复材表面电弧离子镀镀铝膜性能研究
电弧离子镀梯度(Ti,Al)N涂层的结构与机械性能研究
梯 度（ ， ） ｉ Ｔ Ａ１ Ｎ涂层 的制备是在 ＭＩ ．用 １ ｒ １ ｉＷ２ Ｖ 不锈 Ｃ １Ｎ ２ Ｍｏ
钢 ，试 样尺寸 为：１ｍｍ×１ｍｍ×２５ ｍ，沉积前 经过 ５ ０ ．ｍ
仪 （Ｒ ） Ｘ Ｄ 、显微硬 度仪 、多功能摩擦磨损 实验机 等仪 器和热震 实验对上述 涂层的结构 、 机械 性能和基体 与涂
梯度 涂层具有 Ｂｌ型 （ ａ １ Ｎ Ｃ ）单相结构 和 （ ２ ２ ０）择优 取向；梯度涂层 的硬 度和耐磨 与（ｉ ） Ｔ， Ｎ涂层相 近 ，且
明显 高于 ＴＮ 涂层 ，结合性 能优 于 （ｉ ） ｉ Ｔ， Ｎ涂 层。 Ａ１
关键词 ： 电弧 离子 镀 ；梯 度（ｉ ） 涂层 ；结构 ；机 Ｗ， Ｎ Ａ１ 械 性能；结合 力 中图分类号 ： Ｔ ７ ． ４ Ｇ１４ ４ ４ 文献标识码 ：Ａ
维普资讯
冯长 杰 等 ：电弧离 子 镀 梯度 （ｉ ） Ｔ， Ｎ涂 层 的结 构 与 机械 性 能研 究 ＡＩ
电弧 离子镀 梯度（ｉ ） 涂层 的结构 与机械性 能研 究 Ｔ， Ｎ Ａ１
冯 长 杰 一 ， ，李 明升 ，辛 丽 ２ ，朱 圣龙 ２ ，王 福会 ２
在 Ｊ Ｄ ２型 光 学 显 微 镜 下 测 得 。 Ｘ ．
基 体之间存在较 大 的晶格错 配度 ， 使得涂层 与基体 的结 合力急剧下 降， 至在涂层 的制备过程 中就 发生剥 离现 甚
象 。
热 震 实 验 是 将 样 品 放 在 马 弗 炉 中在 ５ ０ 保 温 ０℃
１ｍｉ，然 后迅速在 蒸馏水 中 （ ０ ｎ 室温 ）冷却 ，吹干后在
（． 昌航空大 学 材料科 学与工程学 院， １ 南 江西 南 昌 ３ ０ ６ ； ． ３ ０ ３ ２中国科学院金属研 究所 腐蚀 与防护 国家重 点实验室 ， 辽宁 沈 阳 １ ０ １ ；３江西科 技师范学 院， 西 南 昌 ３ ０ ６ ） ５０ ６ ． 江 ３ ０ ３
《Cr-Al双层复合镀层的性能研究》
《Cr-Al双层复合镀层的性能研究》Cr-Al双层复合镀层的性能研究一、引言在表面处理和镀层技术领域中，复合镀层以其特殊的性能引起了广大科研人员的广泛关注。
本研究重点聚焦于Cr/Al双层复合镀层的性能研究，旨在了解其微观结构、力学性质、耐腐蚀性及实际应用价值。
本文首先简要概述了研究背景及研究目的，并对现有文献进行了梳理与综述。
二、文献综述随着科技的发展，Cr/Al双层复合镀层因其高硬度、良好的耐腐蚀性及美观的外观在工业领域得到了广泛应用。
众多学者对Cr/Al镀层进行了深入研究，从其制备工艺、微观结构到性能表现等方面均取得了显著的成果。
然而，对于其综合性能的全面研究仍显不足，尤其是对于不同工艺参数对镀层性能的影响仍需进一步探讨。
三、研究方法本研究采用电化学沉积法制备Cr/Al双层复合镀层。
首先，在基体表面制备Al镀层，随后在其上制备Cr镀层。
通过改变电流密度、电镀时间等工艺参数，制备出不同厚度的Cr/Al双层复合镀层。
