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Synthesis and properties of Cr-Al-Si-N films deposited by hybrid coating system with high power impulse magnetron sputtering (HIPIMS) and DC pulse sputtering 被引量:12
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作者 Min Su KANG Tie-gang WANG +2 位作者 Jung Ho SHIN Roman NOWAK Kwang Ho KIM 《中国有色金属学会会刊:英文版》 CSCD 2012年第S3期729-734,共6页
The CrN and Cr-Al-Si-N films were deposited on Si wafer and SUS 304 substrates by a hybrid coating system with high power impulse magnetron sputtering (HIPIMS) and a DC pulse sputtering using Cr and AlSi targets under... The CrN and Cr-Al-Si-N films were deposited on Si wafer and SUS 304 substrates by a hybrid coating system with high power impulse magnetron sputtering (HIPIMS) and a DC pulse sputtering using Cr and AlSi targets under N2/Ar atmosphere.By varying the sputtering current of the AlSi target in the range of 0-2.5 A,both the Al and Si contents in the films increased gradually from 0 to 19.1% and 11.1% (mole fraction),respectively.The influences of the AlSi cathode DC pulse current on the microstructure,phase constituents,mechanical properties,and oxidation behaviors of the Cr-Al-Si-N films were investigated systematically.The results indicate that the as-deposited Cr-Al-Si-N films possess the typical nanocomposite structure,namely the face centered cubic (Cr,Al)N nano-crystallites are embedded in the amorphous Si3N4 matrix.With increasing the Al and Si contents,the hardness of the film first increases from 20.8 GPa for the CrN film to the peak value of 29.4 GPa for the Cr0.23Al0.14Si0.07 N film,and then decreases gradually.In the meanwhile,the Cr0.23Al0.14Si0.07N film also possesses excellent high-temperature oxidation resistance that is much better than that of the CrN film at 900 or 1000 °C. 展开更多
关键词 Cr-Al-Si-N film high power impulse magnetron sputtering DC pulsed sputtering high-temperature oxidation resistance
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Microstructure and Properties of the Cr–Si–N Coatings Deposited by Combining High-Power Impulse Magnetron Sputtering(HiPIMS) and Pulsed DC Magnetron Sputtering 被引量:2
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作者 Tie-Gang Wang Yu Dong +3 位作者 Belachew Abera Gebrekidan Yan-Mei Liu Qi-Xiang Fan Kwang Ho Kim 《Acta Metallurgica Sinica(English Letters)》 SCIE EI CAS CSCD 2017年第7期688-696,共9页
The Cr–Si–N coatings were prepared by combining system of high-power impulse magnetron sputtering and pulsed DC magnetron sputtering. The Si content in the coating was adjusted by changing the sputtering power of th... The Cr–Si–N coatings were prepared by combining system of high-power impulse magnetron sputtering and pulsed DC magnetron sputtering. The Si content in the coating was adjusted by changing the sputtering power of the Si target.By virtue of electron-probe microanalysis, X-ray diffraction analysis and scanning electron microscopy, the influence of the Si content on the coating composition, phase constituents, deposition rate, surface morphology and microstructure was investigated