Email Alert  RSS
期刊首页 在线期刊 专题

专题

新型薄膜技术专栏
孙德恩

薄膜材料具有与块状材料不同的独特性能,其在厚度方向尺度很小,且在厚度方向上由于表界面的存在,使物质连续性发生中断薄膜技术涉及的范围很广,包括以物理气相沉积和化学气相沉积为代表的成膜技术,以离子束刻蚀为代表的微细加工技术等薄膜技术的应用范围极为广泛,从大规模集成电路、电子元器件、平板显示器、传感器、太阳能电池,到材料的表面改性等,涉及高新技术产业的各个方面

以高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS)为代表的高离化磁控溅射技术作为一种新的物理气相沉积技术,可以明显提高薄膜结构可控性,进而获得优异的薄膜性能,在国内外研究领域和工业界受到了广泛关注和重视我国目前在新型薄膜技术领域与国际水平尚存在一定的差距,主要是镀膜装备技术方面存在较大差距,高端镀膜装备依赖进口,严重制约了我国具有自主知识产权的先进镀膜技术的发展,是亟需解决的卡脖子难题之一

为此,《材料保护》编辑部特别开辟了“新型薄膜技术专栏”,诚邀国内部分在新型薄膜技术领域做出优异成绩的学者撰稿,集中展示新型薄膜技术领域的研究进展期待通过专栏交流、深入讨论及与国际知名企业的对接等,进一步推动我国新型薄膜技术的发展

