过渡层对介质漆表面的ZrN薄膜膜基结合力的影响_张艺
薄膜涂层材料的界面破坏准则
为了说明界面压应力对界面破坏影响的普遍 性，本文进一步分析文献［１，６］中关于ＴｉＮ薄膜的 划痕实验结果．试件的薄膜材料为ＴｉＮ，弹性模量 ４３７ ＧＰａ，泊松比ｏ．３．基体材料为高速钢，弹性模量 ２０６ ＧＰａ，泊松比ｏ．３．压头半径Ｒ一２００“ｍ．ＴｉＮ薄 膜划痕法的实验条件和结果如表４所示．经数值计 算得到的对应于临界载荷的最大界面剪应力及压应 力如表５所示．同样可见，界面压应力对破坏发生条 件的影响也很大．
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、√ 最大界面剪应力的ｔ
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图２为有限元分析模型（没有引入界面裂纹，而 以最大剪应力处作为起裂位置），其形状仍为半圆柱 体．有限元网格仍采用８节点线性单元，单元数为 ３２ ２５６，节点数３５ １３１．对于压头半径为２００肛ｍ的实 验，半圆柱体的半径仍为１５０弘ｍ，基体高仍为１５０ 肛ｍ．对于压头半径为８００肛ｍ的实验，考虑到压头和 试件之间接触域的增大以及外载荷影响范围的增 大，故半圆柱体的半径取为２００肛ｍ，基体高取为
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ＴｉＣ
ｌ。、■ｌ ｓＫＨ５７
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万方数据
（ａ）计算模型
Ｆｉｇ．１
（ｂ）单元分割 图１ 引入界面裂纹的划痕法模型 Ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｓｃｒａｔｃｈ ｗｉｔｈ ａｎ ｉｎｔｅｒｆａｃｉａＩ ｃｒａｃｋ
第６期
张镇宇，等：薄膜涂层材料的界面破坏准则
９８５
基材表面粗糙度对镀铬层膜基结合性能的影响
ＺＨＡＮ Ｇ Ｃｈｕｎ—ｈｕａ ， ＨＥ Ｚｈａｏ．ｍ ｉｎ ，Ｇ ＵＡＮ Ｍ ｅｎｇ ，ＴＡ Ｎ Ｊｕｎ—ｚｈｅ ，ＬＩＮｃｒｅａｓｅｓ，ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｍｉ ｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｅｄ Ｃｒ ｌａｙｅｒ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ．
Ｍ ｏｒｅｏｖｅｒ， ｔｈ ｅ ｃｒｉｔｉｃａｌ
ｌｏａｄ ｒｅａｃｈｅｓ ３８．７ Ｎ ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏａｔｉｎｇ－ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ａｄｈｅｓｉｖｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｇｅｔｓ ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｄ．
第３８卷 第３期
２ ０ １ ６年 ５月
沈 阳 工 业 大 学 学 报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｖ Ｏ１．３８ Ｎ ｏ．３ Ｍ ａｙ． ２ ０ １ ６
ｄｏｉ：１０．７６８８／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００—１６４６．２０１６．０３．０７
ｏｒｋｓ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １ １０８６９ ，
Ｃｈｉｎａ）
Ａ ｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｍ ｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｗｅａｒ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｆａｓｔｅｎｅｒｓ， ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅ ｌａｙｅｒ ｓｔａｎｄａｒｄ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｈｒｏｍｉｕｍ ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｉｎｇ； ｓｕｒｆａｃｅ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ；ｍｉ ｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｍｉｃｒｏ—ｃｒａｃｋ；ｈａｒｄｎｅｓｓ；ｓｃｒａｔｃｈ ｍ ｅｔ ｈ ｏｄ；ａｄｈｅｓｉｖｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ； １ Ｃｒｌ３ ｓｔｅｅｌ
通过过渡层改善金刚石薄膜贺基底间的结合性能
通过过渡层改善金刚石膜和基底间的结合性能黎向锋 左敦稳 王珉(南京航空航天大学机电工程学院 南京 210016)摘 要 介绍了在金刚石膜和基底间通过施加过渡层以改善金刚石膜与基底间的结合性能的研究成果。
金刚石膜可以通过过渡层沉积于多种基底上,如Si、SiO2、陶瓷(SiC,Al2O3)、钢及硬质合金基底等。
过渡层有单层(如DLC、C60、Y2ZrO2、C2N膜、TiC或TiN)和多层(如Mo/Ni、Mo/TiN或B/TiB2/B等)之分,根据金刚石、过渡层及基底的晶格匹配性和热学匹配性,对于不同的基底应选择不同的过渡层。
关键词 金刚石膜 结合性能 过渡层R evie w on Improvement of Adhesion bet w een Substrate andCV D Diamond Film by Using InterlayerL i Xiangf eng Zuo Dunwen W angM i n(Department of Mechanical Engineering,NUAA,Nanjing210016,China)Abstract Achievements on improving the adhesion strength of diamond film on substrate by introducing interlayer between them is reviewed in the paper.Diamond film can be deposited on many substrates by using interlayer such as Si,SiO2,SiC,Al2O3,Fe,WC2Co,and so on.The interlayer can be in form of monolayer as well as multilayer, such as DLC,C60,Y2ZrO2,C2N,TiC or TiN;Mo/Ni,Mo/TiN,B/TiB2/B.Different interlayer should be cho2 sen with different substrate according to the lattice parameter and thermal coefficient to meet the demand of lattice and thermal matching.K eyw ords Diamond film Adhesion strength Interlayer 金刚石膜具有优异的光学、电学、热学、声学和力学性能,在众多领域中具有广阔的应用前景[1]。
工艺参数对CrNx涂层膜基结合力的影响
ｐ ａ ｃ ｔ ［ ｊ ］ ． Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｎ ｕ ｃ ｌ ｅ ａ ｒ Ｍａ ｔ ｅ ｉ ｒ ａ ｌ ｓ ， ２ ０ ０ ８ ， ３ ７ ７ （ １ ） ： ２ １ —２ ７ ．
靶 功 率 气 体 流量 ／ 蛐 工 艺 体系 ， 基 体 偏 压
物的耐蚀性 ， 氧化铬 的这些特性使得它作为耐磨及 防护 涂层 广 泛使 用 在 一些 机 械 零 部 件 、 模 具 和切 削 工具的表面强化 以及提高工具钢及器件的使用寿命 等方 面 ［ １ － ３ ］ ． 目前 ， 制备 氧化铬 涂 层 的技 术 包 括 阴极 弧蒸发、 反应磁控溅射 、 电弧离子镀 、 离子束辅助沉 积、 非平衡磁控溅射 、 脉 冲激光沉积、 双离子束溅射
收稿 日期 ： ２ ０ １ ４—０ １ —２ ０．
试样 涂 层 表 面 采 用 Ｂ Ｘ Ｓ １ Ｍ 系统 金 相 显微 镜 观
察形貌 ， 用Ｍ Ｆ Ｔ一 ４ Ｏ Ｏ ０型划痕测试仪测试涂层 的结 合强度 ． 圆锥形金刚石压头尖端半径为 ０ ． ２ ｉ ｆ ｌ ｍ， 加 载速率 １ ０ ０ Ｎ ／ ａ ｒ ｉ ｎ ， 最大载荷 １ ０ ０ Ｎ ， 划痕长度 ５ ｎ ｌ ｒ ｎ ， 取５ 次测试数据 的平均值作为测试结果 ．
１ ． １ 工艺 参数
在实验 中， 本研究采用直流反应磁 控溅射技术 制备 Ｃ ｒ Ｎ ， 涂层 ． 具体 制作工艺 流程为 ： 直径为 ２ ０ ０ ｒ ｆ ｆ ｎ 的铬 （ ９ ９ ． ９ ９ ％） 金属靶作 溅射源 ， 通人 和 Ｎ ２ 混合气体进行反应沉积 ， 本底真空为 ２ ｘ １ ０ 一Ｐ ａ ， 靶 基距为 １ ０ ０ ｍ ｍ ； 在沉积 Ｃ ｒ Ｎ ｌ 涂层 前 ， 依 序对 Ａ Ｉ Ｓ Ｉ ３ ０ ４ 不锈钢基 体进行 切割、 研磨、 抛光 ， 然后在丙酮 和乙醇中分别进行超声清洗； 样 品吹干后装入夹具 并放入真空室内； 溅射沉积开始前 ， 对基体加高脉冲 负偏压进行等离子辉 光清洗 ， 以去除基体表面 的污 染物 ， 获得清洁表面 ； 在沉积 ｃ ｒ Ｉ 化合物涂层前 ， 先 沉积 ３ ａ ｒ ｉ ｎ 的金属 Ｃ ｒ 过渡层 ， 以提高成膜初期 的膜
DLC_基纳米多层膜摩擦学性能的研究进展与展望
