摘要：材料基因组工程能大幅度提高材料研发速度,降低材料研发成本,近年来受到广泛关注。本研究采用高通量制备工艺,结合碳等离子体束流和基片位置的调控,利用自主设计研制的45°双弯曲磁过滤阴极真空电弧设备,沉积了厚度为4.7～183 nm的系列四面体非晶碳(ta-C)薄膜,使用椭偏仪、原子力显微镜、拉曼光谱仪和X射线光电子能谱仪(XPS)表征了厚度对ta-C薄膜表面粗糙度、微结构和原子键态的影响。结果表明:通过碳等离子体束流和基片位置的调控,实现了不同厚度ta-C薄膜的高通量制备。尽管膜厚不同,所制备的ta-C薄膜均具有几乎不变的光滑表面(R_a=(0.38±0.02) nm)和色散值(Disp(G)),说明不同厚度ta-C薄膜的sp^3含量、sp^2团簇尺寸保持相对稳定。XPS结果进一步证实ta-C薄膜的sp3相对含量均维持在(55±5)%。此外,不同厚度ta-C薄膜的光学带隙E_(opt)均保持在(1.02±0.08)eV。相关结果为设计制备结构和光学性能可控的不同厚度ta-C薄膜提供了一种新思路。

摘要：飞机在沙漠等恶劣环境中服役,空气中的固体颗粒在高速气流作用下对叶片表面产生高速冲击。为提高钛合金叶片的抗冲蚀性能,采用掠角磁控溅射技术制备复合zigzag结构CrN涂层(简称CrN-zigzag),并利用掠角X射线衍射仪(GIXRD)、扫描电子显微镜(SEM)、划痕测试系统(CSM Revetest)、白光干涉仪、纳米压痕仪、冲蚀设备等表征涂层的成分、组织结构、力学性能和冲蚀性能。研究结果表明,CrN-zigzag涂层组织致密呈现柱状结构,厚度约为3.7μm,纳米硬度达到(19.2±2)GPa,具有良好的膜基结合强度(>48 N)。相比于常规CrN涂层,CrN-zigzag涂层在90°冲蚀角度下的抗冲蚀性能提高了57.67%。CrN涂层表现为明显的脆性失效特征,CrN-zigzag涂层表现为明显的脆性和韧性失效双特征,符合变形磨损理论和二次冲蚀理论。CrN-zigzag涂层在砂砾冲蚀试验中表现出良好的抗冲蚀性能主要归因于其特有的zigzag晶界取向设计,提高了材料的损伤容限。

摘要：近年来,研究学者发现在沉积过程中,某些金属元素掺杂类金刚石薄膜时能够形成一种特殊的自组织分层纳米结构,这种纳米结构克服了人为调控多层薄膜的工艺复杂性及局限性,同时赋予了薄膜更加优异的性能。主要综述了国内外对金属掺杂类金刚石薄膜中自组织分层结构的影响因素、形成机理等方面的研究现状。详细阐述了金属类型及含量、沉积条件(脉冲频率、基体偏压、气流比、沉积温度、沉积时间)、沉积方法等参数对自组织分层结构的生成及富金属层厚、富碳层厚、层数等尺寸的作用规律。重点介绍了离子重排机理、金属催化机理、强离子辐照诱导机理和靶中毒机理四种自组织分层结构形成机理的特点,并探讨了目前研究工作中存在的一些不足,如自组织分层结构的形成机理尚不清晰。上述四种机理模型均具有一定的局限性,且如何设计工艺参数实现自组织分层结构的内在调控仍是一个科学难点。针对这些问题,提出了自组织分层结构碳基薄膜的未来研究方向。

摘要：设计了金属催化剂Ni/四面体非晶碳(ta-C)/基底三层结构,使用磁过滤阴极真空电弧设备制备了ta-C薄膜,用电子束蒸镀技术制备Ni薄膜,并对其进行快速热处理调控非晶碳转变石墨烯的过程,重点研究了热处理温度对石墨烯生长的影响。结果表明,沉积态的ta-C和Ni层均表面平整、均匀致密,其中Ni薄膜呈(111)晶面择优取向生长,为石墨烯的高质量生长提供了条件。同时,退火温度显著影响了非晶碳的石墨烯转变,当退火温度高于400℃时Ni表面能生成多层石墨烯,在500℃保温15 min可制备出质量较高的多层石墨烯。

摘要：类金刚石涂层(DLC)兼具高硬度、耐摩擦磨损和高化学惰性等优点,是理想的Al合金零部件耐磨防护材料之一。然而受限于Al合金与DLC间力学性能差异大,摩擦工况下承受复杂的耦合载荷作用,易导致涂层剥落失效。通过改变高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS)的电源占空比(2%~10%),设计具有不同结构的Ti过渡层,系统研究Al合金基体上不同过渡层界面结构对DLC力学及摩擦性能的影响。结果表明,随HiPIMS占空比增加,所有Ti过渡层取向从(100)向(002)转变。相比直流磁控溅射Ti过渡层,HiPiMS技术可以降低晶粒尺寸以及提高Ti层致密性,令Ti过渡层具备更强的承载能力,涂层摩擦寿命提升了约4.5倍。沉积具有低(100)择优取向和致密结构的Ti过渡层是实现Al合金表面高性能Ti/DLC涂层的关键,对解决Al合金零部件表面硬质涂层易剥落失效等问题提供了新思路。

