等离子体浸没离子注入与沉积合成碳化钛薄膜的摩擦磨损性能研究
单晶硅表面等离子体基离子注入碳纳米薄膜的摩擦学特性
单晶硅表面等离子体基离子注入碳纳米薄膜的摩擦学特性IntroductionSingle-crystal silicon is a widely used material in various technological applications due to its desirable mechanical properties. However, its poor tribological behavior under sliding friction hinders its widespread use. Surface modification techniques such as ion implantation have been applied to enhance its tribological behavior. In this study, we investigated the frictional characteristics of carbon nanofilm implanted on a single-crystal silicon surface by plasma-based ion implantation.Experimental MethodsThe experiments were conducted using a plasma-based ion implantation system. The single-crystal silicon samples were cleaned and then implanted with carbon ions with varying energies and doses. The surface morphology and chemical composition of the implanted samples were characterized using scanning electron microscopy (SEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The tribological properties of the implanted samples were evaluated by performing friction and wear tests using a ball-on-disk tribometer under dry sliding conditions.Results and DiscussionThe SEM images showed that the implanted samples exhibited a rougher surface compared to the unimplanted ones. The XPS analysis confirmed the presence of carbon on the implanted samples. The friction and wear tests revealed that the implantedsamples exhibited reduced friction coefficients and wear rates compared to the unimplanted samples. The reduced friction was attributed to the formation of a carbon-rich layer on the surface of the implanted samples, which acted as a solid lubricant during sliding. The reduced wear rate was attributed to the increased surface hardness of the implanted samples due to carbon ion implantation.ConclusionThe plasma-based ion implantation technique was successfully used to implant carbon ions on the single-crystal silicon surface. The implanted samples exhibited enhanced tribological behavior, including reduced friction coefficients and wear rates, compared to the unimplanted ones. The improved tribological behavior was attributed to the formation of a carbon-rich layer on the surface and the increased surface hardness due to ion implantation. We conclude that plasma-based ion implantation is an effective surface modification technique for improving the tribological behavior of single-crystal silicon.Furthermore, the specific implantation parameters used in this study, i.e., energy and dose, can be optimized to achieve even better tribological properties. For example, increasing the energy of the implanted ions can result in a deeper implantation and hence a thicker carbon-rich layer on the surface. Similarly, increasing the dose can result in a higher concentration of carbon atoms on the surface, which can lead to further reduction in friction and wear.The use of ion implantation for surface modification has several advantages over other traditional techniques such as coating orsurface texturing. Unlike coatings, ion implantation does not introduce a separate layer on the surface, which can delaminate or wear off over time. In contrast, implanted atoms become part of the substrate material, resulting in a more durable modification. Additionally, the surface texturing technique relies on creating grooves or patterns on the surface, which may not be applicable or effective for all materials or applications.In conclusion, the plasma-based ion implantation technique has been shown to be a promising surface modification technique for enhancing the tribological behavior of single-crystal silicon. This technique has the potential to be applied to other materials and can be optimized for specific applications. Future work can focus on optimizing the implantation parameters, investigating the long-term durability of the implanted surfaces, and exploring the applications of this technique in different technological fields.In addition to silicon, plasma-based ion implantation has been applied to a wide range of materials such as metals, polymers, ceramics, and semiconductors to modify their surface properties for various applications. For example, ion implantation has been used to improve the wear resistance and corrosion resistance of stainless steel, increase the hardness and scratch resistance of polymeric materials, and enhance the adhesion and surface energy of ceramics.Moreover, ion implantation can also be used to tailor the surface properties of materials for specific applications in microelectronics, optoelectronics, and biomedicine. In microelectronics, ion implantation is commonly used to modify