表面技术第53卷第8期DLC基纳米多层膜摩擦学性能的研究进展与展望汤鑫1，王静静1*，李伟1，胡月1，鲁志斌2，张广安2（1.上海理工大学 材料与化学学院，上海 200093；2.中国科学院兰州化学物理研究所 固体润滑国家重点实验室，兰州 730000）摘要：类金刚石（DLC）薄膜是一种良好的固体润滑剂，能够有效延长机械零件、工具的使用寿命。
DLC 基纳米多层薄膜的设计是耐磨薄膜领域的一项研究热点，薄膜中不同组分层具备不同的物理化学性能组合，能从多个角度（如高温、硬度、润滑）进行设计来提升薄膜力学性能、摩擦学性能以及耐腐蚀性能等。
综述了DLC多层薄膜的设计目的与研究进展，以金属/DLC基纳米多层膜、金属氮化物/DLC基纳米多层膜、金属硫化物/DLC基纳米多层膜以及其他DLC基纳米多层膜为主，对早期研究成果及现在的研究方向进行了概述。
介绍了以上几种DLC基纳米多层膜的现有设计思路（形成纳米晶/非晶复合结构、软/硬交替沉积，诱导转移膜形成，实现非公度接触）。
随后对摩擦机理进行了分析总结：1）层与层间形成特殊过渡层，提高了结合力；2）软/硬的多层交替设计，可以抵抗应力松弛和裂纹偏转；3）高接触应力和催化作用下诱导DLC中的sp3向sp2转化，形成高度有序的转移膜，从而实现非公度接触。
最后对DLC基纳米多层膜的未来发展进行了展望。
关键词：DLC基纳米多层膜；力学性能；摩擦学性能；摩擦机理；结构中图分类号：TH117.1；TH142.2文献标志码：A 文章编号：1001-3660(2024)08-0052-11DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2024.08.005Research Progress and Prospects on Tribological Propertiesof DLC Based Nano-multilayer FilmsTANG Xin1, WANG Jingjing1*, LI Wei1, HU Yue1, LU Zhibin2, ZHANG Guang'an2(1. School of Materials and Chemistry, Shanghai University of Technology, Shanghai 200093, China; 2. State Key Laboratory ofSolid Lubrication, Lanzhou Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China)ABSTRACT: Friction and wear can cause surface damage of materials, especially metal materials, and shorten the service life of work pieces. DLC (diamond-like carbon) is an amorphous carbon film composed of mixed structures, usually formed by the mixture of sp2 carbon and sp3 carbon. With high hardness, low friction coefficient, good chemical inertness and biocompatibility, DLC is a kind of film with great potential, which has a wide range of applications in mechanical, electrical, biomedical engineering and other fields. Its super-hard, wear-resistant and self-lubricating properties meet the technical requirements of the modern manufacturing industry. It is widely used as solid lubricant for the surfaces of contact parts that rub against each other.收稿日期：2023-05-08；修订日期：2023-10-12Received：2023-05-08；Revised：2023-10-12基金项目：中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室开放课题（LSL-2205）；上海高校青年教师培养资助计划Fund：Open Project of State Key Laboratory of Solid Lubrication, Lanzhou Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences (LSL-2205); Shanghai University Youth Teacher Training Assistance Program引文格式：汤鑫, 王静静, 李伟, 等. DLC基纳米多层膜摩擦学性能的研究进展与展望[J]. 表面技术, 2024, 53(8): 52-62.TANG Xin, WANG Jingjing, LI Wei, et al. Research Progress and Prospects on Tribological Properties of DLC Based Nano-multilayer Films[J]. Surface Technology, 2024, 53(8): 52-62.*通信作者（Corresponding author）第53卷第8期汤鑫，等：DLC基纳米多层膜摩擦学性能的研究进展与展望·53·Compared with single-layer DLC films with single component, DLC based nano-multilayer films with alternating layers of two or more components can improve the mechanical and tribological properties better, which is due to that different layers in the nano-multilayer films have different combinations of physical and chemical properties. Therefore, it can be designed from many aspects (such as high temperature, hardness, lubrication, and corrosion) to improve the mechanical properties, tribological properties and corrosion resistance of the films. Usually, the nano-multilayer films have good impact resistance and plastic deformation resistance ability, which can effectively inhibit the formation and propagation of cracks, and have a good cycle service life under high load conditions.In this paper, DLC based nano-multilayer films were systematically reviewed, including metal/DLC based nano-multilayer films, metal nitride/DLC based nano-multilayer films, metal sulfide/DLC based nano-multilayer films and other DLC based nanolayer films. Firstly, the design background and concept of DLC multilayer thin films were elaborated. The design idea of multilayer films was to form a gradient mixing interface between multilayers to achieve gradient changes in composition and properties. This multilayer structure could produce unique structural effects, which could effectively reduce various stresses generated during the friction process, and significantly improved the adhesion strength between film and substrate and the overall elastic modulus of the film, which had important significance for the structure evolution of DLC based nano-multilayer films and the interface action mechanism. Then, the friction mechanisms were summarized. The main friction mechanisms of DLC multilayer films were concluded as follows: 1) The nanocrystalline/amorphous structure was formed, which improved the binding force between the layers and reduced the shear force and friction force; 2) The