摘要：主要综述了海洋环境抗磨蚀防护涂层及技术的发展现状,对比了喷涂、高能束表面改性、物理气相沉积(Physical vapor deposition, PVD)三种常用技术的优劣势,并归纳了不同涂层在海水磨蚀条件下的磨损率和腐蚀电流密度,发现PVD制备的氮/碳基涂层呈现出更优的耐摩擦防腐蚀性能。进一步对海洋环境氮基与碳基抗磨蚀防护涂层的研究成果进行了重点阐述,探讨了组分、过渡层以及多层结构设计等对涂层微结构、力学及磨蚀性能的影响,剖析了涂层在海水磨蚀环境中的失效分析方法和损伤机理。最后,对海洋抗磨蚀防护涂层的未来发展方向进行了思考与展望。

摘要：利用脉冲直流磁控溅射技术研制Ti-B-N涂层,通过降低反应气体N2流量,减少涂层中a-BN(a代表非晶)软质相的含量,增大TiB_(2)靶溅射功率,提高硬质相TiB_(2)的含量,形成nc-(Ti_(2)N,TiB_(2))/a-BN(nc代表纳米晶)纳米复合结构,实现涂层增韧和强化。系统研究了TiB_(2)靶溅射功率对Ti-B-N涂层成分、微观结构和性能的影响,利用EDS、HRTEM、SEM、XRD、纳米压痕仪和划痕测试仪对涂层进行表征和测试,利用球-盘式摩擦磨损试验机测试涂层摩擦学性能。结果表明,随着TiB_(2)靶溅射功率增加,Ti-B-N涂层结构逐渐由nc-Ti_(2)N/a-BN演变成hcp-TiB_(2)/a-BN;Ti-B-N涂层的纳米硬度也逐渐增加,当TiB_(2)靶溅射功率为2.4 kW时,涂层硬度最高,约为33.8 GPa;此时Ti-B-N涂层的摩擦系数和磨损率也最低,分别为0.55和2.1×10^(-4)μm^(3)/(N·μm),涂层耐磨性能最佳。

摘要：目的设计制备用于高速切削难加工材料的长寿命刀具涂层。方法采用三靶磁控共溅射技术,通过改变石墨靶材的溅射功率,调控不同润滑相的配比,制备具有不同C含量的V-Al-C-N纳米复合涂层。利用纳米压痕仪和高温摩擦试验机,对涂层的力学性能和摩擦学性能进行检测。采用透射电镜和扫描电镜观察涂层的显微结构和摩擦磨损表面形貌,并分析其磨损机理。结果制备了具有优异性能的V-Al-C-N纳米复合刀具涂层。当涂层中C原子数分数为29.40%时,涂层的硬度和弹性模量分别高达36.3 GPa和370.5 GPa。在室温(RT)~650℃宽温域范围内,涂层具有稳定、良好的摩擦学性能。RT条件下,涂层中的磨痕很浅,摩擦因数(COF)为0.43;在300℃工作时,对比VAlN涂层,其非晶包裹纳米晶的结构使得掺C后的COF降低了14%,至0.72,磨损机理包含磨粒磨损和氧化磨损;650℃条件下,磨痕出现大量犁沟,大量磨屑在摩擦轨道两侧被压实,此时氧化反应明显加剧,涂层表面生成V_(2)O_(5)润滑相,摩擦因数稳定在0.35。结论采用三靶磁控共溅射技术,在VAlN涂层中引入不同含量的C,可提高其力学性能,并在一定程度上降低涂层的高温摩擦因数。不同温度条件下摩擦因数的变化与涂层的磨损机制有关。

摘要：薄膜与基体间的界面结合性能是决定薄膜性能发挥的关键要素。针对类金刚石薄膜(DLC)在硬质合金上结合力差的问题,采用线性阳极离子束复合磁控溅射技术在硬质合金YG8基体上设计制备了单层W过渡层、WC过渡层、双层W过渡层和三层W过渡层4种不同W过渡层的DLC薄膜,探讨了不同过渡层对DLC薄膜力学和摩擦学性能的影响。结果表明:不同过渡层结构的DLC薄膜结构致密,界面柱状生长随着层数增加及过渡层厚度的降低而打断,有利于改善薄膜的韧性。当为三层W过渡层时,DLC薄膜的断裂韧性达到最大值6.44 MPa·m1/2;与单层W过渡层相比,薄膜硬度有小幅下降,但薄膜内应力降低了55%,且膜/基匹配性更佳,结合强度高达85N,此时薄膜具有较低的摩擦因数和磨损率,表现出比较优异的抗磨减摩性能。

摘要：为深入理解不同工艺参数对阴极电弧制备TiAlN薄膜性质的影响重要性,文中设计了L9(34)正交试验表,研究了基体负偏压、N2流量、阴极弧流对TiAlN沉积速率、表面粗糙度的影响,给出了工艺参数优化组合。结果表明:负偏压对TiAlN薄膜的沉积速率影响最大,其次是N2流量、弧流;对表面粗糙度的影响次序则为N2流量、弧流、负偏压。薄膜沉积速率随N2流量的升高而增大,随负偏压增加先增加后降低,随弧流的增大变化不明显。薄膜表面粗糙度随N2流量的升高逐渐减小,随负偏压的增加而增加,随弧流的增大而增大。