systematically. In addition, the change rules of micro-hardness, internal stress, adhesion, friction coefficient and wear rate with increasing Si content were also obtained. In this work, the precipitation of silicon in the coating was found.With increasing Si content, the coating microstructure gradually evolved from continuous columnar to discontinuous columnar and quasi-equiaxed crystals; accordingly, the coating inner stress first declined sharply and then kept almost constant. Both the coating hardness and the friction coefficient have the same change tendency with the increase of the Si content, namely increasing at first and then decreasing. The Cr–Si–N coating presented the highest hardness and average friction coefficient for an Si content of about 9.7 at.%, but the wear resistance decreased slightly due to the high brittleness.The above phenomenon was attributed to a microstructural evolution of the Cr–Si–N coatings induced by the silicon addition. 展开更多
关键词 Cr–Si–N coating high-power impulse magnetron sputteringhipims Pulsed DC magnetron sputtering Mechanical property Friction coefficient
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Effect of frequency and pulse-on time of high power impulse magnetron sputtering on deposition rate and morphology of titanium nitride using response surface methodology 被引量:7
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作者 Saeed GHASEMI Ali Reza FARHADIZADEH Hamid GHOMI 《Transactions of Nonferrous Metals Society of China》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第12期2577-2590,共14页
Titanium nitride thin films were deposited on silicon by high power impulse magnetron sputtering(HiPIMS)method at different frequencies(162-637 Hz)and pulse-on time(60-322μs).Response surface methodology(RSM)was empl... Titanium nitride thin films were deposited on silicon by high power impulse magnetron sputtering(HiPIMS)method at different frequencies(162-637 Hz)and pulse-on time(60-322μs).Response surface methodology(RSM)was employed to study the simultaneous effect of frequency and pulse-on time on the current waveforms and the crystallographic orientation,microstructure,and in particular,the deposition rate of titanium nitride at constant time and average power equal to 250 W.The crystallographic structure and morphology of deposited films were analyzed using XRD and FESEM,respectively.It is found that the deposition rate of HiPIMS samples is tremendously dependent on pulse-on time and frequency of pulses where the deposition rate changes from 4.5 to 14.5 nm/min.The regression equations and analyses of variance(ANOVA)reveal that the maximum deposition rate(equal to(17±0.8)nm/min)occurs when the frequency is 537 Hz and pulse-on time is 212μs.The experimental measurement of the deposition rate under this condition gives rise to the deposition rate of 16.7 nm/min that is in good agreement with the predicted value. 展开更多
关键词 high powder impulse magnetron sputtering(hipims) titanium nitride response surface methodology(RSM) deposition rate analyses of variance(ANOVA)