soft/hard multilayer alternating design resisted stress relaxation and crack deflection; 3) Under the action of pressure, the amorphous carbon layer was induced to forma two-dimensional layered structure to achieve incommensurate contact and effectively reduce friction and wear. Finally, thefuture development of DLC-based nano-multilayer films was forecasted. To improve the tribological properties of DLC composite films under extreme, varied and complex conditions, it is necessary to carry out researches from multiple perspectives: 1) Establishing a multi-material system, which combines doping and multilayer gradient design; 2) Regulating the crystal growth rate and increasing the deposition rate and density of the films by multi-technology co-preparation;3) Establishing a more scientific model to study the friction mechanism of DLC.KEY WORDS: DLC based nano-multilayer films; mechanical properties; tribological properties; friction mechanism; structure摩擦磨损现象广泛存在于机械零件的直接接触中，如机械传动、齿轮咬合。
磁控溅射薄膜附着性能的影响因素
3.3 溅射气体纯度及压力的影响
以常用的 Ar 气为例。Ar 气被电离成 Ar 离子轰击阴极靶材表面，但仍有一部分 Ar 离子 混入溅射出的靶原子，沉积到基体表面。因此，如果 Ar 气中杂质过多，膜层中将形成很多 缺陷，从而使薄膜结构疏松，降低其表面力学性能，严重影响薄膜质量。
靶材作为一种具有特殊用途的材料,具有很强的应用目的和明确的应用背景。脱离开溅 射工艺和薄膜性能来单纯地研究靶材本身的性能没有意义。而根据薄膜的性能要求,研究靶 材的组成、结构、制备工艺、性能,以及靶材的组成、结构、性能与溅射薄膜性能之间的关 系,既有利于获得满足应用需要的薄膜性能,又有利于更好地使用靶材,充分发挥其作用,促进 薄膜技术应用的发展。目前溅射靶材面临的问题包括三个方面［13］：
不同基体复合涂层tinmos2tin的显微硬度table4microrigiditybetweendifferentsubstratestinmos2tincomposite涂层基体材料tinmos2tinzl108铝合金tinmos2tin1cr18ni9ti不锈钢基体硬度hv100380涂层硬度hv235285基体的材料对薄膜的附着性也有很重要的影响薄膜与基体间的匹配性不好例如弹性模量晶格常数失配或热膨胀系数差别过大薄膜内部会产生较高内应力导致界面结合性能变差而引起膜层过早剥落
Ar 气分压大小也是影响薄膜质量的重要因素。溅射压力较小时，溅射出来的原子和气 体分子的碰撞次数减少，损失的能量较小，可以提高沉积原子与基体的扩散能力，从而提高 薄膜的致密度和附着性；如果溅射气体的压力太小，则溅射靶材原子数目较少，薄膜沉积速 率降低，且不能起辉或起辉不足；
过渡层特性对金刚石涂层残余应力影响的有限元模拟
挑选什 么特 性的过渡 层材 料才 能使 残余应 力更小 ， 且 并 随着过渡 层材 料的施加 ， 如何计算这 种包含 多层涂层 的 体系 内的残 余应力 ，虽然 已有一些用 于计算单 层涂层 、
多层涂层 体系残余 应 力的解析式ｒ 引 ，但它 们均 为一维 形 式的 ，只表达 了单一 横截面上 的正应力 ，未全 面地显
个方 向分别 为径 向、轴 向和周 向。
１ 引 言
金刚石涂层是集众多优异 性能于一身的功 能材料 ，
将其沉积于硬质合金刀具上 ，很 好地结合 了金刚石涂层 高硬度 、高耐磨性和硬质合金基 体高强度、高韧性等优 点，相比于无涂层的传统硬质合金刀具而言 ， 金刚石涂层 硬质合金刀具 的使用寿命和切削速度均有大大提 高【。然 】 １ 而， 当前 限制金 刚石涂层硬质 合金刀具产 业化 的主要 问 题有 ［６ １是在金刚 石涂层沉积 的过程 中，硬质合 金 ２１ ） － ：（ （ ． ｏ中粘结相Ｃ 从基 体 向表面扩 散，易引起碳 的溶 ｗｃ Ｃ ） ｏ 解 ，抑 制金刚石相 的形核 ，促进 石墨相 的生成 ，从 而导 致金 刚石涂 层结合 强度 的降低 ；２是因金 刚石 涂层与硬 （） 质合 金基 体 间热膨 胀系 数相 差较 大 而产 生 了过 高的残 余应 力，导致金 刚石涂层 过早剥落 ，甚至开裂 破坏等 失 效。为了解决上述第 一个 问题 ，研究者 在金刚石涂 层和 硬质合金基 体 间施 加过渡层 材料 【 ，取得 了较好 的效 ３ 】 果。与此 同时，人们也 寄希 望于通过过渡 层 的施加 ，能
地方大 ，是 易发生剥落 失效的薄弱环节 ，所 以本文重点 针 对 过渡 层 的特 性对金 刚 石涂层 残余 应 力的 各个分 量
拟 ， 点研 究 了过渡层 的特性（ 重 弹性模 量和 热膨 胀 系数 ）
W过渡层厚度对类金刚石薄膜结构和机械性能的影响
图 １ 沉积系统示意图
１． ２ 性能测试 薄膜厚度测试采用辛耘科技公司 Ａｌｐｈａ – Ｓｔｅｐ ＩＱ 表面轮廓
仪；表面与截面微观形貌通过日立公司 Ｓ － ４８００ 场发射扫描电 镜（ ＦＥＳＥＭ） 表征；薄膜结构使用 Ｒａｍａｎ 光谱进行分析；表面深 度成分变化利用辉光放电发射光谱仪（ 型号：ＧＤＡ － ７５０ＰＨ） 、薄 膜硬度及弹性模量采用美国 ＭＴＳ 公司 ＮＡＮＯ Ｇ２００ 纳米压痕仪 测试，它利用动态连续加载卸载模式，压入深度为 ２００ｎｍ，为了 减小基底对测量结果的影响，取压入深度为薄膜 １ ／ １０ 处的 ６ 个 测点的平均值；残余应力采用韩国 Ｊ＆Ｌ Ｔｅｃｈ 的 ＪＬＣＳＴ０２２ 进行测 量；薄膜的膜基结合力采用瑞士 ＣＳＭ Ｒｅｖｅｔｅｓｔ 划痕仪检测，金刚 石压头半径 ２００μｍ，测试最大加载 １００Ｎ，加载速度 １００Ｎ ／ ｍｉｎ，划 痕长度 ３ｍｍ，划擦速度 ５ｍｍ ／ ｍｉｎ。
图 ２ 不同过渡层表面 ／ 界面 ＳＥＭ 图（ ａ：１７９ｎｍ、ｂ：３５１ｎｍ 为不同厚度过渡层 ＳＥＭ 表面 ／ 截面形貌。 薄膜厚度在 １０００ ± ５０ｎｍ 左右；随着沉积时间增加，Ｗ 过渡层厚度呈近似线 性增加的趋势（１７９、３５１、５５０ｎｍ） ，过渡层厚度对于 ＤＬＣ 薄膜表 面形貌影响较小，薄膜表面平整度好、结构致密、没有明显的凹 坑、杂质等缺陷。 然而不同 Ｗ 过渡层薄膜体系的截面形貌（ 图 ２） 存在明显差异：当 Ｗ 过渡层厚度为 １７９ｎｍ 时，Ｗ 过渡层呈现
５ ８
Ｗ 过渡层厚度对类金刚石薄膜结构 和机械性能的影响
卓国海１，２ ， 赵运才１ ， 李晓伟２ ， 柯培玲２∗ ， 汪爱英２ （１． 江西理工大学， 江西赣州 ３４１０００； ２． 中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室， 浙江省海洋材料与防护重点实验室， 中国科学院宁波材料技术与工程研究所， 浙江宁波 ３１５２０１）
钛过镀层对类金刚石薄膜的膜基结合力以及摩擦学性能的影响
擦磨 损 实验 可 以 看 出镀 膜后 的 样 品 的摩 擦 系数 均 在 ０ １左右 ， Ｌ ． Ｄ Ｃ薄膜 可极 大地 改 善 钴 铬 合金 的摩 擦 学
性能。
关键 词 ： 过 渡层 ； 基 结合 力 ； 膜 摩擦 学 性能 ； 临界载 荷
中图分类号 ： ０４ ４ ＴＨ１ ７ ８； ｌ 文 献标识 码 ： Ａ
优异 的机械性 能 、 良的抗磨 损性 能 、 优 良好 的化 学稳 定 性 和生物学 相容 性 、 良的光 学 性 能 ， 在 机 械 、 物 优 并 生 材料 、 光学等 各领域 均得 到广 泛应用 Ｌ 。 １ 叫］ 钴铬合 金较不锈 钢强 度高 、 模量 低 ， 有更 优越 的 且
钴铬 合金 表面 沉 积 ＤＬ Ｃ薄 膜 的 膜基 结 合 力 及摩 擦 学
助
财
抖
２０年 ８ ３） ０８ 第 期（９ 卷
钛 过镀 层 对 类 金 刚石 薄 膜 的膜 基 结合 力 以及 摩 擦 学 性 能 的影 响
石 志锋 ， 黄 楠 ， 孙 鸿 ， 生发 朱
（ 西南交 通大 学 材料 工程 学 院 生物材 料及 表面工 程研 究所 ， 四川 成 都 ６ ０ ３ ） １０ １
摘 要 ： 采用双 弧磁过 滤真 空弧 源 ， 钴 铬合 金 基体 在
石 薄膜有 较大 的困 难 。首 先基 体是 溶 碳 材料 ， 管 类 尽
金 刚石薄 膜和钴 铬合 金基 片 之间可 形成铬 金属 碳化 物
上 成 功 地 沉 积 了 Ｔ ／ Ｃ 多层 膜 ， 钛 过 渡 层 利 用 不 ｉＤＬ 其
滤 阴极弧 源制 备类 金刚 石薄膜 过程 ， 见其 它报道［ ］ ８ 。
本实 验 中 ， 在样 品表 面 施 加 脉 冲 或直 流 负偏 压 来
CrN膜层结构对其性能的影响
对其性能特别是膜基结合力的影响，为硬用6Crl3Mo不锈钢，试样尺寸为D 25 mmX5 mm.首先试样经机械磨抛至表面粗糙度 RW0. 1 pm,然后清洗进行镀膜.采用国产定制十 二弧源真空阴极电弧离子镀膜装置制备CrN膜，所 用Cr靶纯度$99.5%，氮气及氮气纯度大于 99. 999%,沉积温度350〜400 °C.其中靶电流90〜 100 A,偏压一100〜一150 V,N2 压强 1. 2〜1. 5 Pa. 制备单层结构时，先沉积约200 nm的Cr层后一直 生长CrN层,而多层结构则是保持Cr层与CrN层 比例为! i&N = 1 : 6的调制比，每一周期约560 nm,重复多周期.
