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HiPIMS频率对弧辉复合沉积TiZrN/TiN纳米多层膜微观结构和性能的影响 被引量:1
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作者 魏永强 张晓晓 +5 位作者 张华森 顾艳阳 杨佳乐 蒋志强 韦春贝 钟素娟 《中国表面工程》 北大核心 2025年第5期312-325,共14页
随着先进制造业的快速发展,单元单层氮化物涂层刀具很难满足苛刻工况条件下的高性能要求,通过设计多层结构,可以提高基体材料的硬度、耐摩擦磨损和耐腐蚀等综合性能,提高关键零部件的使用寿命。采用电弧离子镀(Arc ion plating,AIP)和... 随着先进制造业的快速发展,单元单层氮化物涂层刀具很难满足苛刻工况条件下的高性能要求,通过设计多层结构,可以提高基体材料的硬度、耐摩擦磨损和耐腐蚀等综合性能,提高关键零部件的使用寿命。采用电弧离子镀(Arc ion plating,AIP)和高功率脉冲磁控溅射(High power impulse magnetron sputtering,HiPIMS)复合技术,通过调控Hi PIMS频率在M2高速钢基体和单晶Si片上沉积TiZrN/TiN纳米多层膜,探究HiPIMS频率对TiZrN/TiN纳米多层膜微观结构和性能的影响规律。研究发现,HiPIMS频率的增加有助于改善TiZrN/TiN纳米多层薄膜表面质量,降低薄膜表面大颗粒数量,TiZrN/TiN纳米多层薄膜厚度呈先增大后减小趋势。不同HiPIMS频率下制备的TiZrN/TiN纳米多层薄膜均以(220)晶面为择优取向,平均晶粒尺寸为4.01~5.31 nm,膜基结合力等级均为HF1级,硬度均在30 GPa以上,稳定摩擦因数在0.79左右。在HiPIMS频率为600 Hz时,平均晶粒尺寸降低到最小4.01 nm。当HiPIMS频率为800 Hz时,硬度达到最大46.28 GPa,磨损率最小,为1.46×10^(-8)mm^(3)·N^(-1)·mm^(-1),此时薄膜的耐磨损性能较好。当HiPIMS频率为1000 Hz时,自腐蚀电位升高到最大-0.39 V(vs.SCE),自腐蚀电流密度降低到最小0.731μA/cm^(2),薄膜耐腐蚀性能最强,腐蚀速率最低。纳米多层结构提升TiZrN/TiN薄纳米多层薄膜的硬度、摩擦磨损和耐腐蚀性能,为薄膜工艺优化提供了试验依据和技术支撑,具有良好的应用前景。 展开更多
关键词 电弧离子镀(AIP) 高功率脉冲磁控溅射技术(hipims) hipims频率 TiZrN/TiN纳米多层膜 硬度 耐蚀性
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HiPIMS占空比对TiZrN/TiN纳米多层膜结构和性能的影响
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作者 魏永强 张晓晓 +5 位作者 张华森 顾艳阳 刘畅 吕怿东 韦春贝 钟素娟 《中国有色金属学报》 北大核心 2025年第10期3566-3580,共15页
本文采用电弧离子镀(Arc ion plating,AIP)和高功率脉冲磁控溅射(High power impulse magnetron sputtering,HiPIMS)复合方法,通过调控HiPIMS占空比在M2高速钢基体和单晶硅片上沉积TiZrN/TiN纳米多层膜,探究HiPIMS占空比对TiZrN/TiN纳... 本文采用电弧离子镀(Arc ion plating,AIP)和高功率脉冲磁控溅射(High power impulse magnetron sputtering,HiPIMS)复合方法,通过调控HiPIMS占空比在M2高速钢基体和单晶硅片上沉积TiZrN/TiN纳米多层膜,探究HiPIMS占空比对TiZrN/TiN纳米多层膜微观结构和性能的影响规律。结果表明:随着HiPIMS占空比的增加,TiZrN/TiN纳米多层膜表面大颗粒数量呈先减少后增加趋势,同时薄膜厚度呈先减小后增大趋势。随着HiPIMS占空比从2%增加10%,TiZrN/TiN纳米多层膜择优取向从(111)晶面转变为(220)晶面,膜基结合力等级均为HF1级,硬度均在33 GPa以上,稳定摩擦因数在0.79左右。当HiPIMS占空比为2%时,TiZrN/TiN纳米多层膜的磨损率达到最小,为1.73×10^(-8) mm^(3)/(N·mm),薄膜的耐磨损性能最好。当HiPIMS占空比为6%时,TiZrN/TiN纳米多层膜的硬度和弹性模量分别增加到43.73GPa和362.98 GPa,自腐蚀电位可达到-0.39 V(vs SCE),自腐蚀电流密度为0.731μA/cm^(2),薄膜耐腐蚀性能最强,腐蚀速率较低。综合对比可知,HiPIMS占空比为6%,是TiZrN/TiN纳米多层膜制备的最佳工艺参数。 展开更多
关键词 电弧离子镀 高功率脉冲磁控溅射技术 hipims占空比 耐磨性 耐腐蚀性
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偏压对AEG辅助离子渗氮+HiPIMS沉积TiAlSiN涂层组织和力学性能的影响 被引量:1
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作者 曾琨 成永健 +3 位作者 李志荣 胡树兵 罗志明 刘纪元 《材料热处理学报》 北大核心 2025年第1期154-163,共10页