the electrical properties of semiconductors such as silicon and gallium arsenide for devicefabrication. In optoelectronics, ion implantation can be used to create waveguides or modify the refractive index of optical materials for photonic devices. In biomedicine, ion implantation can be employed to modify the surface chemistry and topography of implant materials to enhance their biocompatibility and reduce the risk of rejection.In conclusion, plasma-based ion implantation provides a versatile and effective surface modification technique for various materials and applications. Its benefits include improving wear resistance, corrosion resistance, hardness, scratch resistance, adhesion, surface energy, and biocompatibility, among others. The technique can be optimized for specific applications and has potential in a wide range of technological fields. Future research should focus on further understanding the fundamental mechanisms of ion implantation and developing new implantation techniques to address emerging needs in different industries.One area where plasma-based ion implantation has shown potential is in the development of new types of functional coatings. Functional coatings are thin layers of material applied to surfaces in order to impart specific properties such as increased durability, improved friction, or enhanced thermal insulation. Plasma-based ion implantation can be used to create such coatings through a process known as ion beam assisted deposition.Ion beam assisted deposition involves bombarding a surface with high-energy ions while simultaneously depositing a thin film of material onto it. This bombardment modifies the surface properties of the material, allowing the deposited film to adhere more strongly and exhibit improved functional properties.One example of a functional coating that can be created through ion beam assisted deposition is a superhydrophobic coating. Superhydrophobic coatings are highly water-repellent, and can be used in applications such as self-cleaning surfaces, anti-fogging coatings, and water-resistant textiles. By using plasma-based ion implantation to modify the surface properties of a material, it is possible to create a highly rough surface with a variety of different structures that can prevent water from adhering to it.Another area where plasma-based ion implantation has shown promise is in the development of advanced energy materials. By modifying the surface properties of materials such as silicon, lithium, and aluminum, it is possible to create materials with improved energy storage properties. For example, by using ion implantation to create a highly porous silicon surface, researchers have been able to create silicon anodes for lithium-ion batteries with significantly improved performance.In conclusion, plasma-based ion implantation is a versatile technique with promising applications in a variety of fields. By modifying the surface properties of materials, it is possible to create coatings with improved functional properties and advanced energy materials with improved performance. Continued research in this area has the potential to lead to the development of new materials and technologies with a wide range of practical applications.In addition to functional coatings and energy materials, plasma-based ion implantation has also shown potential for use in the biomedical field. By modifying the surface properties of medical implants, it may be possible to improve biocompatibilityand reduce the risk of rejection or infection. For example, an ion-implanted titanium surface could have improved osseointegration and reduce implant failure rates.Furthermore, plasma-based ion implantation can also be used in the field of microelectronics to improve device performance. By modifying the surface properties of electronic components, it is possible to improve their conductivity and reduce power consumption. This can lead to smaller, more efficient devices that have better battery life and can be used in a wider range of applications.Finally, plasma-based ion implantation has potential in the field of environmental science. By modifying the surface properties of materials such as membranes and filters, it is possible to create materials with improved filtration properties. This can lead to more efficient water and air filtration systems that have a smaller environmental footprint.Overall, plasma-based ion implantation is a promising technology that has the potential to unlock new innovations in a wide range of fields. Continued research and development will be needed to fully understand its capabilities and limitations, but the potential benefits make it an exciting area to watch in the coming years.。