量及尺寸均在增大，从而导致膜层表面质量逐渐恶 化•这主要是由于膜层增厚靠沉积时间的增加来实 现的，随着沉积时间的加长，涂层中积累更多的熔滴 颗粒，同时，靶工作时间延长，表面熔池温度也会逐 渐升高，溅射出更大的熔滴颗粒，最终使涂层中出现 更多数量及更大尺寸的颗粒.
图3为单层结构CrN膜的XRD相结构分析图 谱.从3图可见，膜层主要由面心立方结构得CrN 相组成，在（111） , （200） , （220） , （311）和（222）方向 上都出现衍射峰，并且呈沿（111）方向择优取向生 长.因CrN层较厚，未检测到Cr底层的信息.
第13卷第3期 2 0 19年9月
材料研究与应用 MATERIALS RESEARCH AND APPLICATION
文章编号：1673-9981(2019)03-0195-07
Vol. 13,No. 3 Sept. 2 0 19
CrN膜层结构对其性能的影响
林松盛，黄儒明，苏一凡，石倩，韦春贝，代明江
磁控溅射薄膜的过渡层与高速钢及镁基体结合强度的研究
磁控溅射薄膜的过渡层与高速钢及镁基体结合强度的研究摘要论文题目:磁控溅射薄膜的过渡层与高速钢及镁基体结合强度的研究学科专业:材料学研究生:王新征签名:圣当丝指导教师:梁戈副教授签名: 涩壅摘要本文以高速钢与镁合金与磁控溅射薄膜过渡层的结合强度为研究重点，利用,,,，表面轮廓仪，划痕仪等方法研究了离子清洗工艺参数对高速钢及镁合金基体的影响，评价了不同离子清洗工艺后沉积过渡,,层的结合强度;利用,,,，,,,等手段观察分析了过渡层与基材的结合界面，最后从晶体学及力学性能角度出发，探讨了影响镁合金基体上镀层结合强度的关键影响因素。
结果表明:离子清洗对高速钢基体结合强度影响不明显，但对镁合金基体影响显著。
离子清洗中，过高的清洗电压对基材表面结构破坏程度加剧;电压过低，基材表面污染及氧化物清洗不够完全。
均不利于结合强度的提高。
长时间的离子清洗，溅射靶材粒子开始沉积于基材表面，对基体的形貌改变并没有太大影响，长时间离子清洗并无必要。
所设计的离子清洗工艺中，,,,的最佳清洗工艺为,,,, ,，,, ,,,,，镁合金为(,,, ,，,, ,,,。
,,,对过渡层与基体界面的观察结果说明:,,,，,,,,镁合金与过渡,,层的结合机制是以离子注入方式形成的梯度，混合界面层产生的物理结合力为主，同时离子清洗增加了镀层与基材之间的机械咬合力，机械结合也对结合强度做出了贡献。
分别选用,,，灿过渡层探讨了,,基材沉积镀层时过渡层材料的选择原则。
与,,具有相同晶格类型，晶格常数的,,过渡层的结合强度与沉积,,过渡层的结合强度相当，而选用与,,具有相近硬度的舢过渡层，可获得与高速钢(;,过渡层相当的结合强度。
镁基材上沉积镀层时，过渡层材料的弹性模量与其结合强度并无太大联系。
过渡层材料与镁合金基材的硬度匹配是在镁合金基体上获得高结合强度镀层的关键。
关键词:高速钢;镁合金;结合强度;结合机制;过渡层 ,,,,,,;, ,———————————————————,———————————,—,?,—,———————,,,,————,——————,———————一,,,,,:,,,,, ,, ,,,,,，,, ,, ，,,,,,,,,, ，, ,,,,,,,,,,,,,〔,,,, ,,,,，,,, ,, ,，,,(,,,,, ,,,,, ,,, ,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,, ,,,,,, ,;,,,;, ,啪,,,,,:丝班匆 ,啪,,,,,,毕,,,,:,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,;,,,, ,,,,(,,,,, ,, ,,,,,,;, ,,, ,,,, , ,,, ,,,, , ,,,,,, ,,,,,,,, ,,, ,,,,,,,, ,, ,,,,,,,,,, ,, ,,,,,,,,,, ,, ,,,(,,,),,, ,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,(，,,,,,,;,, ,, ,,, ;,,,, ,, ,,,,,;, ,, ,,, ,,, ,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,, ,,,,,,,,,,,, ,, ,,,，,,,,,,, ,,,,, ,,, ,;,,,;, ,,,,(,,,,,,,, ,, ,, ,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,, ,,,,, ,,,,,, ,,, ;,,,, ,,,;,,,,, ,,, ,,,,,,,,,(,,, ,,,,,,,;, ,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,, ,,,,, ,,,, ,,,, ,,,,,,,, ,,, ,,,,,,,, ,, ,,, ,,, ,,,(,,,, ,,, ,,, ,, ,,,,,,, ,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,, ,, ,,,,,,,,, ,,,,,,,,, ,,,, ,,,;,,,,, ,,,, ,,, ,,,;,,,,, ,, ;,,,,,,,,,,,,,,,,,;, ,,, ,,;,,,,; ,,,;,( ,,, ,,,,,,, ,,,,;, ,,, ,,,,:,,, ;,,,, ,,,, ,,, ,,,,;, ,,, ,,,,,,,, ,, ,,,,,,,,,, ,, ,,, ,,, ,;, ,, ,,, ,,,,,,,, ,, ,,,,,,,,,(,, ,,,,,,,, ,,,,,,, ,, ,,, ;,,,, ,,,,,, , ,,,,,, ,,,,,,,,, ,,,,,,,,, ,,,,,;,;,,,,,,, , ,,,,, ,,,,,,, ,,,,,, ,, ,,;,,,,,,, ;,,,,,, ,,,,,;,(,,,, ,,,,,, ,,, ,,,,,,, ,,, ,,,,,,,,,,, ,, ,, ,,,,,,(,,,,, ,, ,,,,,?, ,, ,,,,, ;,,,,,, ,,,,,,,,,,,,, ,, ,,,,,,,,,,，，,?, ,,,,,,, , ,,,, ,,,, ,,, ,,,,，,,,;,,,,,, ,,;,,,, ,,, ,,,,,,,,,,,,,,;,,, ,,,, ,,,,,,, ,,,,, ,, ,,,,,,, ,,, ,,,,, ,,,,(，, ,,, ,,,,,,,,,,, ;,,,,,, ,,, ,, ,,,, ,,,,,，,,, ,,,,,,,(,,, ,,,, ,,,;,,, ,,, ,,, ,,，,, ,,,，,,, ,,, ,,,,,,,,,,,,, , ,, ,,,, ,,,( ,,, ,,, ,,,,,, ,,, ,,,,,,,;, ,,,,,,, ,,,,,,,,,, ,,, ,,,,,,,,, ,,,,;,,, ,,,, ,,, ,,,,,,,,,,;,,,,,, ,,, ,, ,,,,,,,,,, ,, ,,,，,,, , ,,, ,,,,,, ,, ,,,,,, ,,,,,;,, ,,,,, ,,,;, ;,,,,, ,, ,,, ,,,,,,,,，,,,,,, ,,, ,,,,;, ,, ,,, ,,,,,,,,,,,,，,,;,,,,;,, ,,,,, ;,,,,, ,, ,,;,,;,,,,; ,,,,, ,,,,,,,,, ,,,,,;, ,,,,, ,,, ;,,,, ,,,, ,,, ;,,,,,,,,,,, ,, ,,,,,,,,(,,，,, ,,,,,,,,,,, ,,,, ?,,,, ,, ,,,,,,,,,,, ,,, ,, ,,,,,, , ,,,,,, ,,,,,, ,, ,, ,,,,,,,,, ,,,,,,,,,(,, ,,,,,,,,,,，,,,;, ,, ,,,,,,, ,,,, ,, ,,,,,, ,,,, ,, ,,,,,;, ,,,, ,,, ,,,,,;, ;,,,,,,,，,,,,, ,,, ;,,,,,,,,,,,,,,,,,, ;,,,,,,, ,,,, ,, ,,,,,,,,,,(,,, ,， ,,,,,,,,,,，,,,;, ,, ,,,,,,, ,,,, , , ,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,，,,,,, , ,,;, ,,,,,,,, ,,,,,,,, ,,,, ,, ,,,,,,,, ,,(,, ,,,,,, , ,,,,,, ,,,,,,,, ,,,;,,,,,,, ,,, ,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,，,,, ,,,; ,,,,,,, ,,,, ,,, ,,,,;, ,,, ,,,,,,,, ,, ,,;, ,,,,,,,,,,(,,, ,,,;, ,, ,,,,, ,,,,,,,, ,, ,,, ,,, ,,,,,,,,, ,, ,,, ,,, ,, ,,,,,, , ,,,,,,,,, ,,,,,(,,, ,,,,,:,,,,—,,,,, ,,,,,，,,, , ,,,,,,,,,，，,,,,,,,,,，,,,,,,,,，,,,,,,,, ,,;,,,,,,( ? 独创性,声明，一秉承祖国优良道德传统和学校的严谨学风郑重申明:，本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的成果。