采用AEG(Arc electronic generator)弧光电子发生器辅助渗氮技术在H13(4Cr5MoSiV1)钢表面进行真空离子渗氮,通过X射线衍射仪、扫描电镜和维氏硬度计分析了偏压对渗氮层的微观组织和性能的影响。结果表明:渗氮层的物相主要为含氮马氏体α... 采用AEG(Arc electronic generator)弧光电子发生器辅助渗氮技术在H13(4Cr5MoSiV1)钢表面进行真空离子渗氮,通过X射线衍射仪、扫描电镜和维氏硬度计分析了偏压对渗氮层的微观组织和性能的影响。结果表明:渗氮层的物相主要为含氮马氏体α-Fe(N),随着偏压的增加,α-Fe(N)相向ε-Fe_(3)N相与γ′-Fe_(4)N相转变,渗氮层的厚度也随之增加,直到偏压增加到-600 V时渗氮层被刻蚀下来。在-400 V时,渗氮层的厚度最厚,为90μm,硬度最高约为1300 HV0.1。在-400 V偏压渗氮层的基础上,利用高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术沉积TiAlSiN涂层,采用X射线衍射仪、扫描电镜、划痕仪和纳米硬度计等分析了不同偏压下涂层的组织和性能。结果表明:TiAlSiN涂层基本以TiALN(200)相形式存在,随着偏压的增加,Ti元素的比例会增加;涂层的结合力随着偏压的增加而先增加后下降,在-120 V时,临界载荷LN,C2最高为85 N;TiAlSiN涂层的力学性能(H_(IT)/E_(IT)、H_(IT)^(3)/E_(IT)^(2))随着偏压的增加而先增加后下降,在-90 V时H_(IT)/E_(IT)最高约为0.093,H_(IT)^(3)/E_(IT)^(2)最高约为0.275。 展开更多
关键词 离子渗氮 AEG 偏压 hipims TiAlSiN 力学性能
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HiPIMS制备Cr/Cr_(x)C_(y)梯度过渡层对DLC薄膜结构及性能的影响 被引量:1
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作者 滑利强 苏峰华 +1 位作者 李吉 林松盛 《表面技术》 北大核心 2025年第1期62-73,共12页
目的探究高功率脉冲磁控溅射功率制备Cr/Cr_(x)C_(y)梯度过渡层对DLC薄膜性能的影响,以制备具有优良结合强度、摩擦磨损性能和耐腐蚀性能的DLC薄膜。方法利用高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)和直流磁控溅射(DCMS)在304不锈钢和YG6硬质合金... 目的探究高功率脉冲磁控溅射功率制备Cr/Cr_(x)C_(y)梯度过渡层对DLC薄膜性能的影响,以制备具有优良结合强度、摩擦磨损性能和耐腐蚀性能的DLC薄膜。方法利用高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)和直流磁控溅射(DCMS)在304不锈钢和YG6硬质合金表面制备具有Cr/Cr_(x)C_(y)梯度过渡层的DLC薄膜,研究不同HiPIMS电源功率下制备的Cr/Cr_(x)C_(y)过渡层对DLC薄膜的结构和性能的影响。采用SEM、AFM对薄膜的表面、截面形貌进行观察。利用UMT-Tribolab摩擦磨损划痕实验机测试薄膜的膜基结合强度和摩擦磨损性能,利用光学显微镜观察划痕,并测算结合力,分析磨损机制。利用电化学工作站对制备的DLC薄膜进行耐腐蚀试验。结果随着HiPIMS电源功率的提升,Cr/Cr_(x)C_(y)梯度过渡层的厚度随之增加,最厚为200 nm,薄膜的表面粗糙度随之下降,由对照组S1的4.69 nm降至S5的1.15 nm。薄膜的纳米硬度出现逐渐升高的现象,由S1的18.76 GPa升至S5的23.77 GPa。薄膜的膜基结合力表现出先减小后增大的趋势,S5组样品的膜基结合力最大,为22.19 N。薄膜的摩擦因数随着HiPIMS功率的升高而降低,最低为S5组的0.0322,对应薄膜的磨损率为4.2×10^(−7)mm^(3)/(N·m)。电化学试验结果表明,当HiPIMS电源功率为2.4 kW时,所制备的DLC薄膜具有最低的腐蚀电流密度和最高的界面电荷转移电阻,其耐腐蚀性能最优。结论利用高功率脉冲磁控溅射技术制备DLC薄膜的Cr/Cr_(x)C_(y)梯度过渡层可以有效提高薄膜的表面质量,提高薄膜的膜基结合力,降低薄膜的残余应力,同时降低薄膜的摩擦因数,提高薄膜的耐磨性。采用HiPIMS制备的Cr/Cr_(x)C_(y)梯度过渡层DLC薄膜具有较低的腐蚀电流密度和较高的界面电荷转移电阻,其耐腐蚀性能得到提升。 展开更多
关键词 hipims DLC薄膜 摩擦学性能 过渡层 耐磨性 耐腐蚀性能
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HiPIMS溅射AlCrN涂层结构对抗铝黏着性能的影响
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作者 秦亚东 高方圆 +1 位作者 许亿 夏原 《中国表面工程》 北大核心 2025年第1期216-227,共12页