钛合金摩擦磨损及改善技术的研究进展
钛合金摩擦磨损及改善技术的研究进展作者：余成君来源：《现代盐化工》2020年第03期摘要：从钛合金摩擦磨损的外部影响因素以及摩擦过程产物出发，综述了有关钛合金摩擦磨损性能与机理的研究认识，总结了当下较为常用的4类表面处理方法，即表面改性技术、表面涂镀技术、表面合金化技术以及表面复合处理技术。
最后指出了当前改善技术存在的不足，并对钛合金摩擦磨损性能的研究方向作出了展望。
关键词：钛合金;摩擦磨损机理;表面处理技术钛合金自20世纪50年代实现工业生产之后，由于其具备生物相容性、超导、储氢、形状记忆等独特功能，而被广泛应用在医疗器械、化工、航天航空、舰船等领域[1]，成为一种不可或缺的材料。
一直以来，由于钛合金的低摩擦学属性，在实际工业应用中，钛合金的表面很容易发生摩擦磨损[2]，钛合金的摩擦磨损性能较差可认为有以下几个原因：（1）加工硬化率及塑性剪切抗力低。
（2）摩擦过程闪温致使氧化膜脆弱易脱落。
（3）表面硬度较差。
钛合金应用越广泛，所产生的磨损问题越多、越复杂[3]。
因此，理解并掌握钛合金在不同使用环境中的摩擦磨损机理是改善钛合金摩擦磨损性能的重要研究步骤，但是在当前关于钛合金摩擦磨损机理的有限研究中，许多解释还存在不统一的状况。
因此，本研究对当前的研究状况进行了综述，并根据影响因素总结了一些常用的表面处理技术。
1 钛合金的摩擦磨损钛合金因其优异的性能而在诸多领域得到了广泛的应用，然而，每种材料都有其优缺点。
钛合金因表面硬度较低、摩擦磨损性能较差，在很多情况下并不能满足实际生产要求。
针对钛合金摩擦磨损性能不足这一缺点，研究者做了大量研究，主要是为掌握钛合金摩擦磨损的机理，从而为改善钛合金的低摩擦学性能提供理论依据，钛合金的摩擦磨损形式主要有：冲蚀磨损、腐蚀磨损、粘着磨损、疲劳磨损以及微动磨损等[4]，在通常情况下，这几种形式的磨损是同时发生的，工况条件不同，磨损形式的主次也不同。
2 钛合金摩擦磨损的影响因素2.1 外部条件的影响因钛合金的塑性剪切抗力及加工硬化率较低，实际服役过程中，影响钛合金摩擦磨损性能的因素主要有载荷、位移幅值、温度、环境介质、对磨材料等。
脉冲直流等离子体增强化学气相沉积Ti―Si―N纳米薄膜的摩擦磨损特性
脉冲直流等离子体增强化学气相沉积Ti―Si―N纳米薄膜的摩
擦磨损特性
脉冲直流等离子体增强化学气相沉积Ti―Si―N 纳米薄膜的摩擦磨损特性最近受到了广泛关注。
为了探究这种纳米薄膜的摩擦磨损特性，我们采用脉冲直流等离子体增强化学气相沉积法制备Ti―Si―N纳米薄膜样品。
该样品的表面形貌、组成及
结构等表征结果显示：纳米样品表面具有扁平程度较高的特点，表面没有明显的氧化反应，样品的结晶性和晶格参数也得到了检验。
此外，我们利用超声阻尼模式来研究纳米薄膜在摩擦
磨损中的性能，研究结果显示，当相对运动速度Vr为0.2m/s 时，Ti―Si―N纳米薄膜的摩擦系数κ比基底材料要大。
同时，研究表明Ti―Si―N 纳米薄膜的摩擦磨损量比基底材料要小。
此外，磨损量还与加载重量（W）呈正比关系、相对运动速度（Vr）呈负比关系，而且还发现在低摩擦系数状态下，样品
的摩擦磨损量会增大。
综上所述，Ti―Si―N纳米薄膜具有良
好的摩擦磨损特性，它的摩擦系数要大于基底材料，而且摩擦磨损量要小于基底材料，同时在摩擦特性方面，薄膜的性能随摩擦力和相对运动速度的变化而变化。
离子束增强沉积Ni、Ti纳米金属薄膜的表面形貌与摩擦特性研究
离子束增强沉积Ni、Ti纳米金属薄膜的表面形貌与摩擦特性研究夏冬生;张会臣;孙昌国;高玉周;严立【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2007(032)004【摘要】在原子力显微镜上对采用离子束增强沉积方法制备的Ni、Ti纳米金属薄膜的形貌进行了观察,应用分形理论分析了薄膜表面的分形特征,并且对金属薄膜的纳米摩擦特性进行了研究,分析了载荷和表面力对金属薄膜摩擦特性的影响.结果表明,Ti薄膜晶粒细小,表面平整,而Ni薄膜表面粗糙.Ni、Ti沉积薄膜表面具有显著分形特征,各向同性.Ni、Ti纳米薄膜的摩擦力均随载荷的增大而增大,并且都存在一个临界载荷值,超过这个值,摩擦力急剧增加.将分形理论和接触力学JKR模型结合,对纳米金属薄膜摩擦的临界载荷进行的预测与实验结果具有相同的趋势.【总页数】5页(P97-101)【作者】夏冬生;张会臣;孙昌国;高玉周;严立【作者单位】大连海事大学机电与材料工程学院,辽宁大连,116026;大连海事大学机电与材料工程学院,辽宁大连,116026;大连海事大学机电与材料工程学院,辽宁大连,116026;大连海事大学机电与材料工程学院,辽宁大连,116026;大连海事大学机电与材料工程学院,辽宁大连,116026【正文语种】中文【中图分类】TG115【相关文献】1.Si表面离子束辅助沉积Ti纳米膜的研究 [J], 白彬;陆雷;严东旭;张厚亮;梁红伟2.离子束增强沉积纳米金属薄膜的摩擦特性 [J], 张会臣;高玉周;孙昌国;刘莎;严立3.离子束溅射沉积Ti-Ni薄膜及其电化学性能的研究 [J], 崔岩;牟宗信;邹学平;李国卿4.离子束混合增强陶瓷基体上金属薄膜附着力的研究 [J], 王齐祖;陈玉峰5.离子束增强沉积制备碳化硼及C—B—Ti化合物薄膜的结构与力学性能… [J], 王宇;尤大纬因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
碳化钛掺杂的铁基复合涂层的制备及其耐磨性能研究
碳化钛掺杂的铁基复合涂层的制备及其耐磨性能研究
陈悦;刘海生;肖猛
【期刊名称】《热喷涂技术》
【年(卷),期】2022(14)3
【摘要】采用“喷雾造粒+等离子球化”复合工艺,成功制备了环境友好且价格低
廉的TiC/316L复合粉末,并采用超音速火焰喷涂工艺沉积了复合涂层。
利用扫描电镜、维氏硬度计、往复式摩擦磨损仪表征了该复合粉末及涂层的微观结构、力学性能及耐磨性能。
结果表明,新工艺制备的TiC/316L金属陶瓷复合粉末具有高球形度、高致密及陶瓷相分布均匀的特点,可直接应用于热喷涂。
TiC/316L复合涂层的孔隙率为0.75%,硬度为860HV_(0.3),磨损率为5×10^(-5)mm^(3)N^(-1)m^(-1);相
比于316 L不锈钢涂层,上述指标均大幅提升。
其原因在于:(1) TiC掺杂改善了铁基粉末的熔化程度,大幅提升粉末的扁平化率;(2) TiC陶瓷相沉积时表现出喷丸效应,
进一步致密化涂层;(3) TiC掺杂抑制了复合涂层的层状剥落。
【总页数】9页(P30-37)
【作者】陈悦;刘海生;肖猛
【作者单位】广东省科学院工业分析检测中心;松山湖材料实验室;华南理工大学【正文语种】中文
【中图分类】TG174.4
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1.真空熔烧钴基合金--碳化钨复合涂层材料的耐磨性能研究
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5.我国专门矫治教育中的权力行使与权利保护之维
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等离子体浸没离子注入与沉积合成TiN薄膜的滚动接触疲劳寿命和机械性能
等离子体浸没离子注入与沉积合成TiN薄膜的滚动接触疲劳寿命和机械性能刘洪喜;蒋业华;周荣;周荣锋;金青林;汤宝寅【期刊名称】《金属学报》【年(卷),期】2008(44)3【摘要】采用等离子体浸没离子注入与沉积(PIII&D)技术在AISI 52100轴承钢表面合成了高硬耐磨的TiN薄膜.膜层元素分布、化学组成和表面形貌分别用XRD,XPS表征.合成薄膜前后试样的滚动接触疲劳寿命和摩擦磨损性能分别由球棒疲劳磨损试验机和球-盘磨损试验机测定;疲劳破坏后的微观形貌通过SEM观察;薄膜力学性能经纳米压痕和纳米划痕实验评价.结果表明,TiN膜中还含有少量的TiO_2和Ti,N,O的化台物.在优化条件下,TiN膜层致密均匀,与基体结合良好,纳米硬度和弹性模量分别达到25和350 GPa;最低摩擦系数由基体的0.92下降到0.2.被处理薄膜试件在90%置信区间下的最大L_(10),L_(50),L_a和(?)寿命较基体分别提高了约4.5,1.8,1.3和1.2倍,疲劳寿命的分散性得到了显著改善.【总页数】6页(P325-330)【关键词】等离子体浸没离子注入与沉积;TiN薄膜;机械性能;滚动接触疲劳寿命;轴承钢【作者】刘洪喜;蒋业华;周荣;周荣锋;金青林;汤宝寅【作者单位】昆明理工大学机电工程学院,昆明650093;哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室,哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】TG172.444【相关文献】1.等离子浸没离子注入沉积纳米TiN薄膜的机械性能研究 [J], 万国江;黄楠;冷永祥;杨萍;陈俊英2.等离子体浸没离子注入和沉积技术制备TiN薄膜研究 [J], 冷永祥;孙鸿;徐禄祥;裘叶军;陈俊英;黄楠3.等离子体浸没离子注入与沉积合成碳化钛薄膜的摩擦磨损性能研究 [J], 刘洪喜;汤宝寅;王小峰;王浪平;于永泊告;王宇航;孙韬4.氮等离子体浸没离子注入技术改善轴承钢滚动接触疲劳寿命和机械性能的研究[J], 刘洪喜;李小棒;李琪军5.金属等离子体浸没离子注入与沉积技术合成类金刚石薄膜研究 [J], 刘洪喜;汤宝寅;王浪平;王小峰;于永澔;孙韬因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
浅谈等离子体浸没离子注入技术及其应用
摘要:等离子浸没离子注入技术是一种新型的离子注入技术，有着自己独特的优点，目前已成为热点研究领域，其主要应用于对材料表面处理以提高其磨损性能。
本文简要阐述了等离子体浸没离子注入技术，并就其在表面改性领域中的广泛应用进行了分析与探究。
关键词:等离子体浸没与注入应用技术1等离子体浸没离子注入技术等离子体俗称物质存在的第四态，是指在一定强度的电场作用下，气体中的原子受到激发，内部带点粒子发生加速运动相互碰撞后进行能量传递，最后电离放电而形成的一种物质。
等离子体在常规条件下是不可能产生的，必须在特殊条件下才能形成。
而等离子体注入，就是等离子体的一种应用领域，也是目前运用比较多的一种表面改性处理技术，是通过向基体注入外来离子而改变基体材料表面组成成分以及结构，达到改变基体材料各种性能的目的。
等离子体浸没离子注入英文简称为PIII，其设备由等离子体源、脉冲电源、真空室以及真空泵四大部门组成。
将样品置入实验真空室内，并安装在特定需要的位置，当真空抽至所需要求时，将工作气体通入真空室内，通过射频耦合等多种方式将通入的气体电离成等离子体。