然后，利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）等手段对镀层的微观结构进行表征，并对其硬度、耐腐蚀性等性能进行测试。
四、实验结果与分析1. 微观结构分析通过SEM观察发现，Cr/Al双层复合镀层具有致密、均匀的表面形态。
XRD分析表明，镀层中主要存在Cr的氧化物和Al的金属相，且随着Cr层厚度的增加，Cr的氧化物含量逐渐提高。
2. 硬度测试实验结果表明，Cr/Al双层复合镀层的硬度明显高于单一金属镀层。
随着Cr层厚度的增加，镀层的硬度呈现先增大后减小的趋势。
这主要是由于Cr的硬度较高，但过厚的Cr层可能导致内应力增大，反而降低镀层的硬度。
3. 耐腐蚀性测试通过盐雾腐蚀实验和电化学腐蚀实验对Cr/Al双层复合镀层的耐腐蚀性进行测试。
结果表明，该镀层具有良好的耐腐蚀性，能够有效地抵抗盐雾和电化学腐蚀。
此外，不同工艺参数对镀层的耐腐蚀性具有显著影响，其中适当厚度的Cr层能提高镀层的耐腐蚀性能。
电弧离子镀和高功率脉冲磁控溅射AlTiN 涂层及其切削性能研究
第51卷第2期表面技术2022年2月SURFACE TECHNOLOGY·57·电弧离子镀和高功率脉冲磁控溅射AlTiN涂层及其切削性能研究刘源1a,1b，丁继成1a,1b，许雨翔2，张宝荣3，赵志勇3，冯利民4，郑军1a,1b，王启民1a,2（1.安徽工业大学 a.先进金属材料绿色制备与表面技术教育部重点实验室 b.材料科学与工程 学院，安徽 马鞍山243002；2.广东工业大学 机电工程学院，广州 510006；3.山西柴油机工业 有限责任公司，山西 大同 037000；4.上海新弧源涂层技术有限公司，上海 201114）摘要：目的比较两种沉积方法制备的AlTiN涂层的切削性能。
方法利用高功率脉冲磁控溅射技术（HiPIMS）和电弧离子镀技术（AIP），在硬质合金车刀片上沉积AlTiN涂层，比较和研究两种AlTiN涂层的组织形貌特性及综合性能。
利用扫描电子显微镜和X射线能量色散谱仪，观察和检测涂层的生长形貌和元素含量。
采用激光共聚焦扫描显微镜表征涂层的表面粗糙度。
使用X射线衍射仪分析涂层的物相结构。
使用纳米压痕仪测量涂层的纳米硬度以及弹性模量。
通过干式车削试验研究涂层刀具的切削性能，并对其磨损机理进行分析。
结果两种涂层均为柱状晶生长，HiPIMS制备的AlTiN涂层相较AIP制备的AlTiN涂层，具有更加光滑平整的表面。
两者压痕硬度相近，约为30 GPa，但HiPIMS-AlTiN涂层的弹性模量更小。
随着切削距离的不断增加，刀具后刀面磨损变得越来越严重，未涂层的车刀在切削1 min（180 m）时，磨损量超过200 μm，达到了失效标准。
在相同条件下切削9 min（1620 m），AIP-AlTiN和HiPIMS-AlTiN两种涂层刀具后刀面的磨损量分别为231 μm和190 μm，AIP-AlTiN涂层刀具已达到失效标准。
结论干式车削316L不锈钢时，HiPIMS-AlTiN涂层刀具的切削寿命长于AIP-AlTiN涂层刀具，切削过程中，两种涂层刀具的主要磨损形式均为粘着磨损、磨粒磨损和氧化磨损。