不同过渡层对PMMA基底沉积ZAO薄膜特性的影响
不同过渡层对PMMA基底沉积ZAO薄膜特性的影响1.引言氧化铝掺杂锌（ZnAlO，ZAO）薄膜作为一种高透明导电薄膜，在液晶显示器、太阳能电池等领域有着广泛的应用。
而在制备ZAO薄膜时，过渡层的选择对其性能有着重要影响。
本文将对不同过渡层对聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）基底沉积ZAO薄膜特性的影响进行研究，并探讨其机理。
2.不同过渡层对PMMA基底ZAO薄膜性能的影响2.1无过渡层首先，我们研究了在PMMA基底上直接沉积ZAO薄膜的情况。
实验结果表明，在无过渡层的情况下，ZAO薄膜的结晶度较低，表面粗糙度较高，导电性能也不理想。
这是由于ZAO薄膜无法有效地与PMMA基底形成良好的结合，导致其在沉积过程中易发生晶格错配和晶粒生长不完整的情况。
2.2TiO2过渡层接着，我们探讨了在PMMA基底上沉积TiO2过渡层后再沉积ZAO薄膜的情况。
实验结果显示，TiO2过渡层能够有效地提高ZAO薄膜的结晶度和表面平整度，从而改善其导电性能。
这是因为TiO2过渡层具有良好的结合性能，可以有效地促进ZAO薄膜的结晶生长和晶格匹配，提高其在PMMA基底上的附着力。
2.3ZnO过渡层最后，我们研究了在PMMA基底上沉积ZnO过渡层后再沉积ZAO薄膜的情况。
实验结果显示，ZnO过渡层能够有效地改善ZAO薄膜的结晶度和表面形貌，提高其导电性能。
这是由于ZnO过渡层具有与ZAO薄膜更为相似的晶体结构和晶格参数，使得ZAO薄膜能够更好地生长在其表面，从而提高其质量和性能。
3.结论综上所述，本文通过对不同过渡层（无过渡层、TiO2过渡层、ZnO过渡层）对PMMA基底沉积ZAO薄膜特性的影响进行研究，发现TiO2和ZnO 过渡层能够有效地改善ZAO薄膜的结晶度、表面形貌和导电性能，而无过渡层则对ZAO薄膜性能有着不利影响。
因此，在制备PMMA基底ZAO薄膜时，选择合适的过渡层是十分重要的，对提高薄膜性能具有重要意义。
希望本研究能够为相关领域的研究和应用提供有益参考。
碳氧化硅过渡层对玻璃基dlc薄膜性能的影响
第38卷第10期硅酸盐通报Vol.38No.10 2019年10月BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY O<obe@2°19碳氧化硅过渡层对玻璃基DLC薄膜性能的影响常潇1，赵青南1>2，王晓宏】，陆文涛S董玉红2,赵杰2(1.武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室，武汉430070；2.江苏秀强玻璃工艺股份有限公司，宿迁223800)摘要:采用射频-直流磁控溅射法，首先通过不同沉积时间在普通玻璃基底表面得到了不同厚度的碳氧化硅过渡层,然后在过渡层上沉积DLC薄膜。
采用X射线衍射仪(XRD)、共焦显微拉曼光谱仪(Raman)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、全自动显微硬度仪、紫外可见分光光度计，研究了不同沉积时间下碳氧化硅层对DLC薄膜的结构组成、表面形貌、表面硬度、可见光区域内透过率性能的影响。
结果表明，随着沉积碳氧化硅层时间的增加,DLC薄膜样品硬度先增大后减小，可见光区平均透过率逐渐下降;当沉积过渡层时间为5min时,DLC薄膜样品的玻璃硬度值最大(795HV)，相比未镀膜的玻璃基片(610HV)，硬度值增加了30.33%，可见光区域内平均透过率为58.47%%关键词:DLC薄膜；硬度；沉积时间；碳氧化硅过渡层；平均透过率中图分类号:O484文献标识码:A文章编号：1001-1625(2019)10-3033C7 Effects of Silicon Oxycarbide Transition Layer on Properties ofDLC Film)on Glasi Substrate)CHANG Xiao1，ZHAO Qing-nan1，2，WANG Xiao-hong1，LU Wen-tao1，DONG Yu-hong2，ZHAO Jie2(1.State Key Laboratory of Silicate Materials for Architecture，Wuhan University of Technology，Wuhan430070，China；2.Jianysu Xiuqiany Glasswork Co.，Ltd.，Suqian223800，China)Abstraci:Usiny RF-DC maanetron sputteriny，different thicknesses of silicon oxycarbiVc transition layca were obtained on the surface of ordinary glass substrate t hrough deposition time firstly，and then DLC film was deposited on the transition layer.X-ray diffraction(XRD)，confocai micre-Raman spectroscopy(Raman)，OelO emission scanniny electron microscope(SEM)，fully automated microhardness testes and UV-visibO spectrophotometcs were used te study the deposition1:1^of silicon oxycarbiCe layer for DLC film on inOuenco of the structurai composition，surface morpholoyy，surface hardness properties and transmission rate.The results show that with the increase of deposition tinie of the silicon oxycarbide transition layee，the hardness of the DLC film increases first and then decreases，averaae transmission rate in visible light reyion is yraduata decreasiny.When the deposition time of Transition layee is5min，the surface of the DLC fCn is the most tlat，and the coated ylass has the highest hardness value(795HV)，which is increased by30.33% compared te the uncoated glass substrate(610HV)and averaye transmittance in the visible resion is58.47%.Key words：DLC filni；hardne s s；dep o sition time；silicon oxycarbiCe transition laye r；avvraye transmittanc o1引言随着玻璃在材料各个领域的广泛应用，表面划伤和磨损时常发生，不仅影响美观,而且会使玻璃失去价值，因此改善玻璃在实际应用中的抗划伤能力和抗磨损性能显得尤为重要％类金刚石(diamond-like carbon，简称DLC)具有与金刚石相似的物理、化学和机械性能，比如良好的耐磨性、高硬度、抗划伤以及化学稳定性(1-)%所以DLC薄膜在材料表面保护涂层方面得到了广泛应用，比如红外观察窗保护层、Low-E玻璃保护涂层(4E)%Thejaswini等⑷采用等离子体沉积技术在玻璃基板上沉积了没有过渡层的DLC薄膜，所制备薄膜基金项目：国家十三五重点研发计划子课题(2016YFB0303903E4)作者简介:常潇(1994-),女，硕士研究生.主要从事材料表面改性与功能化薄膜材料的研究.E-mail:806268638@.通讯作者:赵青南,教授.E-mail:865839365@qq.cm.3034专题论文硅酸盐通报第38卷硬度为1.2~1.8GPa,未提及透过率。
ZrN、CrN基硬质涂层的制备及其力学性能、高温氧化行为研究的开题报告