由于等离子体在真空室内处于弥漫状态，因此可以达到样品完全浸没气体的目的。
向样品表面施加负脉冲偏压，等离子体在负偏压的电场作用下，电子向真空室壁运动，正离子向样品表面停留，便形成了一层厚度较厚的正离子鞘层。
此时，正离子在电场作用下获得能力，垂直入射到样品表面，达到了样品表面注入离子的目的。
与传统的离子注入技术相比，PIII有着独特的优点。
在实验过程中不需要旋转样品，因为在真空室内形成的等离子是属于弥漫型，能达到360°浸没与注入的效果；可以加工形状复杂的样品；所加偏压高，足以满足正离子注入样品表面，与原有粒子发生结合形成新的金相组织结构，既能保持样品材料原有性能、表面光洁度和尺寸，又能以改变这种材料表面的物理，化学及机械性能。
2等离子体浸没离子注入技术的应用1987年，rad教授在美国提出了PIII技术，运用至今，已有多年历史，并是当前表面改性的热点，以其设备简单、效率高、成本低的特点广泛应用于各种领域。
钛合金摩擦磨损性能及减磨方法研究进展
钛合金摩擦磨损性能及减磨方法研究进展
刘雨薇;吴霞;陈纪云;靳爽;李淳;孙园植
【期刊名称】《表面技术》
【年(卷),期】2024(53)12
【摘要】钛合金具有比强度高、抗腐蚀性强、耐高温以及生物相容性好等优点,在汽车制造、生物医疗等众多领域具有重要应用。
但钛合金的摩擦磨损性能较差,会影响机械系统的使用寿命和可靠性。
首先论述了摩擦磨损过程中摩擦层的形成过程以及摩擦层对钛合金磨损机理的作用,分析了润滑条件、环境温度、滑动速度、载荷等工况条件对钛合金摩擦磨损性能的影响规律。
其次,对比总结了钛合金减磨的常见工艺方法及优缺点,指出了当前钛合金磨损机理研究和性能改善方面存在的问题。
最后,对今后的研究工作进行了展望:将实验与仿真相结合,阐明钛合金摩擦层和磨损机理的动态变化规律;考虑各种环境因素对钛合金磨损机理的影响,完善钛合金磨损机制图;通过对多种技术协同配合时的工艺参数进行优化,促进钛合金表面强化复合技术的发展,从而提升钛合金的耐磨减摩性能。
【总页数】21页(P1-21)
【作者】刘雨薇;吴霞;陈纪云;靳爽;李淳;孙园植
【作者单位】中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院;北京理工大学机械与车辆学院
【正文语种】中文
【中图分类】TB34
【相关文献】
1.半金属摩擦材料的摩擦磨损性能及磨屑形貌
2.植保喷头材料磨损性能及减磨方法研究
3.钛合金的摩擦磨损性能及其改善方法
4.深冷处理对钛合金力学性能及摩擦磨损性能的影响
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离子束增强沉积纳米金属薄膜的摩擦特性
离子束增强沉积纳米金属薄膜的摩擦特性张会臣;高玉周;孙昌国;刘莎;严立【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2004(014)008【摘要】在原子力显微镜上对采用离子束增强沉积方法制备的4种纳米金属薄膜的摩擦特性进行了研究,分析了载荷和滑动速度对金属薄膜摩擦特性的影响,并对4种纳米金属薄膜的特性进行了比较.结果表明:铜薄膜的摩擦力随着滑动速度的增加而基本保持不变,镍薄膜的摩擦力随着滑动速度的增加而略有增加,钛薄膜的摩擦力随着滑动速度的增加而显著增加,而铝薄膜的摩擦力随着滑动速度的增加而减小;4种纳米薄膜的摩擦力均随着载荷的增大而增大,并且都存在一个载荷值,超过这个值,接触刚度增大,摩擦力急剧增加;4种薄膜中,铜薄膜的摩擦力最小,铝薄膜在载荷较大时的摩擦力最大;4种纳米金属薄膜摩擦特性的差异与薄膜的结构、形貌特征有关.【总页数】5页(P1400-1404)【作者】张会臣;高玉周;孙昌国;刘莎;严立【作者单位】大连海事大学,材料工艺研究所,大连,116026;大连海事大学,材料工艺研究所,大连,116026;大连海事大学,材料工艺研究所,大连,116026;大连海事大学,材料工艺研究所,大连,116026;大连海事大学,材料工艺研究所,大连,116026【正文语种】中文【中图分类】TG115【相关文献】1.离子束增强沉积Ni、Ti纳米金属薄膜的表面形貌与摩擦特性研究 [J], 夏冬生;张会臣;孙昌国;高玉周;严立2.用聚焦离子束直接沉积金属薄膜 [J], 张正模3.离子束混合增强陶瓷基体上金属薄膜附着力的研究 [J], 王齐祖;陈玉峰4.离子束增强沉积纳米Fe—N磁性膜 [J], 李贵斌;雷明凯5.用离子束沉积法合成氮化硼的摩擦特性 [J], 陈德春因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
铀表面等离子体浸没离子注入沉积制备氮化层+Ti／TiN多层膜的结构与性能
氮化 ， 再沉积 Ｔ ＴＮ多层膜。利用扫描 电镜和 ｘ射线衍射分析 了薄膜的形貌和组织结构 ； ｉｉ ／ 对薄膜的摩擦磨损和抗
湿 热腐蚀 性能进行 了测试 。结果表 明 ： 薄膜表 面致 密 ， 面 晶粒 柱 状 生 长方 式被 阻 断 ， 界 晶粒 细化 ； 膜 为 Ｔ 和 ＴＮ 薄 ｉ ｉ 的双相 结构 ， 射谱 中 出现 了 Ｕ 和 Ｕ Ｎ 衍 Ｏ 的衍 射峰 ； 薄膜 大 大提 高 了铀 基 体 的摩 擦磨 损 和抗 湿 热腐 蚀性 能 ， 调制
４ ０Ｖ。通 过 改变 １个周 期 内 Ｔ 和 ＴＮ的 沉积 时 间 ０ ｉ ｉ
和 Ｔ／ ｉ 沉积 周 期 数 ， 到 了 ２ 不 同调 制周 期 的 ｉＴＮ的 得 组 Ｔ／ ｉ ｉＴＮ多层膜 。其 中 ， 号 薄膜 样 品 １个 周期 内沉积 ６ １ ｍｉ Ｔ， ｉ ｉ 沉积 ６个 周期 ； ｎ ｉ５ｍｎＴＮ， ２号薄 膜样 品 １个周 期 内沉 积 ６ｍｉ Ｔ，０ｍｎＴＮ， ｎ ｉ１ ｉ ｉ 沉积 ４个周 期 。
晶粒细 化 ， 密性提 高 ， 致 性能 有 较大 提 高 Ｊ 。等 离子 体
浸没离 子注入 沉积 （ Ｉ ＆Ｄ） ＰＩ Ｉ 技术 是 近 年来 发 展 的一 种
Ａ 对其 表 面溅射 清洗 ０５ｈ去 除表 面残 留 的氧 化物 。 ｒ ． 采用 阴极 灯丝 等离 子体 源对 基材 表面注 氮 ， 注人 时 间 ２
０ ０ ２０ ０ ３ ０ ０ ２５ ．０ ００ ｌ ０ ． ０ ． ２ ｘ
＜０ ０ ｌ０ ＜ ．０ ． ０ ００ １ ０
新 型复合 成膜 技 术 ｊ镀 膜 前 先 对 基 体 表 面 进 行 离 子 ，
注入 ， 获得新 的物 相 层 ， 高膜 基 结 合 力 ， 著 改 善 可 提 显 薄膜 的摩擦 磨损 和抗腐 蚀等性 能 ¨ 。氮离 子注 人和制 备 Ｔ／ ｉ ｉＴＮ多 层膜 都 曾应 用 于 铀 的表 面 改性 研究 中 ， 但
钛金属表面MAO_DLC复合膜层的设计制备及摩擦学行为研究
摘要摘要钛金属广泛应用于航空、舰船等领域，但其表面硬度低，摩擦学性能差，这限制了其在机械传动领域的应用。
为了改善钛金属表面摩擦学性能，本文采用交/直流微弧氧化(MAO)和物理气相沉积技术在钛金属表面设计制备了交/直流MAO膜层和微弧氧化/类金刚石碳(MAO/DLC)复合膜层，研究交流MAO电参数对膜层生长行为的影响规律，以及交流和直流MAO/DLC复合膜层的微观结构与摩擦学性能。
结果表明，交流和直流MAO膜层均为表面多微孔，内层致密，外层疏松的结构。
在NaAlO2+NaOH电解液体系下，随着脉冲电压和占空比的增大，交流MAO膜层的厚度、表面粗糙度和微孔孔径均呈增大趋势。
随着脉冲频率的增大，交流MAO膜层的表面粗糙度和微孔孔径增大，但膜层厚度呈先增后减的趋势。
通过在交/直流MAO膜层表面沉积DLC来改善MAO膜层的微观结构。
结果表明，DLC沉积减小了交/直流MAO膜层的表面微孔尺寸，降低了膜层表面粗糙度和孔隙率，获得表面更为致密、平整的MAO/DLC复合膜层。
但DLC沉积对不同表面形貌MAO膜层的改善效果有所不同。
当MAO膜层表面较平整且微孔孔径较小时，DLC可以在MAO膜层表面形成较好的覆盖层，但在表面粗糙度较高和微孔孔径较大的MAO膜层表面则呈现明显的不连续分布。
不同表面形貌的交流MAO膜层摩擦学性能差异较大。
结果表明，MAO膜层的表面粗糙度越高，微孔孔径越大，则膜层的摩擦系数和磨损率越高。
DLC沉积显著改善了交流MAO膜层的摩擦学性能，但改善效果取决于MAO膜层的表面形貌。
当MAO膜层的表面粗糙度和微孔孔径较小时，沉积DLC可使其稳定摩擦磨损阶段的摩擦系数由0.85降低至0.24，磨损率降低71%。
而当膜层的表面粗糙度和微孔孔径较大时，摩擦系数由0.77~0.97降低至0.67，磨损率仅降低约9%。
研究了直流MAO/DLC复合膜层的微观结构与摩擦学性能。
结果表明，DLC沉积显著降低了直流MAO膜层的表面粗糙度和孔隙率。
钛合金表面等离子喷涂Al2O3-40%TiO2_陶瓷涂层的高温摩擦磨损性能
第52卷第12期表面技术2023年12月SURFACE TECHNOLOGY·351·钛合金表面等离子喷涂Al2O3-40%TiO2陶瓷涂层的高温摩擦磨损性能周志强1，郝娇山1*，宋文文1，孙德恩2，李黎1，蒋永兵1，张健1（1.重庆川仪调节阀有限公司，重庆 400707；2.西南大学 材料与能源学院，重庆 400715）摘要：目的研究温度对钛合金表面Al2O3-40%TiO2陶瓷涂层摩擦磨损性能的影响，探讨涂层在高温下的摩擦磨损机理。
方法采用大气等离子喷涂技术（APS）在TC4钛合金表面制备Al2O3-40%TiO2（AT40）陶瓷涂层。
采用扫描电子显微镜（SEM）和能量分散谱仪（EDS），对AT40陶瓷涂层中的微观形貌和物相进行定性分析。
借助维氏显微硬度计，研究 AT40陶瓷涂层在常温下的截面显微硬度分布规律，以及高温下的显微硬度。
采用多功能摩擦磨损试验机，测试AT40陶瓷涂层在200、350、500 ℃下的摩擦磨损性能，并进行原位在线自动3D形貌表征。
结果 AT40陶瓷涂层呈典型的热喷涂层状结构，各相分布均匀，涂层结构致密，平均显微硬度相较于TC4钛合金基材提高了81%。
AT40陶瓷涂层在200、350、500 ℃下的高温硬度分别为513HV0.3、463HV0.3、448HV0.3。
在200、350 ℃时，AT40陶瓷涂层的平均摩擦系数分别为0.18±0.02和0.38±0.03，磨损率分别为(7.8±0.01)×10–5 mm3/(N·m)和(37.2±0.01)×10–5 mm3/(N·m)，涂层具有优异的抗高温摩擦磨损性能。
500 ℃时，涂层的平均摩擦系数和磨损率分别为0.77±0.02和(134.4±0.01)×10–5 mm3/(N·m)，磨痕深度和磨损体积大幅增加，耐磨性能降低。
氮离子注入浓度对钛及其合金扭动微动磨损性能的影响