一体化压铸模具在汽车产业轻量化和节能环保政策的背景下应时而生,在服役过程中受到高温、高速铝液冷热交替作用,传统的表面处理技术不能满足如此苛刻的服役条件,采用Hi PIMS技术制备Al Cr N涂层是提升一体化压铸模具表面抗铝黏着性能... 一体化压铸模具在汽车产业轻量化和节能环保政策的背景下应时而生,在服役过程中受到高温、高速铝液冷热交替作用,传统的表面处理技术不能满足如此苛刻的服役条件,采用Hi PIMS技术制备Al Cr N涂层是提升一体化压铸模具表面抗铝黏着性能的重要措施之一。基于等离子体发射光谱(OES),采用高能脉冲磁控溅射(Hi PIMS)技术在不同的N_(2)/Ar流量比下制备具有致密结构的高性能AlCrN涂层。利用数字示波器、高压探针、电流探针和等离子体发射监测器开展Hi PIMS放电特征和时间平均的OES光谱研究,采用X射线衍射仪和扫描电镜分析涂层的晶相结构、晶粒尺寸及表面截面形貌,采用纳米压痕仪测试薄膜的纳米硬度和弹性模量。设计进行抗铝黏着测试来观测涂层在铝液中的行为。结果表明,随着N_(2)/Ar流量比的增加,Hi PIMS下的峰值电流随之升高,峰值功率密度也随之升高;沉积速率先增大后降低;涂层的晶粒尺寸和微观结构也会出现明显变化;成膜环境出现大量的离子态,CrⅡ、AlⅡ、NⅡ的强度明显提升,且CrⅡ/CrⅠ强度上升,说明离化率也会随之上升;涂层结构随着N_(2)/Ar流量的变化主要呈现三种状态:非晶结构、hcp-AlN与fcc-AlCrN混合相、单一fcc-AlCrN相,实验中涂层氮含量始终保持较高水平且随着N_(2)/Ar流量比整体呈上升趋势,并最终在fcc-AlCrN结构中接近化学计量组成;在最高的N_(2)/Ar流量下制备出择优取向为(220)的fcc-AlCrN相涂层,具有最高的硬度和弹性模量,同时有着最高的H/E与H^(3)/E^(2)比值。在抗铝黏着测试中此结构也表现出无铝黏附的良好特性,且涂层相结构和成分均无明显变化,fcc-AlCrN结构在铝液中的稳定性是表现优异出抗铝黏着性能的关键。通过改变N_(2)/Ar流量比制备出高性能AlCrN涂层,给出提升一体化压铸模具表面抗铝黏着性能的可能性。 展开更多
关键词 hipims AlCrN涂层 氮氩流量比 光学发射光谱 铝液腐蚀
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偏压对HiPIMS制备DLC薄膜结构与性能的影响 被引量:1
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作者 吴勇 刘书洋 +3 位作者 陈辉 陶冠羽 杜建融 张钰 《金属热处理》 北大核心 2025年第5期228-235,共8页
采用高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术,在硬质合金YG8基体表面沉积TiAlSiN过渡层,并在0~-300 V的偏压下制备了类金刚石(DLC)薄膜。利用Raman光谱、XPS、SEM表征薄膜的组织结构与微观形貌,采用纳米压痕、划痕法、摩擦磨损试验研究薄膜的... 采用高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术,在硬质合金YG8基体表面沉积TiAlSiN过渡层,并在0~-300 V的偏压下制备了类金刚石(DLC)薄膜。利用Raman光谱、XPS、SEM表征薄膜的组织结构与微观形貌,采用纳米压痕、划痕法、摩擦磨损试验研究薄膜的力学性能。结果表明,随着负偏压的增加,DLC薄膜的I_(D)/I_(G)值先减小后增大,G峰半高宽先增大后减小,-200 V制备的薄膜I_(D)/I_(G)值最小、G峰半高宽最大,sp^(3)键含量最高,达到58.0%。不同偏压下DLC薄膜的截面形貌均无明显柱状结构,特别是偏压为-200 V与-300 V时,薄膜呈现致密的类玻璃态结构。不同偏压下薄膜的硬度(H)、相对弹性模量(E^(*))、H/E^(*)、H^(3)/E^(*2)与sp^(3)含量变化趋势基本一致,偏压为-200 V时,薄膜的综合力学性能最佳,硬度与相对弹性模量分别为23.91 GPa与260.45 GPa,H/E^(*)与H^(3)/E^(*2)分别为0.0918与0.2016 GPa。不同偏压下DLC薄膜的划痕形貌表明,-100 V与-200 V制备的DLC薄膜表现出优异的结合强度,临界载荷L_(c2)≥80 N。摩擦试验表明,DLC薄膜具有优异的摩擦学性能。特别是-200 V下沉积的DLC薄膜具有最低的平均摩擦因数与最低的磨损率,分别为0.09与5.75×10^(-16) m^(3)/(N·m)。 展开更多
关键词 高功率脉冲磁控溅射(hipims) 类金刚石薄膜 基体偏压 组织结构 力学性能
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氧等离子体处理对HiPIMS制备Cr涂层耐蚀性能的影响 被引量:1
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作者 张美琪 董宇峰 +6 位作者 程勇 谭诗瑶 王丽 王应泉 柯培玲 王振玉 汪爱英 《中国表面工程》 CSCD 北大核心 2024年第6期236-246,共11页