Please wait a minute...
  • 全选
    |
  • 新型薄膜技术专栏
    谭诗瑶, 王丽, 张美琪, 王振玉, 王应泉, 汪爱英, 柯培玲
    材料保护. 2024, 57(7): 43-51. https://doi.org/10.16577/j.issn.1001-1560.2024.0149
    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。
  • 新型薄膜技术专栏
    孙德恩, 郑佳, 张健, 陈海, 孙黎明
    材料保护. 2024, 57(7): 1-13. https://doi.org/10.16577/j.issn.1001-1560.2024.0145
    质子交换膜燃料电池(PEMFC)在缓解全球能源危机和解决环保难题方面提供了创新性的解决方案。在PEMFC中,双极板作为关键组件备受关注。其中,金属双极板因其成本低廉、材料容易获取、导电性能卓越以及易于机械加工而备受关注。然而,金属双极板目前仍然面临耐久性和导电性方面的挑战。为解决这些问题,通常采用表面改性涂层的方法对金属双极板进行处理。综述了近年来关于金属双极板表面改性涂层的研究进展,涵盖了材料设计、沉积工艺和涂层性能等多个方面。在此基础上,基于导电性、耐蚀性、膜基结合力以及疏水性等测试结果,分析了不同涂层对金属双极板表面改性效果的影响。同时,展望了各种类型改性涂层未来的研究趋势。这些研究成果为改善金属双极板的性能、进一步推动PEMFC表面改性技术的发展提供了有益的指导和启示。
  • 新型薄膜技术专栏
    张东波, 林松盛, 蔡伟通, 苏一凡, 林凯生
    材料保护. 2024, 57(7): 14-22. https://doi.org/10.16577/j.issn.1001-1560.2024.0146
    为了提高钛合金基体的表面抗冲蚀性能,并研究Cr基多层膜对钛合金基体的疲劳力学性能的影响,采用真空阴极电弧沉积技术在TC4钛合金表面沉积3.99,6.85,9.62μm 3种厚度的Cr-CrN-Cr-CrAlN多层膜。主要通过拉伸试验和轴向加载疲劳试验,研究对比了室温下TC4钛合金基体与膜层试样的轴向拉伸性能和轴向高低周疲劳性能。结果表明:在TC4钛合金表面所制备的3种Cr-CrN-Cr-CrAlN多层膜的厚度分别约为3.99、6.85和9.62μm,硬度分别为2 455、3 024和3 578 HV,膜基结合力则分别为12.4、15.2和20.1 N。镀多层膜后提高了TC4钛合金的拉伸屈服强度、抗拉强度和弹性模量,而降低了断裂伸长率。经镀6.85μm的多层膜后,TC4钛合金的轴向高周疲劳极限下降了4.15%,镀膜对高周疲劳性能影响较小;而低周疲劳性能影响则较大,50 000次寿命对应的疲劳强度降低了约21.04%。
  • 新型薄膜技术专栏
    冯利民, 史敬伟, 何哲秋, 李建中, 石俊杰
    材料保护. 2024, 57(7): 23-29. https://doi.org/10.16577/j.issn.1001-1560.2024.0147
    硬质合金表面沉积四面体非晶碳膜(ta-C薄膜)的结合力和摩擦性能影响着其在切削刀具和耐磨零部件领域的应用效果。基于高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS)制备了ta-C薄膜,通过调节C2H2流量对ta-C薄膜进行了改性研究。利用SEM对薄膜厚度进行观察,通过拉曼和XPS对其结构进行研究,通过纳米压痕对其硬度进行表征,通过纳米划痕对薄膜的结合力进行研究并通过摩擦磨损试验对薄膜的耐磨性进行探究。结果表明,通入C2H2气体可有效改善ta-C薄膜的结构、硬度、结合力和耐磨性能。改变C2H2流量可调控ta-C薄膜的性能,随着C2H2流量的逐渐增大,薄膜的各项性能呈现先增大后减小的趋势,当C2H2流量为15 cm3/min时,薄膜的各项性能都达到较为优异的结果,ta-C薄膜厚度达655.9 nm,硬度提高到43.633 GPa,结合力提升到19.2 N,此时sp3键含量为70.19%,ta-C薄膜表面均匀、致密,且性能优良。
  • 新型薄膜技术专栏
    杜建融, 陶冠羽, 陈辉, 易娟, 万洪, 刘书洋, 张钰
    材料保护. 2024, 57(7): 30-42. https://doi.org/10.16577/j.issn.1001-1560.2024.0148
    为了探究偏压对高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)制备TiAlSiN 涂层的成分结构、力学性能与摩擦学性能的影响与机制,利用HiPIMS 技术,通过调控基体偏压(0 ~-200 V)在YG8 硬质合金与N 型单晶(111)Si 上沉积TiAlSiN 涂层。 采用扫描电子显微镜(SEM)、X 射线衍射仪(XRD)、电子探针(EPMA)、X 射线光电子能谱仪(XPS)、超景深显微镜、白光干涉仪、纳米压痕仪、划痕仪、往复式摩擦磨损试验机对TiAlSiN 涂层进行微观结构、组成表征与性能测试。 结果表明:HiPIMS 放电行为方面,偏压的升高会使HiPIMS 起辉电压提高,但对平台阶段放电电压与放电电流影响并不明显;在不同偏压条件下所制备的TiAlSiN 涂层中元素组成相对含量变化较小;随着偏压的升高TiAlSiN 涂层由hcp-(Ti,Al)N+fcc-(Ti,Al)N 转变为fcc-(Ti,Al)N;随着偏压的升高会使涂层截面结构从疏松的柱状晶结构转变为无明显缺陷的致密堆积结构,表面结节状缺陷消失,且晶粒尺寸逐渐降低;力学性能方面,随着偏压的升高,TiAlSiN 涂层的硬度与结合力均呈现上升趋势,涂层在-200 V 时达到最佳性能,其中硬度达到最大的26.19 GPa,H/E*达到最大的0.099 5,结合力在达到最大的19.63 N 时,涂层磨损率最小,为9×10-15 m3/(N·m)。 综上可知,利用HiPIMS 技术,通过改变基体偏压能实现涂层微观结构与性能的调控,提高涂层韧性的同时,还能显著提升涂层的结合力与摩擦学性能。