氮离子注入浓度对钛及其合金扭动微动磨损性能的影响李正阳;蔡振兵;吴艳萍;朱旻昊【期刊名称】《中国有色金属学报（英文版）》【年(卷),期】2017(027)002【摘要】通过等离子体浸没离子注入,在纯钛及Ti6Al7Ni和Ti6Al4V合金表面进行不同剂量的氮离子注入处理.采用ZrO 2球与未处理和处理的钛及其合金平面摩擦副,以小牛血清溶液作为模拟生理介质,进行扭动微动磨损试验.研究氮离子注入处理后钛及其合金表面的特征以及注入剂量对材料扭动微动性能的影响.结果表明:氮离子注入浓度和角位移幅值显着影响钛及其合金的扭动微动运行和损伤行为.随着氮离子浓度增加,扭动微动运行边界向小角位移幅值滑移,中心轻微磨损区减少.钛及其合金的磨损机理为氧化磨损、磨粒磨损和剥层,磨粒磨损是离子注入层的主要磨损机理.%Various doses of nitrogen ions were implanted into the surface of pure titanium, Ti6Al7Nb and Ti6Al4V, by plasma immersion ion implantation. Torsional fretting wear tests involving flat specimens of no-treated and treated titanium, as well as its alloys, against a ZrO2 ball contact were performed on a torsional fretting wear test rig using a simulated physiological medium of serum solution. The treated surfaces were characterized, and the effect of implantation dose on torsional fretting behavior was discussed in detail. The results showed that the torsional fretting running and damage behavior of titanium and its alloys were strongly dependent on the dose of the implanted nitrogen ions and the angular displacement amplitude . The torsional fretting runningboundary moved to smaller angular displacement amplitude, and the central light damage zone decreased, as the ion dose increased. The wear mechanisms of titanium and its alloys were oxidative wear, abrasive wear and delamination, with abrasive wear as the most common mechanism of the ion implantation layers.【总页数】12页(P324-335)【作者】李正阳;蔡振兵;吴艳萍;朱旻昊【作者单位】西南交通大学材料先进技术教育部重点实验室摩擦学研究所,成都610031;西南交通大学材料先进技术教育部重点实验室摩擦学研究所,成都610031;中国工程物理研究院,绵阳 621900;西南交通大学材料先进技术教育部重点实验室摩擦学研究所,成都 610031【正文语种】中文因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
等离子体基低能氮离子注入金属钛的耐点蚀性能
等离子体基低能氮离子注入金属钛的耐点蚀性能杨旭;夏飞;朱雪梅【摘要】采用等离子体基低能氮离子注入技术对纯Ti试样进行表面处理,研究了氮离子注入改性层在3.5％NaCl溶液中的耐点蚀性能及钝化膜的稳定性.结果表明:等离子体基低能氮离子注入纯Ti试样表面形成了厚度约为2μm的Ti2 N相改性层;在3.5％NaCl溶液中,与金属Ti相比,Ti2 N相改性层电化学交流阻抗谱(EIS)的容抗弧直径及|Z|值增加,相位角平台变宽,利用等效电路Rs-(Rp//CPE)拟合的电极电阻由6.44×104Ω·cm 2增大至2.26×105Ω·cm 2,电极反应阻力增大,耐点蚀性能提高.随着浸泡时间的增加,Ti2 N相改性层钝化膜电阻相近,皆保持在105Ω·cm 2量级,呈现良好的稳定性.【期刊名称】《大连交通大学学报》【年(卷),期】2018(039)005【总页数】4页(P38-41)【关键词】等离子体基低能氮离子注入;金属Ti;点蚀;电化学交流阻抗谱(EIS)【作者】杨旭;夏飞;朱雪梅【作者单位】大连交通大学材料科学与工程学院,辽宁大连 116028;大连交通大学材料科学与工程学院,辽宁大连 116028;大连交通大学材料科学与工程学院,辽宁大连 116028【正文语种】中文0 引言钛及其钛合金具有高的比强度、比韧性，良好的耐蚀性、焊接性，以及无磁、抗弹、透声等特性，大多被用于航空、船舶、医疗等高科技领域.但钛合金也存在一些缺陷，如硬度低，耐磨性差，因此，包括磁控溅射、微弧氧化、激光表面处理、离子注入等表面改性技术相继用以提高其耐磨性能[1- 5].作为一种新型的低温、低压表面改性方法，等离子体基低能氮离子注入技术可在金属表面形成高氮面心相或化合物，从而使其具有耐磨损腐蚀复合性能[6- 8]，对钛及其钛合金进行氮离子注入表面改性可以显著提高它的耐磨性[9]，但是关于表面改性层的耐点蚀性能的研究较少.本文采用等离子体基低能氮离子注入技术对纯Ti试样在700℃进行表面渗氮处理，时间为4 h，同时采用电化学交流阻抗(EIS)测试技术和ZsimpWin软件拟合技术研究注入改性层在3.5% NaCl溶液中的耐点蚀性能及钝化膜的稳定性.1 实验方法实验材料选用纯金属Ti，试样尺寸为20 mm×6 mm，表面采用水砂纸精磨至1 000#，1 μm精度金刚石抛光膏抛光，再用丙酮清洗，冷风吹干.渗氮所采用工作气体为纯氮气，等离子体基低能离子注入的工艺参数为：微波功率为300 W，本底真空度为1.5×10-3 Pa，渗氮气压为5×10-2 Pa，脉冲负偏压为-2 kV，平均渗氮电流密度为0.6 mA/cm2，渗氮温度为700℃，渗氮时间4 h.金属Ti和氮离子注入改性层的相结构选用D/max-2400型号(XRD-6000型)X射线衍射仪分析.X射线衍射仪选用Cu靶，波长1.540 60Å(Cu Kα)，管压40.0 kV，管流30.0 mA，采用θ～2θ模式扫描，扫描角度(2θ)范围20.0°～100.0°，扫描步长0.02°，扫描速度4°/min，单色仪为弧形<0002>单晶石墨.采用三电极系统进行电化学测量分析，辅助电极为铂电极，参比电极为饱和甘汞电极(SCE)，工作电极为被测试样，试样有效面积为1 cm2.实验在PARSTAT 2273先进电化学工作站进行，电解槽选用Princeton电解槽，腐蚀介质选用由分析纯和去离子水配制的3.5% NaCl溶液，电化学阻抗谱(EIS)在开路电位下测量，测试频率范围为10 mHz ～100 kHz，正弦波交流激励信号幅值为±10 mV，采用ZsimpWin拟合软件进行EIS数据拟合分析.2 实验结果与讨论2.1 渗氮层的组织结构图1为等离子体基低能氮离子注入金属钛改性层的横截面金相照片.由图可知，渗氮改性层厚度约为2 μm，该渗氮层经浸蚀后呈白亮色，体现了其良好的耐蚀性，且均匀致密，无裂缝，与基体间有明显的分界线.图1 氮离子注入金属钛的横截面金相组织照片图2 氮离子注入前后金属钛的XRD谱图2为金属Ti和氮离子注入改性层的X射线衍射谱(XRD)，由图2可知，与原始Ti试样衍射谱线相比，渗氮试样在相位角2θ=31.1°，39.8°，61.9°观察到了Ti2N衍射峰，Ti2N(002)为主衍射峰， Ti2N(200)、Ti2N(111)衍射峰较弱，可按正方结构Ti2N相的指标化，晶格常数a=4.945、c=3.034.2.2 氮离子注入前后金属钛的的电化学阻抗谱图3是氮离子注入前后金属钛在3.5% NaCl溶液中的电化学阻抗谱，其中点为测量数据，线为拟合数据.由图3(a)和图3(c)中的Nyquist图可知，实验合金在测量频率范围内均呈现一个典型的容抗弧特征半圆，且半圆弧都出现一定程度的压扁，容抗弧的出现表明电极反应过程的速度控制步骤为电化学电荷传递的过程.容抗弧直径的大小反映电极反应速率的快慢，从图3(a)和图3(c)中可以看出，氮离子注入改性层的容抗弧直径与原始纯金属Ti试样的容抗弧直径相比明显增大，表明Ti2N相改性层的电极反应过程的阻力增大，腐蚀速率减小.由图3(b)和3(d)Bode 图中的φ-log f图可知，实验合金的角度随频率变化曲线明显呈现1个“峰”，说明在整个电极反应过程中，频率信号反映出的动力学信息显示一个时间常数的特征；与原始纯Ti试样相比，Ti2N相改性层的相位角平台变宽，电容响应增强，绝缘性能更好.由图3(b)和图3(d)Bode图中的|Z|-log f图可以看出，Ti2N相改性层的阻抗值在低频区明显高于原始纯Ti试样的.以上结果均证明氮离子注入改性层在3.5% NaCl溶液中的电极反应过程阻力增大，耐点蚀性能提高.(a)金属钛Nyquist图(b)金属钛Bode图(c)Ti2N相改性层Nyquist图(d)Ti2N相改性层Bode图图3 Ti2N相改性层与金属钛在3.5% NaCl溶液中的电化学阻抗谱通过对图3的EIS数据解析，得到氮离子注入前后金属钛在3.5% NaCl溶液中钝化膜电极过程等效电路图，如图4所示，对比图3中的实验曲线与拟合曲线可以看出拟合效果较好.图4 等效电路图由上可知电化学阻抗谱图为压扁状的半圆弧，说明固体电极的电双层阻抗行为与等效电容的阻抗行为并不完全一致，出现一定的偏离，这种现象称为“弥散效应”，由此形成一个等效元件，用符号Q表示，其阻抗为[10]:ZQ=(jω)-n/Y0其中，Y0和n用于衡量双电层电容特性的常相位角元件Q的性质.由于Q是用来描述等效电容C的参数发生偏离的等效元件，所以它的参数Y0与等效电容的参数C一样，总是取正值，其中Y0单位为F(sn-1·cm2)-1，另一个参数n被称为“弥散指数”，无量纲.根据图4中建立的等效电路图，采用ZsimpWin软件对试验中的电化学阻抗谱数据进行拟合分析，得到表1所示的各对应元件数值.其中Rp代表钝化膜空间电荷层电阻，Y0和n代表空间电荷层的常相位角元件(CPE)，Rs为电解质溶液电阻. 