金属Cr涂层因抗氧化、耐腐蚀、抗磨损、色泽明亮等,在严苛环境防护和功能装饰领域应用广泛。但物理气相沉积(PVD)技术沉积的Cr涂层多以贯穿性柱状晶生长,耐腐蚀性能差,是科学界与产业界共同关注的难点挑战。与现有异质多层结构优化不同... 金属Cr涂层因抗氧化、耐腐蚀、抗磨损、色泽明亮等,在严苛环境防护和功能装饰领域应用广泛。但物理气相沉积(PVD)技术沉积的Cr涂层多以贯穿性柱状晶生长,耐腐蚀性能差,是科学界与产业界共同关注的难点挑战。与现有异质多层结构优化不同,采用高离化高功率脉冲磁控溅射(Hi PIMS)同步脉冲偏压技术,在316不锈钢基体表面沉积Cr涂层,通过不同周期氧等离子体处理改性,于涂层内形成Cr/Cr(O)多层结构,并进行研究。利用扫描电子显微镜(SEM)、扫描探针显微镜(SPM)、X射线衍射(XRD)、能谱仪(EDS)、X射线光电子能谱仪(XPS)等方法,表征涂层的相结构、表面粗糙度、表面/截面形貌、元素分布及化学键。利用Gamry电化学工作站和恒温盐雾腐蚀测试,研究涂层耐蚀性能。结果表明,氧等离子体处理不改变Cr涂层的体心立方结构,但能够打断涂层柱状晶贯穿生长,使涂层表面更加光滑;经过两次等离子体处理的Cr涂层表面粗糙度约为未处理涂层的1/4,腐蚀电流密度较未处理涂层降低了一个数量级,72 h盐雾腐蚀后未探测到基体腐蚀粒子。该方法为解决PVD技术制备高性能耐腐蚀Cr涂层提供了新思路。 展开更多
关键词 Cr涂层 高功率脉冲磁控溅射(hipims) 盐雾腐蚀 电化学腐蚀
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退火温度对HiPIMS沉积铂热电阻薄膜TCR系数的影响 被引量:1
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作者 何晓韬 罗筠龙 +2 位作者 潘子常 王启民 吴正涛 《传感器世界》 2024年第10期1-6,共6页
传统直流磁控溅射(DC Magnetron Sputtering,DCMS)沉积金属薄膜时离化率较低,随着薄膜科学技术以及市场对薄膜材料质量的需求提高,对材料沉积时的离化率要求也更加高。高功率脉冲磁控溅射(High Power Impulse Magnetron Sputtering,HiPI... 传统直流磁控溅射(DC Magnetron Sputtering,DCMS)沉积金属薄膜时离化率较低,随着薄膜科学技术以及市场对薄膜材料质量的需求提高,对材料沉积时的离化率要求也更加高。高功率脉冲磁控溅射(High Power Impulse Magnetron Sputtering,HiPIMS)是一项能在沉积时提供高电离率的技术。文章采用HiPIMS技术制备铂薄膜,并比较了HiPIMS不同脉宽和DCMS技术下沉积的铂薄膜的微观结构以及电学性能,然后在不同温度下退火处理进行比较分析。使用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscopy,SEM)、X射线衍射(X-Ray Diffraction,XRD)和油浴测试对铂薄膜的表截面形貌、晶体生长取向和电阻温度系数(Temperature Coefficient of Resistance,TCR)进行表征与测试。通过HiPIMS方法制备的铂薄膜退火后薄膜更加均匀、致密,缺陷更少,并且将150μs脉宽下HiPIMS沉积的铂薄膜进行1150℃的退火后,测得的TCR最大,TCR值达到-3.872×10^(-3)℃。 展开更多
关键词 hipims 铂薄膜 热电阻 电阻温度系数
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HiPIMS制备Cr/CrCN多层涂层的结构及耐腐蚀性能研究
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作者 谭诗瑶 王丽 +4 位作者 张美琪 王振玉 王应泉 汪爱英 柯培玲 《材料保护》 CAS CSCD 2024年第7期43-51,共9页
PVD方法沉积的Cr涂层因耐腐蚀性能较差而难以大规模应用,利用复合多层膜层结构设计能打断贯穿性柱状晶生长,减小孔隙率,提高PVD沉积Cr涂层的耐蚀性。采用高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)耦合同步脉冲偏压技术,在316L不锈钢基体表面沉积Cr/C... PVD方法沉积的Cr涂层因耐腐蚀性能较差而难以大规模应用,利用复合多层膜层结构设计能打断贯穿性柱状晶生长,减小孔隙率,提高PVD沉积Cr涂层的耐蚀性。采用高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)耦合同步脉冲偏压技术,在316L不锈钢基体表面沉积Cr/CrCN多层涂层。利用SEM、XRD、EDS和Raman表征了涂层的形貌、组成与组织结构,采用电化学测试、酸性盐雾测试研究了4种不同甲烷流量下(5,15,25,35 sccm)制备的Cr/CrCN多层涂层的耐腐蚀性能。结果表明:引入CrCN中间层有效打断了柱状晶的贯穿性生长,涂层表现出致密平整的表面形貌;4种Cr/CrCN多层涂层均对基体具有较好的保护作用,涂层改性样品相比基体的腐蚀电流密度下降;酸性盐雾腐蚀48 h后,通入甲烷流量为25 sccm的多层涂层表面未出现明显的孔蚀现象,表现出最优异的耐腐蚀性能。HiPIMS制备Cr/CrCN多层涂层能够有效提高316L不锈钢的耐腐蚀性能,可为PVD镀Cr涂层的耐蚀性能优化设计和工业化应用提供参考。 展开更多
关键词 Cr/CrCN hipims 复合多层涂层 耐腐蚀性
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Influence of Microstructure and Stress State on Service Performance of TiN Coatings Deposited by Dual-Stage HIPIMS