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Origin of Initial Current Peak in High Power Impulse Magnetron Sputtering and Verification by Non-Sputtering Discharge
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作者 吴忠振 肖舒 +4 位作者 崔岁寒 傅劲裕 田修波 朱剑豪 潘锋 《Chinese Physics Letters》 SCIE CAS CSCD 2016年第7期110-112,共3页
A non-sputtering discharge is utilized to verify the effect of replacement of gas ions by metallic ions and consequent decrease in the secondary electron emission coefficient in the discharge current curves in high-po... A non-sputtering discharge is utilized to verify the effect of replacement of gas ions by metallic ions and consequent decrease in the secondary electron emission coefficient in the discharge current curves in high-power impulse magnetron sputtering (HiPIMS). In the non-sputtering discharge involving hydrogen, replacement of ions is avoided while the rarefaction still contributes. The initial peak and ensuing decay disappear and all the discharge current curves show a similar feature as the HiPIMS discharge of materials with low sputtering yields such as carbon. The results demonstrate the key effect of ion replacement during sputtering. 展开更多
关键词 of in Origin of Initial Current Peak in high power impulse magnetron sputtering and Verification by Non-sputtering Discharge is by
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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
6
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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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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N_2流量对HIPIMS制备TiSiN涂层结构和力学性能的影响 被引量:21
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作者 王振玉 徐胜 +3 位作者 张栋 刘新才 柯培玲 汪爱英 《金属学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第5期540-546,共7页
采用高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)技术在N2流量为10~50mL/min下沉积TiSiN涂层,利用台阶仪,XRD,XPS,SPM,SEM,HRTEM和纳米压痕仪对涂层的沉积速率、相结构、成分、形貌和力学性能进行了分析,并研究了不同N2流量对等离子体放电... 采用高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)技术在N2流量为10~50mL/min下沉积TiSiN涂层,利用台阶仪,XRD,XPS,SPM,SEM,HRTEM和纳米压痕仪对涂层的沉积速率、相结构、成分、形貌和力学性能进行了分析,并研究了不同N2流量对等离子体放电特性的影响.结果表明,在不同N2流量下,TiSiN涂层均具有非晶Si,N。包裹纳米晶TiN复合结构,涂层表面粗糙度尼为0.9~1.7NM;随N2流量的增加,等离子体的放电程度减弱,离化率降低,TiSiN涂层沉积速率降低,其Ti含量逐渐降低.Si含量逐渐增加,但变化幅度较小;涂层择优取向随N:流量的增加发生改变,晶粒尺寸逐渐增大,硬度和弹性模量逐渐降低,涂层硬度最高为(35.25±0.74)GPa. 展开更多
关键词 高功率脉冲磁控溅射 TiSiN涂层 放电特性 复合结构 力学性能
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不同氩气气压下钒靶HIPIMS放电特性的演变 被引量:5
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作者 李春伟 田修波 +1 位作者 巩春志 许建平 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第8期103-109,共7页
目的以V靶为例,研究高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)放电时不同工作气压下靶脉冲电流及等离子体发射光谱的表现形式和演变规律,为HIPIMS技术的进一步广泛应用提供理论依据。方法利用数字示波器采集HIPIMS脉冲放电电流波形,并利用发射光谱仪... 目的以V靶为例,研究高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)放电时不同工作气压下靶脉冲电流及等离子体发射光谱的表现形式和演变规律,为HIPIMS技术的进一步广泛应用提供理论依据。方法利用数字示波器采集HIPIMS脉冲放电电流波形,并利用发射光谱仪记录不同放电状态下的光谱谱线,分析不同气压下V靶HIPIMS放电特性的演变规律。同时,利用HIPIMS技术成功制备了V膜,并利用扫描电子显微镜观察了V膜的截面形貌。结果不同氩气气压下,随着靶脉冲电压的增加,靶电流峰值、靶电流平台值及靶电流平均值均单调增加,而且增加的速度越来越快,但靶电流峰值的增加速度明显高于平台值,这是由于脉冲峰值电流由气体放电决定所致。不同气压下,Ar0、Ar+、V0和V+四种谱线峰的光谱强度均随靶电压的增加而增加,相同靶电压时,其光谱强度随着气压的增加而增加。当气压为0.9 Pa、靶电压为610 V时,Ar和V的离化率分别为78%和35%。此外,利用HIPIMS技术制备的V膜光滑、致密,无柱状晶生长形貌特征。结论较高的工作气压和靶脉冲电压有利于获得较高的系统粒子离化率,但HIPIMS放电存在不稳定性。合适的工作气压是获得优质膜层的关键。 展开更多