表1 氮离子注入前后金属Ti在3.5% NaCl溶液中等效电路的拟合参数RsΩ·cm2Y0F(sn-1·cm2)-1nRpΩ·cm2Original15.455.31×1050.946.44×104Ti2N12.844.63×1050.902.2 6×105从表1可以看出，与原始金属Ti相比，Ti2N相改性层在3.5% NaCl溶液中的电荷转移电阻电阻Rp由6.44×104 Ω·cm2增大至2.26×105 Ω·cm2，代表电容特性的Y0值降低，说明电极反应阻力增大，钝化膜的致密性显著提高.2.3 氮离子注入改性层在3.5% NaCl溶液中钝化膜的稳定性图5是Ti2N相改性层在3.5% NaCl溶液中分别浸泡48 h和72 h后自钝化膜的电化学阻抗谱.从图中可以看出，随着浸泡时间的延长，钝化膜的容抗弧半径、相位角峰值和平台宽度、阻抗模值|Z|几乎不变，表明Ti2N相改性层钝化膜在3.5% NaCl溶液中有较好的稳定性.(a)Nyquist 图(b)φ-logf图(c)| Z | -log f图图5 Ti2N相改性层在3.5% NaCl溶液中长时间浸泡后的的电化学阻抗谱表2给出了Ti2N相改性层在3.5% NaCl溶液中长时浸泡后依据图4中等效电路拟合的的各对应等效元件数值.与表1中的数据相比，当浸泡时间增加至48 h时，Ti2N相改性层钝化膜的电荷转移电阻Rp由2.26×105 Ω·cm2增大至2.60×105 Ω·cm2，这说明在Ti2N相改性层钝化膜的不断溶解-再钝化过程中，改性层中的N元素可增加钝化膜的致密性层，起到抵制氯离子侵蚀作用；当浸泡时间增加至72 h时，Ti2N相改性层钝化膜电阻与浸泡48 h时的钝化膜电阻相近，皆保持在105 Ω量级，呈现出良好的稳定性.表2 Ti2N相改性层在3.5% NaCl溶液中长时间浸泡后的等效电路拟合参数浸泡时间hRsΩ·cm2Y0F(sn-1·cm2)-1nRpΩ·cm2Ti2N4812.674.04×1050.892.60×1057212.294.07×1050.902.82×1053 结论(1) 对金属Ti在700℃进行等离子体基低能氮离子注入4 h后，表面形成了厚度约为2 μm 的Ti2N相改性层；(2)在3.5% NaCl溶液中，与金属Ti相比，Ti2N相改性层电化学交流阻抗谱(EIS)的容抗弧直径及|Z|值增加，相位角平台变宽，利用等效电路Rs-(Rp//CPE)拟合的电极电阻由6.44×104 Ω·cm2增大至2.26×105 Ω·cm2，电极反应阻力增大，耐点蚀性能提高;(3)当浸泡时间增加时，Ti2N相改性层钝化膜电阻变化不大，皆保持在105 Ω·cm2量级，呈现出良好的稳定性.致谢：感谢欧伊翔、王克胜、郭燕、曹雪梅在实验材料制备方面予以的帮助.参考文献：【相关文献】[1]BAKER T N,SELAMAT M S.Surface engineering of Ti- 6Al- 4V by nitriding and powder alloying using CW CO2 Laser[J].Materials Science and Technology,2008,24(2):189- 200. [2] GUO C, ZHOU J, ZHAO J, et al. Effect of ZrB2 on the microstructure and wear resistance of Ni-based composite coating produced on pure Ti by laser cladding [J].Tribology Transactions,2010, 54(1):80- 86.[3]SILVA G, UEDA M, OTANI C,et al. Improvements of the surface properties of Ti6Al4V by plasma based ion implantation at high temperatures [J]. Surface and Coatings Technology, 2010, 204(18/19):3018- 3021.[4]顾艳红, 马慧娟, 陈玲玲，等, Ti6Al4V钛合金超声波冷锻/微弧氧化涂层的制备及耐磨性能[J]. 中国表面工程，2016, 29(1):87- 95.[5]林松盛，周克菘，代明江，等，钛合金表面Ti-TiN-Zr-ZrN多层膜制备及性能[J]. 材料工程，2017, 45(6):31- 35.[6]LEI M K, ZHANG Z L. Microstructrue and corrosion resistance of plasma source ion nitrided austenitic stainless steel[J]. Journal of Vacuum Science and Technology A, 1997, 15:421- 427.[7]LI G Y, WANG Z Y, LEI M K. Transition of wear mechanisms of plasma source nitride AISI 316 austenitic stainless steel against ceramic counterface [J]. ASME Journal of Tribology, 2012, 134(1):011601- 9.[8]ZHU X M，GUO Y, XING Z Q ，et al. Effect of nitrogen on semiconducting properties of passive films of a high nitrogen face-centered-cubic phase formed on austenitic stainless steel [J]. Journal of the Electrochemical Society, 2012, 159(8)：319- 325.[9]LEI M K, OU Y X, WANG K S.Wear and corrosion properties of plasma-based low energy nitrogen ion implantation Titanium [J]. Surface and Coatings Technology, 2011,205(19):4602- 4607.[10]曹楚南, 张鉴清. 电化学阻抗谱导论[M]. 北京: 科学出版社, 2004.。
等离子熔化-注射WC-Co耐磨复合表层研究的开题报告
等离子熔化-注射WC-Co耐磨复合表层研究的开题报告题目：等离子熔化-注射WC-Co耐磨复合表层研究一、研究背景和意义：目前，随着工业化的快速发展，许多机械设备的使用寿命缩短，主要原因是由于机械磨损带来的问题。
在机械制造、航空航天和汽车等领域中，材料的耐磨性和维护成本已成为一个严重的问题，因此对材料的研究和改良势在必行。
WC-Co复合材料由于其良好的耐磨性、高硬度和低摩擦系数而在工业生产中应用广泛。
但是，由于WC-Co复合材料的加工难度较高，其广泛应用受到很大局限。
因此，寻找制备WC-Co复合材料的新方法和工艺已成为研究热点。
等离子熔化技术是一种新兴的表面改性方法，可用于制备耐磨、抗腐蚀、防粘连等复合材料。
通过在WC-Co表面注射等离子体，在局部区域形成高温高能量的熔融池，将粉末材料等离子熔化后，形成含有晶粒细小、均匀分布和致密性好的表层复合材料。
该方法具有制备复合材料的效率高、反应速度快、成本低、表面改性效果好等优点。
二、研究内容和目标：本研究将采用等离子熔化-注射技术制备WC-Co复合材料表面。
主要研究内容包括：1.利用等离子熔化-注射技术制备WC-Co复合材料表面。
2.通过检测和分析表面形貌和组织结构，评价WC-Co复合材料表面的耐磨性能。
3.探究不同工艺参数对复合材料表面耐磨性能的影响。
实验目标：1.制备WC-Co复合材料表面。
2.评价复合材料表面的耐磨性能。
3.分析不同工艺参数对耐磨性的影响。
三、研究方法和技术路线：1.特殊装置的组装为了进行等离子熔化-注射WC-Co耐磨复合表层制备，研究人员将构建一个装置来完成此项工作。
2.材料准备WC-Co材料将被制成粉末。
当WC-Co粉末被喷出时，它将在等离子熔化池中熔化，并在金属基底上形成复合表层。
3.等离子熔化-注射过程WC-Co粉末将由等离子射线照射，形成等离子熔化池，并在它的基底上形成一个均匀、致密、结合紧密的复合表层。
4.研究表层毛细、组织结构以及耐磨性。
钛氧薄膜表面等离子体浸没氨基化及Ln固定研究的开题报告
钛氧薄膜表面等离子体浸没氨基化及Ln固定研究的
开题报告
导言：
环境保护与节能减排已成为全球共同面临的巨大挑战。
固定化催化剂，在化学反应中起着至关重要的作用。
因此，对于制备高效固定化催
化剂的研究具有重要的理论和应用价值。
本文将探讨一种钛氧薄膜表面等离子体浸没氨基化及Ln固定技术，旨在制备出具有高催化活性和稳定性的固支化催化剂。
研究内容：
本文首先通过化学沉积技术制备出一系列钛氧薄膜材料，并利用场
发射扫描电镜、X射线衍射以及X射线光电子能谱等表征手段对其进行表面形貌、晶体结构及表面化学组成的分析。
随后，采用等离子体浸没氨基化方法，在钛氧薄膜表面引入氨基基团，以提高其亲水性和表面活性，并对其表面化学组成和结构进行表征。
最后，通过离子交换法在氨基化钛氧薄膜表面固定带有不同电子结
构的稀土元素钆（Gd）和铒（Er），以制备出具有高催化活性和稳定性
的固支化催化剂。
通过对其催化活性进行测试和对其表面结构及化学组
成的分析，对其催化反应机理进行探讨。
预期总结：
通过本文的研究，预期可以获得具有高催化活性和稳定性的固支化
催化剂，并对其反应机理进行探讨。
此外，本文也将探索一种制备高效
固定化催化剂的新方法，为相关领域的研究提供新思路和方向。
离子束增强沉积制备 Cr-N 薄膜及其摩擦学性能研究
离子束增强沉积制备 Cr-N 薄膜及其摩擦学性能研究
唐宾;朱晓东;刘道新;徐可为;杨生荣
【期刊名称】《摩擦学学报》
【年(卷),期】1998(18)2
【摘要】利用离子束增强沉积（ＩＢＥＤ）技术制备了Ｃｒ－Ｎ薄膜，并对不同能量氮离子轰击所制备的薄膜组成进行了Ｘ射线衍射及光电子能谱分析，测定了涂层的断裂韧性值，并对涂层的摩擦学性能进行了研究．结果表明：在相同试验条件下，氮离子轰击能量影响Ｃｒ－Ｎ薄膜的相组成及取向，采用低能量氮离子轰击所得到的薄膜具有较高的断裂韧性和优异的耐磨性能．
【总页数】6页(P113-118)
【关键词】离子束增强沉积;薄膜;断裂韧性;摩擦学性能
【作者】唐宾;朱晓东;刘道新;徐可为;杨生荣
【作者单位】西安交通大学金属材料强度国家重点实验室;中国科学院兰州化学物理研究所
【正文语种】中文
【中图分类】O484.4
【相关文献】
1.离子束增强沉积法制备Mo2N和Mo2-xTixN薄膜及其结构与性能研究 [J], 刘邦治;李国卿;牟宗信;张家良;崔岩;黄宁表;何浩培
2.离子束增强沉积制备TiB2薄膜及其性能研究 [J], 况园珠;白新德
3.离子束增强沉积和磁控溅射硫化钼薄膜的摩擦磨损性能研究 [J], 庄大明;刘家浚;朱宝亮;李文治;张绪寿;杨生荣
4.Ti6Al4V表面离子束辅助沉积DLC薄膜及其摩擦学性能研究 [J], 白秀琴;李健;严新平