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作者 Hao Juan Wang Baichuan +5 位作者 Ding Yuhang Yang Chao Jiang Bailing Wang Ziyi Wang Donghong Dong Dan 《稀有金属材料与工程》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期3299-3305,共7页
TiN coatings were prepared by the novel dual-stage high power impulse magnetron sputtering(HIPIMS)technique under different deposition time conditions,and the effects of microstructure and stress state at different co... TiN coatings were prepared by the novel dual-stage high power impulse magnetron sputtering(HIPIMS)technique under different deposition time conditions,and the effects of microstructure and stress state at different coating growth stages on the mechanical,tribological,and corrosion resistance performance of the coatings were analyzed.Results show that with the prolongation of deposition time from 30 min to 120 min,the surface structure of TiN coating exhibits a round cell structure with tightly doped small and large particles,maintaining the atomic stacking thickening mechanism of deposition-crystallization-growth.When the deposition time increases from 90 min to 120 min,the coating thickness increases from 3884 nm to 4456 nm,and the stress state of coating undergoes the compression-tension transition.When the deposition time is 90 min,TiN coating structure is dense and suffers relatively small compressive stress of−0.54 GPa.The coating has high hardness and elastic modulus,which are 27.5 and 340.2 GPa,respectively.Meanwhile,good tribological properties(average friction coefficient of 0.52,minimum wear rate of 1.68×10^(−4)g/s)and fine corrosion resistance properties(minimum corrosion current density of 1.0632×10^(−8)A·cm^(−2),minimum corrosion rate of 5.5226×10^(−5)mm·A^(−1))can also be obtained for the coatings. 展开更多
关键词 dual-stage hipims TiN coatings STRESS service performance
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HiPIMS制备高性能TiCN涂层
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作者 陈亚奋 王晓琴 惠瑜 《金属加工(冷加工)》 2024年第1期73-75,80,共4页
通过HiPIMS技术制备高硬度低摩擦系数的TiCN涂层,极大地提升了丝锥涂层的使用寿命。通过试验验证不同C含量对涂层硬度和摩擦系数以及刀具寿命的影响。
关键词 hipims TiCN涂层 微观结构 力学性能 摩擦磨损 丝锥
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HiPIMS室温溅射晶态氧化铝薄膜的粒子能量调控 被引量:2
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作者 高方圆 许亿 +2 位作者 李国栋 李光 夏原 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期246-253,共8页