关键词 高功率脉冲磁控溅射 氩气气压 V靶 放电靶电流 放电光谱特性 V薄膜
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不同靶基距下凹槽表面HIPIMS法制备钒膜的微观结构及膜厚均匀性 被引量:3
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作者 李春伟 田修波 +1 位作者 巩春志 许建平 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第7期122-127,共6页
目的研究不同靶基距对高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)在凹槽表面制备钒膜微观结构和膜厚均匀性的影响,实现凹槽表面高膜层致密性和均匀性的钒膜制备。方法采用HIPIMS方法制备钒膜,在其他工艺参数不变的前提下,探讨不同靶基距对凹槽表面钒... 目的研究不同靶基距对高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)在凹槽表面制备钒膜微观结构和膜厚均匀性的影响,实现凹槽表面高膜层致密性和均匀性的钒膜制备。方法采用HIPIMS方法制备钒膜,在其他工艺参数不变的前提下,探讨不同靶基距对凹槽表面钒膜相结构、表面形貌及表面粗糙度、膜层厚度均匀性的影响。采用XRD、AFM及SEM等观测钒膜的表面形貌及生长特征。结果随着靶基距的增加,V(111)晶面衍射峰强度逐渐降低。当靶基距为12 cm时,钒膜膜层表面粗糙度最小,为0.434nm。相比直流磁控溅射(DCMS),采用HIPIMS制备的钒膜呈现出致密的膜层结构且柱状晶晶界不清晰。采用HIPIMS和DCMS方法制备钒膜时的沉积速率均随靶基距的增加而减少。当靶基距为8 cm时,采用HIPIMS方法在凹槽表面制备的钒膜均匀性最佳。结论采用HIPIMS方法凹槽表面钒膜生长的择优取向、表面形貌、沉积速率及膜厚均匀性均有影响。在相同的靶基距下,采用HIPIMS获得的钒膜膜厚均匀性优于DCMS方法。 展开更多
关键词 高功率脉冲磁控溅射 靶基距 钒膜 微观结构 厚度均匀性
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高离化率电-磁场协同增强HiPIMS高速沉积特性 被引量:3
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作者 李春伟 田修波 +1 位作者 姜雪松 徐淑艳 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期84-92,共9页
为了使高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术在保持高离化率的条件下实现HiPIMS高速沉积过程,采用电场与磁场双外场协同作用改善HiPIMS放电与沉积特性.研究了电-磁场协同增强HiPIMS((E-MF)HiPIMS)和常规HiPIMS制备钒膜时的基体离子电流密度... 为了使高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术在保持高离化率的条件下实现HiPIMS高速沉积过程,采用电场与磁场双外场协同作用改善HiPIMS放电与沉积特性.研究了电-磁场协同增强HiPIMS((E-MF)HiPIMS)和常规HiPIMS制备钒膜时的基体离子电流密度、发射光谱、钒膜表面形貌及表面粗糙度、截面形貌及沉积速率等,并探讨了(E-MF)HiPIMS模式的放电机理.研究表明:与HiPIMS相比,钒靶(E-MF)HiPIMS放电时的平板工件基体离子电流密度峰值增加了6倍,铜靶(E-MF)HiPIMS放电时的筒状工件基体离子电流密度峰值增加了13倍.(E-MF)HiPIMS放电时的Ar 0谱线、Ar+谱线、V 0谱线和V+谱线强度均显著增强,氩和钒的粒子离化率增加.(E-MF)HiPIMS制备的钒膜由V(111)和V(211)组成.(E-MF)HiPIMS制备的钒膜表面更加光滑平整且表面粗糙度由15.0 nm减小为9.6 nm;钒膜生长结构更加致密且沉积速率增加了约30%,而筒状工件转动条件下(E-MF)HiPIMS制备的铜膜的沉积速率增加了约50%.(E-MF)HiPIMS是一种高离化率高沉积速率的新型放电模式,该方法可有效规避常规HiPIMS较低沉积速率的技术缺陷. 展开更多
关键词 高功率脉冲磁控溅射 钒膜 离化率 沉积速率 基体离子电流密度
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铝合金表面HIPIMS法制备钒涂层结构及结合强度的研究 被引量:1
13
作者 李春伟 田修波 +3 位作者 巩春志 许建平 王佳杰 孙梦凡 《真空科学与技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期71-77,共7页
研究不同类型过渡层对铝基体与钒涂层结合强度的影响,为合理设计过渡层提供一种新的研究思路。采用高功率脉冲磁控溅射技术在铝合金表面制备了钒涂层,利用X射线衍射仪和扫描电镜分析了钒涂层与过渡层的微观结构,利用划痕法和压痕法测试... 研究不同类型过渡层对铝基体与钒涂层结合强度的影响,为合理设计过渡层提供一种新的研究思路。采用高功率脉冲磁控溅射技术在铝合金表面制备了钒涂层,利用X射线衍射仪和扫描电镜分析了钒涂层与过渡层的微观结构,利用划痕法和压痕法测试了不同过渡层下的膜基界面结合强度。样品Al/Cu/Cu-Cr/Cr/Cr-V/V的XRD衍射图谱中主要包含V(111)和Cr(111)相,并且样品呈现出光滑致密平整的表面特征。样品Al/V的膜基结合力为12 N左右,而样品Al/Cu/Cu-Cr/Cr/Cr-V/V的膜基结合力为30 N以上。与样品Al/V相比,样品Al/Cu/Cu-Cr/Cr/Cr-V/V无论是从单个裂纹开裂的程度还是从单位面积内裂纹的数目进行评价都表现出较高的膜基界面结合强度。在铝合金基体与钒涂层之间引入热膨胀系数梯度变化的过渡层,有利于获得较好的膜基界面结合强度。 展开更多
关键词 高功率脉冲磁控溅射 钒涂层 过渡层 微观结构 结合强度
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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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外部磁场对电-磁场协同增强HiPIMS放电及V膜沉积与性能的调制 被引量:1