5.轰击能量对离子束增强沉积Cr-N薄膜微观结构和硬度的影响 [J], 王兵;赖祖武;江崇滨;李文治;贺小明
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钛氧薄膜表面氨等离子体浸没离子注入以及生物化修饰的开题报告
钛氧薄膜表面氨等离子体浸没离子注入以及生物化
修饰的开题报告
1. 研究背景
钛氧薄膜在医疗、航空、能源等领域有着广泛应用。
然而，其表面性能决定了其在不同领域中的应用。
为了改善钛氧薄膜表面的性能，目前采用的方法有氨等离子体浸没、离子注入和生物化修饰等方法。
这些方法可以改善钛氧薄膜的生物相容性、耐腐蚀性、机械性能等方面的性能，从而为其广泛应用提供技术支持。
2. 研究目的
本研究的主要目的是探究钛氧薄膜表面氨等离子体浸没、离子注入以及生物化修饰对其性能改善的影响。
通过对不同表面处理方法对钛氧薄膜的影响进行系统、全面的研究，为钛氧薄膜应用提供更加科学的技术支持。
3. 研究内容和方法
本研究将采取以下研究内容和方法：
（1）钛氧薄膜制备和表面处理方法的确定；
（2）对比不同表面处理方法对钛氧薄膜表面形貌的影响进行研究；
（3）对比不同表面处理方法对钛氧薄膜生物相容性、耐腐蚀性以及机械性能等方面的影响进行研究；
（4）建立相关模型，探究不同表面处理方法对钛氧薄膜的表面特性改善机制，可以采用 DFT、 MD等计算方法；
（5）对研究结果进行分析和总结，提出相关结论和建议。
4. 预期成果和意义
本研究预期能够通过比较钛氧薄膜表面氨等离子体浸没、离子注入以及生物化修饰对其性能的影响，探索其表面特性的改善机制。
通过本项研究，预期能够在医疗、航空、能源等领域推广应用钛氧薄膜，提供技术支持和探究更多领域的应用。
两种等离子体化学气相沉积制备类金刚石薄膜摩擦性研究
两种等离子体化学气相沉积制备类金刚石薄膜摩擦性研究胡立琼;张跃飞;王瑜;陈强;葛袁静
【期刊名称】《北京理工大学学报》
【年(卷),期】2005()z1
【摘要】采用平行板电容耦合射频辉光放电化学气相沉积(RF-PECVD)装置,在镀有TiN/Ti过渡层的碳钢表面制备类金刚石膜(DLC),以及直接在基材表面制备掺氮的类金刚石膜,研究成膜内应力减小机理．通过对成膜表面的傅里叶变换红外光谱(FTIR)、激光Raman光谱、X射线光电子能谱(XPS)的测试,分析成膜表面的组分和微观结构对薄膜的性能影响．以薄膜表面摩擦因数的大小,初步评估试样的耐磨程度,研究α-C:H及α-C:H(N)薄膜的摩擦学性能与其结构的关系．
【总页数】4页(P259-262)
【关键词】α-C:H(N)薄膜;等离子体化学气相沉积;摩擦磨损性能
【作者】胡立琼;张跃飞;王瑜;陈强;葛袁静
【作者单位】北京印刷学院等离子体物理与材料研究室
【正文语种】中文
【中图分类】O53
【相关文献】
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陈强
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高能离子注入聚合物薄膜耐磨机理研究
高能离子注入聚合物薄膜耐磨机理研究
朱明;唐国翌;李昱峰;陈锡花
【期刊名称】《高分子学报》
【年(卷),期】2000()6
【摘要】聚酰亚胺 (Kapton)薄膜在经过 1MeV、1 5MeV、2MeV的He+离子注入后 ,表面硬度和耐磨性能发生了很大的变化 ,测试结果表明随着注入He+离子能量的提高 ,薄膜的表面硬度随之增大 ,且均大于未注入的样品 ;样品最佳耐磨性能并不出现在最高注入能量下 ,而是在一中等能量下获得 .通过X 射线光电子能谱(XPS)实验得出注入He+离子后的薄膜表面层中O、N原子含量降低。
【总页数】4页(P791-794)
【关键词】硬度;耐磨性;XPS;离子注入;聚酰亚胺薄膜
【作者】朱明;唐国翌;李昱峰;陈锡花
【作者单位】清华大学化工系高分子研究所;清华大学材料科学与工程系
【正文语种】中文
【中图分类】TQ323.7;O484.4
【相关文献】
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4.高能Ti离子注入H13钢强化机理研究 [J], 张通和;陈俊;孙贵如;;
5.高能Ti离子注入H13钢强化机理研究 [J], 张通和;陈俊;孙贵如;
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第24卷 第6期摩擦学学报V o l24, N o6 2004年11月TR I BOLO GY N ov,2004等离子体浸没离子注入与沉积合成碳化钛薄膜的摩擦磨损性能研究刘洪喜,汤宝寅,王小峰,王浪平,于永泊告,王宇航,孙 韬(哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室,黑龙江哈尔滨 150001)摘要:将等离子体浸没离子注入与沉积及射频辉光放电技术相结合,在GC r15轴承钢基体表面制备了碳化钛薄膜,考察了注入脉冲宽度和工作气体压力对薄膜性能和化学组成的影响;利用X射线衍射仪(XRD)、维氏硬度计、多功能摩擦磨损试验机和电化学腐蚀试验装置表征了薄膜试样的相组成、显微硬度、摩擦磨损性能和抗腐蚀性能.结果表明,注入脉冲宽度和工作气体压力对薄膜性能及其组成具有显著影响;GC r15钢经改性处理后抗磨性能和抗腐蚀性能显著改善.这是由于基体表面形成了硬质且致密的T i C薄膜改性层所致.关键词:轴承钢;等离子体浸没离子注入与沉积;碳化钛薄膜;摩擦磨损性能中图分类号:T G172.44;TH117.3文献标识码:A文章编号:100420595(2004)0620493205 碳化钛(T i C)具有硬度和熔点高、抗磨和抗腐蚀性能优良、低摩擦、导热性优良、化学稳定性优异等性能特点,在机械、摩擦学及半导体领域得到了越来越广泛的应用[1～3].研究表明,采用低温脉冲激光沉积[4]、化学气相沉积[5]、离子束辅助沉积[6]、离子注入等[7,8]技术在轴承钢基体表面形成T i C薄膜,可以显著提高其表面硬度及耐磨性能.遗憾的是,采用上述方法制备的T i C薄膜与基体在结构和性能方面存在较大差异,故改性效果不理想.近10多年来,等离子体浸没离子注入(P III)技术因克服了束线离子注入的直射性限制而在表面工程领域得到了普遍关注[9～14],但早期的P III技术主要局限于氮离子注入且注入层较浅.为了克服上述缺点,人们以P III技术为基础开发了金属等离子浸没离子注入与沉积(M eP III D)技术[15].利用该技术,在离子注入的同时还可以在试样表面沉积薄膜,从而得到较厚的改性层,显著提高改性效果.本文作者将阴极弧金属离子源离子注入技术同射频辉光放电技术相结合,在GC r15(A IS I52100)轴承钢基体表面制备了T i C薄膜,并考察了薄膜的摩擦磨损性能.1 实验部分1.1 试样制备将经过淬火和回火处理的GC r15轴承钢基体材料切割成<12mm×3mm的试盘,表面研磨至R a≤0.04Λm,然后在丙酮中超声清洗20m in待用.在自制的多功能等离子体浸没离子注入装置上进行离子注入处理[16].该装置配备射频(R F)辉光放电、热灯丝点燃真空气体放电和阴极弧金属等离子体等多种等离子体源,可连续进行金属和不同气体等离子体浸没离子注入处理.以钛棒(99.99%)作为阴极产生阴极真空弧,以C2H2(99.5%)作为工作气体.薄膜制备工艺见表1.M eP III D技术参数:注入电压25kV,本底真空度5.0×10-3Pa,金属源主弧脉宽900Λs,金属源主弧电流120A,试样距磁导管口140mm,基体温度<100℃,注入与沉积时间3h.1.2 薄膜试样表面分析及摩擦磨损性能评价采用荷兰Ph ili p s公司生产的X’pert型X射线衍射仪(XRD)对薄膜试样进行物相分析.Cu的单色KΑ波长为1.5406nm,管压40kV,管流100mA,衍射角范围25°～85°.用HX21000型显微硬度计测定薄膜试样的显微硬度,载荷0.25N,加载时间20s,对每种试样进行10次重复测试,取平均值.采用CJS III A型多功能摩擦磨损试验机评价薄膜试样的摩擦磨损性能(球2盘摩擦副),偶件为<4mm的Si C 陶瓷球;试验条件为:载荷0.3N,旋转半径3mm,转速300r m in;以改性层完全磨穿时的转数来评价薄膜的耐磨寿命.采用美国EGVA公司M odel2273型基金项目:国防预研基金资助项目(7001028).收稿日期:2003212230;修回日期:2004203215 联系人刘洪喜,e2m ail:vi p liuhx@.作者简介:刘洪喜,男,1972年生,博士研究生,目前主要从事材料表面工程方面的研究.表1 GCr 15钢基体表面Ti C 薄膜制备工艺参数Table 1 The param eters to syn thesize Ti C th i n f il m s on GCr 15bear i ng steelSamp le N o.W o rk ing gas p ressure PaI mp lantati on pulse w idth ΛsG 130G 21.5×10-260G 390G 48.0×10-360G 56.0×10-260电化学综合测试系统测定薄膜试样的抗腐蚀性能,参比电极为饱和甘汞溶液,辅助电极为P t 片,以3.5%的饱和N aC l 溶液作为电解液,腐蚀面积为1c m 2,扫描速度为0.01V s ,扫描范围-1.0～0.0V .采用O lym pu s 公司生产的PM G 23型金相显微镜观察薄膜试样腐蚀表面形貌.2 结果与讨论2.1 相组成图1示出了采用不同工艺条件制备的T i C薄膜F ig 1 XRD pattern s of T i C th in fil m s p repared on A IS I 52100steel at vari ou s i m p lan tati onp u lse w idth s and w o rk ing gas p ressu res图1 不同注入脉宽和工作气体压力下GC r 15轴承钢表面T i C 薄膜的XRD 图谱试样的XRD 图谱.可以看出,当工作气压一定,注入脉宽分别为30Λs 和60Λs 时,相应的薄膜试样G 1和G 2的XRD 图谱均出现了T i C 特征衍射峰,但其在不同晶面上的丰度有所不同[见图1(a )].随着注入脉宽的增加,等离子体气氛中T i +和C +结合生成T i C 的几率增大,因而薄膜中T i C 的含量增加.但当注入脉宽增加至90Λs 时,相应的试样G 3的T i C 特征衍射峰几乎消失.这是由于T i +注入能量过高时T i C 薄膜在较强的离子轰击作用下难以同基体紧密结合所致.当注入脉宽一定而工作气压分别为1.5×10-2Pa 和6.0×10-2Pa 时,所合成的薄膜试样同样含有T i C 相,但同标准T i C 谱峰相比,试样G 5的T i C 特征衍射峰向高衍射角方向移动[见图1(b )].