晶态氧化铝薄膜与非晶态相比,具有更加优良的力学性能和宽波段光学透过性能。基于等离子体发射光谱(OES)反馈控制方法(PEM),引入高能脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术,实现了室温条件下晶态γ-Al_(2)O_(3)薄膜的快速制备。采用高压探针、电流... 晶态氧化铝薄膜与非晶态相比,具有更加优良的力学性能和宽波段光学透过性能。基于等离子体发射光谱(OES)反馈控制方法(PEM),引入高能脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术,实现了室温条件下晶态γ-Al_(2)O_(3)薄膜的快速制备。采用高压探针、电流探针传感器和数字示波器监测HiPIMS的放电特性,采用等离子体发射监测器进行时间平均的OES研究,采用X射线衍射仪和扫描电镜分析薄膜的晶相结构、晶粒尺寸及断面形貌,采用纳米压痕仪测试薄膜的纳米硬度和模量。结果表明,HiPIMS条件下的成膜环境出现大量的离子态,主要包括AlⅡ、ArⅡ甚至高价态粒子OⅣ参与反应。随着溅射电压由650V增加至800 V,晶粒逐渐细化,由18 nm减小到8 nm,同时沉积速率从27 nm/min增加到55 nm/min。基体偏压对薄膜的沉积速率,微结构以及力学性能等方面均有显著的影响。随着基体偏压的增加,γ-Al_(2)O_(3)的择优取向由(422)转变为(311),薄膜在偏压U_(s)=-100 V条件下获得了最高硬度19.3 GPa。通过对成膜粒子能量的设计与调控,进一步优化了薄膜的结构和性能,为功能薄膜氧化铝的大规模产业化奠定良好的应用基础。 展开更多
关键词 hipims 氧化铝薄膜 室温 晶化诱导 能量调控
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HiPIMS制备TiB_(2)、TiBN涂层及其等离子体性质 被引量:2
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作者 吴正涛 叶榕礼 +1 位作者 李海庆 王启民 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期228-235,共8页
高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)沉积制备TiB_(x)时,涂层化学计量比x随HiPIMS脉冲宽度的减小而降低。采用原位等离子体质谱仪研究TiB_(x)涂层的沉积等离子体性质,采用弹性反冲探测分析技术测量涂层元素组成,采用X射线衍射分析涂层相结构,采... 高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)沉积制备TiB_(x)时,涂层化学计量比x随HiPIMS脉冲宽度的减小而降低。采用原位等离子体质谱仪研究TiB_(x)涂层的沉积等离子体性质,采用弹性反冲探测分析技术测量涂层元素组成,采用X射线衍射分析涂层相结构,采用X射线光电子能谱研究涂层键价结构,通过纳米压痕仪测试涂层力学性能。结果表明,减小HiPIMS脉冲宽度后出现气体稀释效应,加之Ti的一次离化能低于B,即Ti优先B发生离化,导致Ti^(+)/B^(+)离子束流比增大,从而降低TiB_(x)涂层化学计量比x,揭示了TiB_(x)涂层化学计量比演变机制。此外,在短HiPIMS脉冲宽度溅射TiB_(2)靶材条件下,引入N_(2)气体,当N_(2)流量为10 mL/min、HiPIMS脉冲宽度为30μs时,成功制备出具有纳米晶TiN、TiB_(2)复合结构特征的新型TiBN涂层,此TiBN涂层硬度及弹性模量分别为37.5 GPa、300 GPa,为具有优异力学性能纳米复合涂层的设计制备提供实验和理论指导。 展开更多
关键词 hipims TiBN 纳米复合 等离子体 离化能
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HiPIMS的放电特性及其对薄膜结构和性能的调控 被引量:1
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作者 李坤 高岗 +5 位作者 杨磊 夏菲 孙春强 滕祥青 张宇民 朱嘉琦 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期42-55,共14页
磁控溅射过程中的等离子体密度和离化率这些等离子体微观放电特性强烈影响着沉积薄膜的微观结构和性能,高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS)凭借其较高的溅射粒子离化率的优势引起了广泛的研究和关注。为了探究HiPIMS的高离化率的产生原因... 磁控溅射过程中的等离子体密度和离化率这些等离子体微观放电特性强烈影响着沉积薄膜的微观结构和性能,高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS)凭借其较高的溅射粒子离化率的优势引起了广泛的研究和关注。为了探究HiPIMS的高离化率的产生原因和过程,掌握高功率脉冲磁控溅射技术对薄膜微观结构和性能的调控规律,从一般的磁控溅射技术原理出发,分析HiPIMS高离化率的由来及其与DC磁控溅射相比的技术优势,着重总结HiPIMS的宏观放电特点和微观等离子体特性;总结梳理近几年HiPIMS在硬质膜和透明导电薄膜领域的应用研究,明晰HiPIMS对薄膜微观晶体结构的影响及其对薄膜的力学、光电性能等的调控规律及其优势。HiPIMS独特的等离子体-靶相互作用,可以有效改善薄膜结晶特性,实现对光电性能的可控调控。 展开更多
关键词 磁控溅射 高功率脉冲磁控溅射技术(hipims) 离化率 硬质膜 透明导电薄膜