ZrN、CrN基硬质涂层的制备及其力学性能、高温氧化行为研究的开题报告一、研究背景表面涂层技术是目前研究和应用最为广泛的表面处理技术之一。
在许多领域中，涂层技术被广泛应用于材料的改性和表面性能的改进。
这种涂层技术能够在材料表面形成一层具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性、高耐高温性、高抗氧化性等性能的薄膜，从而提高材料的使用寿命和性能。
ZrN和CrN是两种常用的硬质材料，具有高硬度、高熔点、高抗氧化性等优异的物理和化学性质。
基于这些优异的性能，将ZrN和CrN应用于表面涂层材料中，可以显著改善材料的力学性能和高温氧化行为等方面的性能。
二、研究内容本研究将围绕ZrN和CrN基硬质涂层的制备及其力学性能、高温氧化行为展开研究1. ZrN和CrN基硬质涂层的制备技术研究本研究将采用物理气相沉积法（PVD）制备ZrN和CrN基硬质涂层。
通过调整化合物初始成分、反应温度、反应气压等参数，优化反应条件，探究制备技术的最佳参数和制备过程中的优化控制策略。
2. ZrN和CrN基硬质涂层的力学性能测试本研究将使用Nanoindentation、Scratch Testing等测试方法，对所制备的ZrN和CrN基硬质涂层的硬度、弹性模量、压痕深度等力学性能进行测试和评价。
3. ZrN和CrN基硬质涂层的高温氧化行为研究本研究将对所制备的ZrN和CrN基硬质涂层，在高温环境下进行高温氧化实验，使用SEM、EDS等技术对涂层的微观结构和成分变化进行分析和评价，并探讨其氧化行为。
三、研究意义通过研究ZrN和CrN基硬质涂层的制备工艺、力学性能和高温氧化行为，可以深入理解硬质涂层材料的性能特点和应用价值，为表面涂层材料的发展提供技术支撑和理论指导。
此外，本研究的结果将为材料科学和表面工程领域提供新的思路和方法，有望在航空、航天、机械制造等方面推进应用。
Cu和Cu_Ti过渡层对金刚石薄膜附着力的影响
[ 摘 要 ] 研究了硬质合金基底上采用 C u 和 Cu/ Ti 作过渡层 CVD 金刚石薄膜的附着力 。
XRD 研究了金刚石薄膜的成分和结构 ,激光 R aman 谱和洛氏硬度计评价了金刚石薄膜的质量和附着力 。
结果表明 ,在 C u 过渡层中引入 Ti ,由于 Ti 向 生长面的扩散 ,促进了金刚石的二次晶核 ,导致晶粒细化 。
在沉积初期 ,晶粒细化也提高了金刚石薄膜与基体表面的实际 接触面积 。
微晶金刚石有利于提高薄膜的附着力和抗冲击韧性 。
[ 关键词 ] 金刚石薄膜 ; 过渡层 ; 晶粒细化 ; 附着力 [ 中图分类号 ] O539 ;O484[ 文献标识码 ] A[ 文章编号 ] 1001 - 1560 (2003) 11 - 0016 - 02E ffect of Copp er and Cu/ Ti I nterm edi ate Lay er on Adhesi on of Di a mond FilmHUANG Yang 2feng , MA Zhi 2bin , WANG Jian 2hua , MEI Wen 2ming( P rovince K ey Laboratory of Plasm a C hemical & A dvanced Materials , Wuhan Institute of C hem ical T echnol ogy ,Wuhan 430074 , C hina )Abstract :Properties of diam ond film on WC 2C o m atrix with copper and copper/ titanium intermediate layer were studied by using XR D , R aman spectroscopy and R ockwell sclerom eter . The results showed that introducing titanium to WC 2C o m atrix , second crystal nucleus of diam ond was prom oted and the crystalline grain was refined for the di ffusi on of titanium to the growth face . G rain refining could also im p rove the virtual contacting area between diam ond film and WC 2C o m atrix during depositing initiati on. Micro diam ond increased the adhesi on and shock resistance toughness of film.K ey w or d s :diam ond film ; interm ediate layer ; grain refining ; adhesi on液中清洗 ,烘干 。
过渡层对铜基陶瓷涂层性能的影响
过渡层对铜基陶瓷涂层性能的影响汪义如;张泽飞;白皓;李立鸿;钟敏;沈大伟【摘要】With NiAl and NiCoCrAlY powders as transition materials,four different kinds of transition coating were prepared on copper substrate by atmosphere plasma spray (APS).Top coating was pre-pared by thermo-chemical reaction method.The solidification temperature of the top coating was cal-culated and determined by the thermodynamic software FactSage.By thermal shock resistance test, bonding strength test and XRD,SEM analysis,effects of type and thickness of transition coating on the properties of ceramic coating were investigated.The results showthat,NiCoCrAlY transition coating and the copper substrate form a dense and micro-zone metallurgical interface.The bonding strength of the ceramic coating prepared with NiCoCrAlY as transition coating is higher.When the thickness of transition coating is 100 μm,the thermal shock resistance of ceramic coating prepared with NiCoCrAlY as the transition coating is better.%以NiAl和NiCoCrAlY两种粉末作为过渡层材料,采用大气等离子喷涂技术在铜基体表面制备4种不同的过渡层,并采用热化学反应法制备陶瓷层,采用热力学软件FactSage计算并确定陶瓷层的固化温度,通过抗热震性、结合强度测试和XRD、SEM分析,研究过渡层的种类及其厚度对陶瓷涂层性能的影响.结果表明,NiCoCrAlY过渡层与铜基体形成较为致密并具有微区冶金结合的界面;以NiCoCrAlY作为过渡层所制陶瓷涂层的结合强度较大;当过渡层厚度为100μm时,以NiCoCrAlY作为过渡层所制陶瓷涂层的抗热震性能较好.【期刊名称】《武汉科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(040)005【总页数】6页(P368-373)【关键词】陶瓷涂层;铜基;过渡层;NiCoCrAlY;NiAl;固化温度;结合强度;抗热震性【作者】汪义如;张泽飞;白皓;李立鸿;钟敏;沈大伟【作者单位】北京科技大学冶金与生态工程学院,北京,100083;北京科技大学冶金与生态工程学院,北京,100083;北京科技大学冶金与生态工程学院,北京,100083;汕头华兴冶金设备股份有限公司,广东汕头,515063;汕头华兴冶金设备股份有限公司,广东汕头,515063;汕头华兴冶金设备股份有限公司,广东汕头,515063【正文语种】中文【中图分类】TG174.45高炉风口是高炉冶炼送风的重要部件，但是风口工作条件恶劣，承受着高温高速气流的冲击、高速煤粉的磨蚀和炉内液态渣铁的冲刷，这些因素都加剧了风口的失效[1]。
过渡层对钨掺杂硬质涂层性能的影响
过渡层对钨掺杂硬质涂层性能的影响摘要：为了优化CrWN涂层的性能，通过物理气相沉积技术在不锈钢表面制备了不同过渡层(W、WN、W/WN)的CrWN涂层。
利用划痕仪、纳米压痕仪、电化学工作站和摩擦磨损试验机等研究了不同过渡层对CrWN涂层性能的影响。