这说明在不同工作气压下合成的T i C 的晶格常数有所不同,其相组成和结构亦存在差异.晶格参数发生畸变的根本原因在于合成薄膜中存在sp 2杂化碳.与此同时,可以断定薄膜试样G 5不是由单一的T i C 组成,而是由几种混合相组成,可以表示为T i x C y ,其具体相组成有待于进一步研究.就G 4试样而言,由于工作气压太低,C 2H 2气体在本文试验条件下难以电离产生足够的C +,故XRD 分析难以检测出T i C .2.2 摩擦磨损性能图2示出了T i C 薄膜试样同GC r 15钢对摩时的摩擦系数随转数变化的关系曲线.可以看出,在固定工作气压条件下,所合成的薄膜试样的摩擦系数同基体试样相比明显较低[见图2(a )].当转动次数达到500次时,基体试样(G 0)相应的摩擦系数达到0.8以上,而薄膜试样相应的摩擦系数均低于0.1,且随着注入脉宽的增加,摩擦系数有所降低.与此同时,在固定注入脉宽而改变工作气压条件下制备的薄膜试样的减摩抗磨性能亦明显优于基体试样[见图2(b )];其中薄膜试样G 4的减摩抗磨性能不佳,其原因在于494摩 擦 学 学 报第24卷F ig 2 Com p arison of fricti on coefficien ts and an ti w ear lives of the T i C th in fil m s p repared on A IS I 52100steel at vari ou s i m p lan tati on p u lse w idth s and w o rk ing gas p ressu re图2 不同注入脉宽和气体压力下GC r 15钢表面T i C 薄膜的摩擦磨损性能对比工作气压较低时难以形成T i C 薄膜,这同相应的XRD 分析结果一致.据此可知,在其它工艺参数一定的条件下,注入脉宽和工作气体压力对所制备的T i C 薄膜试样的摩擦磨损性能具有显著影响.2.3 显微硬度表2列出了GC r 15钢表面T i C 薄膜改性层的显 表2 GCr 15钢表面Ti C 薄膜的硬度测定结果Table 2 M icro -hardness of the Ti C f il m s on GCr 15bear i ng steel substrateSamp le N o .M icrohardness M PaG 0710G 1860G 21081G 3974G4830G 5933微硬度测试结果.可见,薄膜试样的显微硬度明显比基体试样的(710M Pa )高,最高达1081M Pa .文献报道的T i C 薄膜的显微硬度值约为26～31GPa [3],明显高于本文测得的硬度值.其原因在于,GC r 15钢经离子注入与沉积表面改性后,注入与沉积硬化层较薄,在硬度测试中,即使在较小的载荷下压头压入深度也超出了离子注入与沉积硬化层深度,因此所测得的显微硬度值实际上是衬底和薄膜硬度的综合反映[17].2.4 耐蚀性能图3示出了经M eP III D 处理后部分试样的塔菲尔(T afel )曲线.可以看出,同基体试样相比,经改性处理后试样的腐蚀电位明显增大,腐蚀电流则明显降低,其中薄膜试样的腐蚀极化曲线向左上方移动.为了更加形象地说明薄膜试样的耐腐蚀行为,图4对比示出了试样G 0和G 5在不同放大倍数下的腐蚀表面 F ig 3 T he relati on betw een co rro si on po tential andco rro si on current density fo r treated samp les图3 处理后试样腐蚀电位与腐蚀电流密度之间的关系曲线形貌金相显微照片.可以看出,未经处理的基体试样腐蚀表面存在大量腐蚀坑.而在相同腐蚀试验条件下,即使放大倍数高达500倍,T i C 薄膜试样腐蚀表面依然完整、光滑,仅呈现极少量的点蚀坑.这说明GC r 15钢经表面改性处理形成T i C 薄膜后,其耐腐蚀性能显著改善.3 结论a . 经等离子体浸没离子注入与沉积处理后,GC r 15轴承钢表面形成了硬质T i C 相,因而其硬度和抗磨性能显著提高.b . 注入脉冲宽度和工作气体压力等参数对GC r 15轴承钢表面T i C 薄膜改性层的形成及薄膜的性质具有显著影响;通过合理选择相应的改性工艺可以得到致密、抗腐蚀性能优良的表面改性层.594第6期刘洪喜等: 等离子体浸没离子注入与沉积合成碳化钛薄膜的摩擦磨损性能研究F ig 4 Op tical m icrograp h s of co rroded steel sub strate and T i C th in fil m thereon图4 GC r 15钢基体及T i C 薄膜试样腐蚀表面形貌金相显微照片参考文献:[1]L opez J M ,Go rdillo 2V azquez F J ,Fernandez M ,et a l .Investigati on of T i C th in fil m s synthesized by low energy I BAD from 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m Carbide Th i n F il mPrepared on Bear i ng Steel Surface by P III DL I U Hong 2x i ,TAN G B ao 2yin ,W AN G X iao 2feng ,W AN G L ang 2p ing ,YU Yong 2hao ,W AN G Yu 2hang ,SUN T ao(S tate K ey L aboratory of A d vanced W eld ing P rod uction T echnology ,H arbin Institu te of T echnology ,H arbin 150001,Ch ina )Abstract :T itan ium carb ide fil m s w ere p rep ared on A IS I 52100steel sub strate m ak ing u se of m etal p las m ai m m ersi on i on i m p lan tati on and depo siti on (M eP III D )and radi o 2frequency glow discharge techn ique ,u sing acetylene (C 2H 2)as the w o rk ing gas and p u re titan ium cathodic vacuum arc as the m etal p las m as sou rce .T hu s the T i C th in fil m s w ere depo sited in the in tervals betw een the h igh vo ltage b ias pu lses and the i m p lan tati on w as p erfo r m ed du ring the pu lses .T he effect of the i m p lan tati on pu lse w idth and w o rk ing gas p ressu re on com po siti on s and p rop erties of the resu lting T i C fil m s as the m odified layers w ere exam ined ,based on the exam inati on of the chem ical com po siti on s and m icro structu res of the T i C fil m s by m ean s of X 2ray diffracti on .T he fricti on and w ear behavi o rs of the fil m s w ere evaluated on a p in 2on 2disc test rig ,w h ile the co rro si on resistance of the fil m s w as investigated u sing an electrochem ical co rro si on m ethod .It w as found that the su rface m icrohardness of the steel sub strate w as sign ifican tly increased after the m odificati on at p roper param eters .T herefo re ,the T i C fil m s as the m odified layers had m uch better fricti on 2reducing and an ti w ear ab ilities than the steel sub strate .M o reover ,the T i C fil m also had m uch better co rro si on resistance than the steel sub strate .T he com po siti on s and m icro structu res of the T i C fil m s w ere clo sely related to the p aram eters such as the i m p lan tati on pu lse w idth and w o rk ing gas p ressu re .T hu s it w as i m perative to realize the best su rface 2m odificati on effect of the steel by p roperly selecting the param eters fo r the M eP III D .Key words :bearing steel ;m etal p las m a i m m ersi on i on i m p lan tati on and depo siti on ;titan ium carb ide fil m s ;fricti on and w ear behavi o rAuthor :L I U Hong 2x i ,m ale ,bo rn in 1972,Ph .D .candidate ,e 2m ail :vi p liuhx @yahoo .com .cn794第6期刘洪喜等: 等离子体浸没离子注入与沉积合成碳化钛薄膜的摩擦磨损性能研究。