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HiPIMS沉积光电薄膜研究进展:放电特性和参数调控
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作者 张海宝 刘洋 陈强 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期93-104,共12页
高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术具有离化率高、等离子体密度高、沉积温度低、薄膜结构致密等优点,与沉积超硬耐磨涂层相比,HiPIMS技术在光电薄膜沉积中的应用相对较少,且HiPIMS镀膜过程中涉及工艺参数较多,工艺参数的选择直接影响着沉... 高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术具有离化率高、等离子体密度高、沉积温度低、薄膜结构致密等优点,与沉积超硬耐磨涂层相比,HiPIMS技术在光电薄膜沉积中的应用相对较少,且HiPIMS镀膜过程中涉及工艺参数较多,工艺参数的选择直接影响着沉积薄膜的结构和性能。基于这两个问题,系统梳理HiPIMS在光电薄膜沉积中放电的时空演变特性,重点介绍HiPIMS技术在光电薄膜沉积过程中的关键工艺参数,包括峰值功率密度、衬底材料、掺杂、偏置电压等,对薄膜结构和性能的影响规律,最后展望HiPIMS技术在光电薄膜沉积中的应用前景与发展趋势。 展开更多
关键词 高功率脉冲磁控溅射(hipims) 光电薄膜 等离子体 放电特性 参数调控
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HiPIMS电源的设计基础及研究进展
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作者 巩春志 吴厚朴 +1 位作者 胡天时 田修波 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期1-9,共9页
作为高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术的核心组成部分,HiPIMS电源在很大程度上决定着HiPIMS技术的研究进展和应用潜能。关于HiPIMS电源的研究整体上可以分为三个部分,分别是AC-DC功率变换器的研究、DC-DC功率变换器的研究以及HiPIMS功率... 作为高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术的核心组成部分,HiPIMS电源在很大程度上决定着HiPIMS技术的研究进展和应用潜能。关于HiPIMS电源的研究整体上可以分为三个部分,分别是AC-DC功率变换器的研究、DC-DC功率变换器的研究以及HiPIMS功率负载的研究。其中,功率变换器是HiPIMS电源的直流供电端,技术特征依赖于脉冲电源共性技术,而功率负载部分则与HiPIMS放电模式相互影响。在综述脉冲电源的核心技术高动态响应、低输入电流纹波、高电压增益、高性能功率校正因数等研究现状的基础上,进一步总结基于HiPIMS放电特性的脉冲功率负载设计的研究现状,并展望HiPIMS电源亟待解决的关键问题,最终得出大功率HiPIMS电源需要从电力电子技术和等离子体物理技术两方面同步开展研究,指出基于真空等离子体物理特性的复合脉冲放电技术,将成为HiPIMS电源技术跳跃发展的必由之路。通过HiPIMS电源的设计基础及研究进展,为HiPIMS电源的进一步发展提供一定参考。 展开更多
关键词 hipims电源 功率变换器 功率负载
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HiPIMS占空比对Al合金表面Ti/DLC涂层力学和摩擦性能的影响 被引量:12
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作者 魏晨阳 白琴 +4 位作者 郭鹏 柯培玲 王振玉 李昊 汪爱英 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期77-88,共12页
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... 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。 展开更多
关键词 AL合金 Ti/DLC涂层 hipims 择优取向 致密性 摩擦磨损行为
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HIPIMS技术制备CrN及CrAlN涂层的性能 被引量:9
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作者 朱宇杰 马景灵 +2 位作者 王广欣 秦聪慧 Heinz Rolf Stock 《材料热处理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期127-135,共9页
