC膜的表面形貌;采用台阶仪测试薄膜厚度;利用纳米硬度仪测试薄膜纳米硬度;在销盘式摩擦磨损试验机上进行C/C多层DLC膜在大气下的摩擦性能评价,同时比较了单层DLC膜、TiN膜和C/C多层DLC膜的耐磨性能.结果表明:C/C多层DLC膜表面光滑、致密,厚度达0.7 μm,硬度高达68 GPa,与SiC球对摩时的摩擦系数为0.10左右,耐磨性明显优于单层DLC膜和TiN膜.     

离子束混合镍—钼多层膜的显微结构与抗磨性

采用蒸发沉积结合Ｎｅ＾＋束轰击混合的方法，在ＧＣｒ１５轴承钢底材表面制备了Ｎｉ－Ｍｏ多层膜，并且利用俄歇电子能 仪、透射电子显微镜和Ｘ射线衍射仪等，对Ｎｉ－Ｍｏ多层膜的元素组成和分布，以及膜层的显微组织形态、相结构和硬度等进行了系统的观察、分析与测量，同时还就这种多层膜的抗磨的特性进行了试验研究。     

多弧离子镀硬质膜的抗空蚀性能研究

利用磁致伸缩振动空蚀试验装置,研究了灰口铸铁表面多弧离子镀TiN、CrN及（Ti,Cr)N硬质膜的抗空蚀性能。研究结果表明,离子镀硬质膜的抗空蚀性能与铸铁基体的表面粗糙度、离子镀层的表面特征、镀膜过程中工件负偏压及镀层厚度密切相关。采用屏蔽离子镀可以有效地减少膜层表面的微颗粒及微缺陷,从而改善材料的抗空蚀性能。当基片负偏压为300V而膜厚为3μm时,硬质膜的抗空蚀性能最佳。