结果表明：较之于其他过渡层，W/WN/CrWN涂层的结合力及硬度均最高，约为51 N及25 GPa。
在3.5%NaCl腐蚀环境下，涂层的腐蚀电流密度、摩擦系数、体积磨损率的顺序变化依次为CrWN W/CrWN WN/CrWN W/WN/CrWN，表明W/WN/CrWN涂层呈现出最佳的防护性。
关键词：CrWN涂层；过渡层；性能目前，多弧离子镀技术制备的CrN涂层已在机械制造和加工、腐蚀防护、表面装饰、切削刀具（尤其是有色金属切削）和汽车部件（如柴油发动机的喷射阀和活塞环）等领域取得了广泛应用[1]。
其中，用于发动机活塞密封环的CrN涂层，不仅可以减少发动机零部件的摩擦能量损失，而且可以有效保护发动机零件使其免受磨损，增强零件的承载能力，从而更好地满足发动机小型化、高功率、长寿命的应用要求[2]。
但在实际使用过程中也发现，CrN涂层与钢材料对磨时的摩擦系数较大，难以满足精密零部件高速运行的工况环境要求。
因此，为了满足越来越苛刻的工况条件和广泛的工业需求，同时获得更加优异的机械性能和摩擦学性能，三元铬基氮化物涂层逐渐成为研究焦点。
三元铬基氮化物涂层即在CrN涂层的基础上，掺入第三元素如金属元素或非金属元素进行合金强化[3]。
因此，它通常比二元的CrN涂层具有更高的硬度，而且通过控制元素的选取以及工艺参数可以增强CrN涂层的诸多性能，包括减摩抗磨性、硬度、韧性、热膨胀性和抗蚀性等[4]。
例如，为了改善CrN涂层的机械性能，可以将CrN里部分Cr原子替换成W原子（CrWN）。
这些替换原子不仅可以通过固溶强化来提高涂层硬度，进而增强其耐磨性，还可以改善涂层的化学稳定性或抗氧化性能等[5]。
不同过渡层对钢基金刚石薄膜的影响
不同过渡层对钢基金刚石薄膜的影响*王玲，余志明，魏秋平，田孟昆，王志辉(中南大学材料科学与工程学院，长沙 410083)摘要：采用超高真空热丝化学气相沉积（HFCVD）系统，以甲烷和氢气为反应气体，在高速钢W18Cr4V基体上利用3种不同的过渡层（WC、Cr、WC/Cr）制备金刚石薄膜。
采用场发射扫描电子显微镜(FE–SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微激光拉曼光谱仪（Raman）以及洛氏硬度计对过渡层和金刚石薄膜进行检测分析，研究了不同过渡层对金刚石薄膜形貌质量和附着性能的影响。
结果表明，3种过渡层均可以有效减少钢基中Fe对金刚石薄膜的负面影响，提高金刚石的形核率；其中，采用WC/Cr过渡层时膜基间残余应力最小，仅为0.25 Gpa，附着性能最好。
关键词：金刚石薄膜；高速钢；过渡层；化学气相沉积；附着性能中图分类号：TG174.444 文献标识码：A 文章编号：1007–9289(2011)01–0033–07 Investigation of Diamond Films Deposition on Steel Substrates with Different InterlayersWANG Ling, YU Zhing–ming, WEI Qiu–ping,TIAN Meng–kun, WANG Zhi–hui(School of Materials Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083)Abstract: Diamond films were deposited on high–speed steel (HSS) substrates pre–coated with different interlayers（WC, Cr and WC/Cr）by hot filament chemical vapour deposition (HFCVD). The surface morphology, film quality and interface structure of the diamond films were characterised by scanning electron microscopy (SEM), micro–raman spectroscopy and X–ray diffractometry (XRD), respectively. The adhesion of the diamond films was measured by Rockwell hardness tester. The results show that with the WC, Cr and WC/Cr interlayer, the high quality, low residual stress and high nucleation density of diamond film are achieved on the HSS substrates. As determined from Raman spectra, furthermore, the films with WC/Cr interlayer are under the lowest compressive stress, σ≤0.25 GPa, showing a best adhesion.Key words: diamond films; high–speed steel substrates; interlayers; chemical vapour deposition; adhesion0 引言金刚石薄膜具有极高的硬度和热导率，较低的摩擦因数和热膨胀系数，较高的耐磨性，良好的化学稳定性，是一种优异的表面抗磨损改性膜，是十分理想的刀具涂层材料。
缓冲层对倒序铜锌锡硫薄膜太阳能电池性能的影响
缓冲层对倒序铜锌锡硫薄膜太阳能电池性能的影响康丽;张敬波;张志新【摘要】为研究缓冲层材料的能带结构对倒序铜锌锡硫薄膜太阳能电池中吸收层和电子传输层之间的界面性能及光电转换效率的影响,制备了具有不同能带结构的CdS和ZnS缓冲层.通过紫外吸收光谱、X射线衍射、拉曼光谱、XPS能谱、电化学阻抗谱、强度调制光电流谱和光电流-电压曲线等的测试,对缓冲层和吸收层薄膜的能带结构、晶体结构、界面性能和光电性能进行了分析.结果表明,与ZnS作缓冲层相比,CdS作缓冲层时,缓冲层与铜锌锡硫吸收层形成的界面性能更好,有效促进了光生电子的界面转移和输运,减小了载流子的界面复合,从而显著提高了光电转换效率,最佳实验条件下提高了84.74％.【期刊名称】《唐山师范学院学报》【年(卷),期】2018(040)006【总页数】6页(P1-6)【关键词】缓冲层;铜锌锡硫薄膜;倒序结构太阳能电池;光电性能【作者】康丽;张敬波;张志新【作者单位】天津师范大学化学学院,天津 300387;天津师范大学无机-有机杂化功能材料化学教育部重点实验室,天津 300387;天津师范大学天津市功能分子结构与性能重点实验室,天津 300387【正文语种】中文【中图分类】O646铜锌锡硫（Cu2ZnSnS4，CZTS）的晶体结构类似于铜铟镓硒，其组成元素地表含量丰富，且无毒。
CZTS薄膜具有适宜的光学带隙（1.5 eV）、较高的光吸收系数（>104 cm-1），作为太阳能电池的电极材料其最高理论光电转换效率可达32.8%，因而被认为是一种极具前途的薄膜材料[1-4]。
CZTS材料制备工艺较为简单，通过溶液法由组分均一的前驱体溶液可以制备出前驱体薄膜[5]，再经过高温硫化过程，在前驱体颗粒膜层上可以生长成尺寸较大的晶粒[6-7]。
生长的大晶粒结构有利于减少电子传输的阻碍，提高薄膜太阳能电池的光电性能。
近年来，CZTS（Se）薄膜太阳能电池的光电转换效率不断得到提高。
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Surface of Medium Paint
ZHANG Yi, SUN Weilian, SUN Bo, LIANG Yang, MA Zhikai
(Mechanical and Electrical Engineering Institute, Agricultural University of Hebei, Baoding 071001, China) Abstract：The ZrN multi-films with different transition layers including Al, Ti and Cr were prepared on the aluminum alloy surface coated with mediator-lacquer by magnetron sputtering technique. The adhesion force of multi-film was studied by the scratch tester. The results show that the preparation of transition layer can greatly improve the adhesion of the ZrN multi-film. The adhesion force of multi-film with aluminum transition layer is above 50 N, and the preparation of aluminum transition layer solves the dehiscence and exfoliation problem and upwarping defects, which provides an effective way to enhance the adhesion force between ZrN film and aluminum alloy surface coated with mediator-lacquer. Key words：ZrN multi-film; transition layer; adhesion force