用高能脉冲靶和双极脉冲靶共溅射的方式,采用高功率脉冲磁控溅射技术(HIPIMS)在高速钢基片(W18Cr4V)上制备了CrN涂层和CrAlN涂层((H+B)CrN、(H+B)CrAlN);同时采用第四代电弧离子镀技术(ARC evaporators)在高速钢基片上制备了CrN涂层和Cr... 用高能脉冲靶和双极脉冲靶共溅射的方式,采用高功率脉冲磁控溅射技术(HIPIMS)在高速钢基片(W18Cr4V)上制备了CrN涂层和CrAlN涂层((H+B)CrN、(H+B)CrAlN);同时采用第四代电弧离子镀技术(ARC evaporators)在高速钢基片上制备了CrN涂层和CrAlN涂层(ARC CrN、ARC CrAlN)。采用划痕试验、X射线衍射、扫描电镜和电化学腐蚀测试等研究了涂层的形貌和性能。结果表明:共溅射制备的涂层膜基结合力更强,临界载荷最高可达到72.2 N,表面晶粒更细小,缺陷少,横截面组织致密;同时该方法制备的CrAlN((H+B)CrAlN)涂层的高温抗氧化性能最佳;共溅射制备的涂层的耐腐蚀性能比电弧离子镀制备的涂层更好。 展开更多
关键词 高功率脉冲磁控溅射技术(hipims) 共溅射 CRN CRALN 膜基结合力 耐腐蚀性
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HiPIMS技术低温沉积CrN薄膜结构及性能研究 被引量:3
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作者 贵宾华 周晖 +3 位作者 郑军 杨拉毛草 张延帅 汪科良 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期199-208,共10页
目的实现性能优异的CrN薄膜在低温沉积条件下的可控制备。方法利用高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS),通过调控脉冲放电波形(可调控脉冲放电模式-MPP、双极脉冲放电模式-BPH)制备了系列低温沉积工艺下的CrN薄膜。选用X射线衍射仪(XRD)、... 目的实现性能优异的CrN薄膜在低温沉积条件下的可控制备。方法利用高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS),通过调控脉冲放电波形(可调控脉冲放电模式-MPP、双极脉冲放电模式-BPH)制备了系列低温沉积工艺下的CrN薄膜。选用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)、纳米硬度测试仪及球盘摩擦试验仪表征了Cr N薄膜的组织结构、微观形貌、摩擦学性能。结果相对于传统的直流磁控溅射技术(DCMS),Hi PIMS具备高溅射材料离化率,偏压作用下产生的荷能离子对成膜表面的持续轰击作用,有效提升了低温沉积条件下成膜粒子的表面迁移能,显著抑制了贯穿柱状晶的连续生长,达到了细化晶粒,改善薄膜致密性的目的。BPH模式下沉积的薄膜表面光滑致密,表面粗糙度可达4.6 nm。细晶强化作用及薄膜致密性提升使得BPH模式下制备的Cr N薄膜硬度最高,可达(15.6±0.8)GPa。此外,BPH模式下沉积的CrN薄膜具备最为优异的摩擦学性能,摩擦系数低(~0.3)且运行平稳,并且在高速及重载作用下,仍能表现出优异的摩擦磨损性能。结论HiPIMS技术中的双极脉冲放电模式可显著提升沉积粒子表面迁移能,提升Cr N薄膜沉积反应动力学过程,实现低温条件下性能优异的Cr N薄膜的可控制备。 展开更多
关键词 hipims 磁控溅射 可调控脉冲放电模式 双极脉冲放电模式 基体偏压 沉积温度 组织结构
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HiPIMS复合热处理制备高纯Ti_(2)AlC MAX相涂层 被引量:2
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作者 周定伟 李忠昌 +4 位作者 王振玉 马冠水 柯培玲 胡晓君 汪爱英 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期236-245,共10页
Ti_(2)AlC MAX相涂层是一类兼具金属和陶瓷特性的具有密排六方结构的高性能陶瓷涂层,在电接触、高温防护、宽温域摩擦等领域具有广阔的应用前景。然而MAX相涂层的成相成分窗口窄,性能受杂质相影响大,实现高纯、致密Ti_(2)AlC MAX相涂层... Ti_(2)AlC MAX相涂层是一类兼具金属和陶瓷特性的具有密排六方结构的高性能陶瓷涂层,在电接触、高温防护、宽温域摩擦等领域具有广阔的应用前景。然而MAX相涂层的成相成分窗口窄,性能受杂质相影响大,实现高纯、致密Ti_(2)AlC MAX相涂层的制备目前仍存在挑战。考虑沉积气压与溅射等离子体能量密切相关,采用高功率脉冲复合直流磁控溅射技术在钛合金基体上制备了TiAl/Ti-Al-C涂层,经后续热处理退火得到高纯Ti_(2)AlC MAX相涂层,重点研究不同沉积气压对涂层退火前后的成分、微观结构以及力学性能的影响和作用机制。结果表明,随着气压不断增大,沉积态涂层厚度先增加后减少。其中低沉积气压下沉积态涂层退火后,结构中除了Ti_(2)AlC MAX相外,还含有一定量杂质相;而在高气压下沉积态涂层退火后几乎全部转变为Ti_(2)AlC MAX相,呈现高纯、表面光滑致密的MAX相涂层特征。相较于沉积态涂层,退火后的涂层硬度变化不大,但由于生成了Ti_(2)AlC MAX相,涂层弹性模量有所提高。 展开更多
关键词 高功率脉冲磁控溅射技术(hipims) MAX相 Ti_(2)AlC 热处理 力学性能
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