15
作者 李春伟 田修波 +1 位作者 姜雪松 陈春晟 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期144-152,共9页
为了获得新型HiPIMS稳定放电及制备优质膜层时的最优外部磁场参数,研究外部磁场变化对电-磁场协同增强高功率脉冲磁控溅射((E-MF)HiPIMS)放电及沉积特性的调制过程。在其他工艺参数保持不变的情况下,研究了外部磁场(线圈电流)对HiPIMS钒... 为了获得新型HiPIMS稳定放电及制备优质膜层时的最优外部磁场参数,研究外部磁场变化对电-磁场协同增强高功率脉冲磁控溅射((E-MF)HiPIMS)放电及沉积特性的调制过程。在其他工艺参数保持不变的情况下,研究了外部磁场(线圈电流)对HiPIMS钒(V)靶放电规律以及V膜微观结构和性能的影响。采用数字示波器监测HiPIMS放电行为,利用XRD、SEM、AFM、摩擦磨损试验机及电化学腐蚀法等表面分析方法,研究V膜相结构、表面形貌、截面形貌、耐摩擦磨损性能及耐腐蚀性能等沉积特性。结果表明:随线圈电流的增加,基体离子电流密度逐渐增加,当线圈电流为6 A时基体离子电流密度最高可达209.2 mA/cm^(2)。V膜的相结构仅为V(111)但其晶面衍射峰强度随线圈电流的增加而逐渐增加。V膜表面呈现出典型的圆凹坑状形貌特征,其表面粗糙度先减小后增大且最小仅为10 nm。当线圈电流(<4 A)较低时V膜生长表现为致密细小的晶体生长结构,膜层沉积速率随着线圈电流的增加而增加。当线圈电流为4 A时,V膜样品的摩擦系数最小、耐磨性最优,同时V膜样品具有最好的耐蚀性。 展开更多
关键词 高功率脉冲磁控溅射 线圈电流 基体离子电流密度 钒膜 沉积速率
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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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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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作者 李春伟 田修波 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期155-162,共8页
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... 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。 展开更多
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
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脉冲峰值电流对HIPIMS/DCMS共沉积制备AlCrTiN涂层性能的影响 被引量:7
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作者 贵宾华 周晖 +2 位作者 郑军 张延帅 杨拉毛草 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期56-65,共10页
利用HIPIMS与DCMS共沉积技术制备AlCrTiN复合硬质涂层,通过调控Al Cr靶脉冲峰值电流来制备不同峰值电流下的AlCrTiN涂层。采用XRD、SEM等分析手段表征不同峰值电流下AlCrTiN涂层的组织结构及微观形貌;通过纳米压痕、真空退火、高温摩擦... 利用HIPIMS与DCMS共沉积技术制备AlCrTiN复合硬质涂层,通过调控Al Cr靶脉冲峰值电流来制备不同峰值电流下的AlCrTiN涂层。采用XRD、SEM等分析手段表征不同峰值电流下AlCrTiN涂层的组织结构及微观形貌;通过纳米压痕、真空退火、高温摩擦磨损试验分析涂层的力学性能、热稳定性能及摩擦学性能。结果表明:AlCrTiN涂层为典型的面心立方结构,随峰值电流的增加,(111)及(200)晶面呈现竞争生长的状态;随真空退火温度上升,各涂层硬度值出现明显下降。1 000℃退火后,各涂层硬度维持在17 GPa附近;随摩擦环境温度的上升,各涂层摩擦因数整体呈下降趋势;280 A所制备涂层因高温抗氧化性能及磨屑排出能力的不足导致其高温磨损率迅速增加,800℃下其磨损的主要形式为氧化磨损和粘着磨损。 展开更多
关键词 高功率磁控溅射 直流反应磁控溅射 共沉积 组织结构 力学性能 耐磨性能
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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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双脉冲HiPIMS放电特性及CrN薄膜高速率沉积 被引量:6
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作者 吴厚朴 田修波 +1 位作者 张新宇 巩春志 《金属学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期299-307,共9页
提出了一种新型的高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术,即放电由脉宽短、电压高的引燃脉冲和脉宽长、电压低的工作脉冲2部分组成的双脉冲高功率脉冲磁控溅射技术,目的是解决传统高功率脉冲磁控溅射沉积速率低的问题。研究了引燃脉冲电压及... 提出了一种新型的高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术,即放电由脉宽短、电压高的引燃脉冲和脉宽长、电压低的工作脉冲2部分组成的双脉冲高功率脉冲磁控溅射技术,目的是解决传统高功率脉冲磁控溅射沉积速率低的问题。研究了引燃脉冲电压及传统高功率脉冲磁控溅射条件对Cr靶在Ar气气氛下的放电特性的影响,并制备CrN薄膜。结果表明:随着引燃脉冲电压的施加,双脉冲高功率脉冲磁控溅射Cr靶放电瞬间建立,并获得较高的峰值电流,而传统HiPIMS模式的输出是渐渐爬升的三角波电流;与传统高功率脉冲磁控溅射相比,单位功率下双脉冲高功率脉冲磁控溅射具有更高的基体电流积分以及更多的Ar^+和Cr^0数量;引燃脉冲电压为590 V时,双脉冲高功率脉冲磁控溅射单位功率下CrN薄膜沉积速率为2.52μm/(h·kW),比传统高功率脉冲磁控溅射提高近3倍。 展开更多
关键词 双脉冲高功率脉冲磁控溅射 引燃脉冲 放电特性 CRN薄膜
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