汽车设计日趋时尚个性， 并对汽车轮毂颜色提 出多样化需求。 氮化锆薄膜颜色绚丽， 具有良好的 耐磨性和耐腐蚀性，是汽车轮毂的理想镀膜材 料[1]。 常用的汽车轮毂镀膜工艺有涂漆或电镀， 但涂漆膜 层硬度低、耐磨性差，电镀膜层气孔多不够致密，易 发 生 氢 脆 ，且 两 种 工 艺 制 备 过 程 均 严 重 污 染 环 境 [2-4]。 磁控溅射所制得的薄膜均匀致密，耐磨性好，同时该 工艺可以有效降低传统电镀镀膜法对水体产生的污 染 ，是 镀 膜 工 艺 清 洁 生 产 的 重 要 发 展 方 向 [5-6]。 喷 涂 介 质漆是汽车轮毂镀膜的常规前处理工艺， 可提高轮 毂表面光亮度与平滑度， 并封堵气孔提高轮毂耐腐 蚀能力。本课题组的前期研究表明，在介质漆表面制 备的磁控溅射 ZrN 薄膜膜基结合力差、 易剥落，经 涂清漆烘烤等后处理工序后还存在开裂、 翘皮等问
薄膜制备在 SP-0707 中频磁控溅射真空镀膜机 中进行。 靶材选用纯度 99.99%的纯 Cr、纯 Ti、纯 Al 和纯 Zr。 镀膜前用低靶电流、高基体电压、低离子束 流清洗工件表面，时间 5 min。 镀膜分两步进行，第一 步打开过渡层金属靶， 分别沉积 1 min 的纯 Cr、纯 Ti 和纯 Al 过渡层；第二步关闭过渡层金属靶，打开
《热加工工艺》 2015 年 5 月 第 44 卷 第 10 期
过渡层对介质漆表面的 ZrN 薄膜膜基
结合力的影响
张 艺, 孙维连, 孙 铂, 梁 杨, 马志凯
(河北农业大学 机电工程学院, 河北 保定 071001)
摘 要：采用磁控溅射技术在涂有介质漆的铝合金表面制备纯 Al、Ti、Cr 过 渡 层 ，在 过 渡 层 上 溅 射 ZrN 薄 膜 ，并 用 划痕法测量不同复合薄膜的膜基结合力。 测试结果表明，制备了过渡层的 ZrN 薄膜与介质漆间膜基结合力均能得到改 善。 具有 Al 过渡层的复合膜层膜基结合力超过 50 N，解决了开裂、翘皮、剥落等问题，为提高 ZrN 薄膜与涂有介质漆的 铝合金表面膜基结合力提供有效途径。
图 1 介质漆 /ZrN 薄膜的划痕光学形貌及摩擦力信号 Fig.1 Scratching surface micrograph and the frictional
force curves of mediator-lacquer/ZrN film
准确。 为验证结合力测量的准确性，对于介质漆 /ZrN
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Hot Working Technology 2015, Vol.44, No.10
纯 Zr 靶，并向真空室中通入 N2，沉积 3min 的 ZrN 薄 膜。 ZrN 复合薄膜制备工艺参数为：溅射功率 5 kW，N2 流量 15 mL/min，基体偏压 150 V。 镀膜结束后，通过 光电轮廓仪测量复合薄膜的厚度；使用 WS-2500 划 痕仪测量各复合薄膜的膜基结合力， 采用单向动态 加载方式，最大载荷 50 N，划痕长度 4 mm，加载速度 50 N/min； 使用金相显微镜观察分析划痕的裂纹和 剥落特征，定性评价膜层结合性能。
薄膜在同等试验条件下进行多次划痕试验， 结果取 均值得到介质漆 /ZrN 薄膜结合力约为 8.45 N。
图 2 为介质漆 /Cr/ZrN 复合薄膜的划痕光学形貌 及其摩擦力信号。 由图 2(a)可见，划痕在约 1.3 mm 处
(a)
裂纹
500 μm
800
(b)
700
600
500
CPS→
400
300
200
force curve of the mediator-lacquer/Ti/ZrN film
介质漆 /Ti/ZrN 复合薄膜结合力， 其膜基结合力平 均为27.33 N。
图 4 为介质漆 /Al/ZrN 复合薄膜划痕光学形貌 及其摩擦力信号。 由图 4(a)可见，介质漆 /Al/ZrN 薄 膜在压头作用下变形均匀，直到约 3.7 mm 处才开始 出现犁沟， 根据划痕形貌计算得介质漆 /Al/ZrN 薄 膜的结合力 Lc' 为约 47 N。 由图 4(b)可见，摩擦力信 号曲线在约 7.5 N 处出现第一拐点 Lc1，即 ZrN 与 Al 过渡层的结合 力为 7.5 N， 随后曲 线斜率无 明显变 化，同时划痕除末端外变形均匀无裂纹，可见 Al 过 渡层与介质漆衬底的结合力超过 50 N，同时犁沟现 象出现于划痕末端附近， 并未见薄膜破损，故以摩 擦力信号为准， 即介质漆 /Al/ZrN 复合薄膜的膜基 结合力大于 50 N，明显优于具有其它过渡层的复合 薄膜。
(a)
剥落
犁沟
500 μm
1200
(b)
1000
800
600
400
200
0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 载荷 /N
图 3 介质漆 /Ti/ZrN 薄膜的划痕光学形貌及摩擦力信号 Fig.3 Scratching surface micrograph (a) and the frictional
通过制备与衬底键合类型差异小、 浸润性良好的过 渡层可以显著提高薄膜的附着力[8-10]。 本文旨在研究 不同过渡层对改善 ZrN 薄膜的膜基结合力的影响， 寻 找 提 高 ZrN 薄 膜 与 涂 有 介 质 漆 的 铝 合 金 基 体 结 合力的有效途径。
1 实验材料与方法
采用已涂覆介质漆的 A356 铝合金片为基体材 料， 将其加工成 100 mm × 50 mm × 2 mm 的试样，经 超声波清洗、吹干后放入真空室。
关键词：ZrN 薄膜； 过渡层； 结合力 DOI: 10.14158/j. cnki. 1001-3814. 2015. 10. 054
中 图 分 类 号 ：TG174.444
文 献 标 识 码 ：A
文 章 编 号 ：1001-3814(2015)10-0189-04
Influence of Transition Layers on Adhesion Force of ZrN Film on
现其在长度约 0.5 mm 附近处露出黑色介质漆衬底，
根据形貌法计算得其 Lc' 约为 6.6 N。 可见由形貌法
计算得到的临界载荷 Lc' 与划痕法测得的临界载荷
Lc 相近，说 明压头滑动 过程中无障 碍 ，
(b)
800
CPS→
600
400
200
0
-200 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 载荷 /N
加载方向出现失效时的划痕长度。
图 1 为不具备 过渡层的介 质漆 /ZrN 薄膜的 划
痕光学形貌与其摩擦力信号。 由摩擦力信号曲线可
以看出，当载荷为 8.7 N 时，摩擦力信号曲线上出现
第一 个拐点，表 明 此 时 ZrN 薄 膜 被 划 破 ，记 为 介 质
漆 /ZrN 薄膜的临界载荷 Lc。 同时观察划痕形貌，发
现拐点， 拐点处载荷即为膜基结合力临界载荷 Lc。
但大颗粒等异常位置处加载也会导致拐点出现，因
此还需要结合划痕的形貌，判断临界载荷是否准确。
根据划痕形貌计算的临界载荷定义为 Lc'，表示
在显微镜观察下沿划痕加载长度开始出现失效的临
界条件。 其计算公式可表示为：
Lc'= a L
Lmax
(1)
式中：Lmax 为最大载荷；L 为划痕总长； a 表示沿划痕
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《热加工工艺》 2015 年 5 月 第 44 卷 第 10 期
CPS→ CPS→
出现裂纹， 压头对薄膜的摩擦作用使得压头划过后 薄膜内产生拉应力， 拉应力超过薄膜的剪切强度后 使薄膜产生裂纹。 采用划痕形貌计算得到的 Lc' 约 为 16.3 N。 由图可见，摩擦力信号曲线在 7.5 N 处产 生第一个转折，即 Lc1 为 7.5 N，说明 ZrN 层与 Cr 过 渡层的结合力为 7.5 N。 随 后， 摩擦力 信号曲线在 15.8 N 处出现第二个拐点 Lc2， 即 Cr 过渡层与介质 漆衬底的结合力为 15.8 N。 结合划痕形貌与摩擦力 信号，可知划痕法测量准确。 对介质漆 /Cr/ZrN 复合 薄膜进行多次划痕试验， 测得的复合薄膜结合力平 均为 15.73 N， 可见具有 Cr 过渡层的复合薄膜结合 力明显优于介质漆 /ZrN 薄膜。