《2024年Al-Nd合金镀层及微弧氧化膜的制备与性能研究》范文
《Al-Nd合金镀层及微弧氧化膜的制备与性能研究》篇一一、引言随着现代工业技术的不断发展，金属表面处理技术已成为提高金属材料性能、延长使用寿命的重要手段。
其中，Al-Nd合金镀层及微弧氧化膜因其优异的物理、化学性能在众多领域得到广泛应用。
本文旨在研究Al-Nd合金镀层及微弧氧化膜的制备工艺，并探讨其性能特点，为实际应用提供理论依据。
二、Al-Nd合金镀层的制备与性能研究（一）制备方法Al-Nd合金镀层的制备主要采用电镀法。
通过调整电镀液中Nd元素含量、电流密度、电镀时间等参数，控制镀层中Al和Nd 的含量及分布。
（二）性能特点Al-Nd合金镀层具有高硬度、高耐磨性、良好的耐腐蚀性等优点。
其硬度高于纯铝，耐磨性也得到显著提高，同时具有较好的抗腐蚀性能，能够在恶劣环境下长期保持稳定。
三、微弧氧化膜的制备与性能研究（一）制备方法微弧氧化膜的制备主要采用微弧氧化技术。
通过在铝基体表面施加高压电场，引发微弧放电，使铝基体与电解液发生反应，形成一层致密的氧化膜。
（二）性能特点微弧氧化膜具有高硬度、良好的绝缘性、较高的耐腐蚀性等特点。
其硬度高于普通氧化膜，绝缘性能和耐腐蚀性能也得到显著提高，可在恶劣环境下提供良好的保护作用。
四、Al-Nd合金镀层与微弧氧化膜的复合应用将Al-Nd合金镀层与微弧氧化膜进行复合应用，可以进一步提高铝基体的性能。
首先在铝基体表面制备Al-Nd合金镀层，然后再进行微弧氧化处理，形成一层致密的微弧氧化膜。
这种复合处理方法可以在保持铝基体轻质特性的同时，提高其硬度、耐磨性和耐腐蚀性，满足更多领域的应用需求。
五、结论本文通过对Al-Nd合金镀层及微弧氧化膜的制备工艺及性能进行研究，得出以下结论：1. Al-Nd合金镀层具有高硬度、高耐磨性、良好的耐腐蚀性等特点，可广泛应用于机械、航空、汽车等领域。
2. 微弧氧化膜具有高硬度、良好的绝缘性、较高的耐腐蚀性等特点，可有效保护铝基体免受外界环境的侵蚀。
《铝钇镀层及微弧氧化膜性能的研究》范文
《铝钇镀层及微弧氧化膜性能的研究》篇一一、引言随着现代工业技术的快速发展，铝及其合金因其优良的物理和化学性能，被广泛应用于航空、汽车、电子等领域。
然而，铝材料表面易受腐蚀，这限制了其应用范围。
因此，研究和开发新型的铝表面处理技术显得尤为重要。
铝钇镀层及微弧氧化膜技术是两种有效的表面处理技术，它们能显著提高铝基材的耐腐蚀性、耐磨性以及硬度等性能。
本文将重点研究铝钇镀层及微弧氧化膜的性能，为相关领域的研究和应用提供理论依据。
二、铝钇镀层性能研究铝钇镀层是一种新型的表面处理技术，它通过在铝基材表面形成一层钇金属镀层，从而有效提高铝基材的耐腐蚀性和耐磨性。
1. 制备方法铝钇镀层的制备主要通过物理气相沉积（PVD）或化学气相沉积（CVD）等方法。
其中，PVD法因其操作简便、镀层均匀等优点被广泛应用。
2. 性能分析（1）耐腐蚀性：铝钇镀层具有优异的耐腐蚀性，能在各种恶劣环境下保护基材不受腐蚀。
实验表明，经过铝钇镀层处理的铝基材，其耐腐蚀性能得到显著提高。
（2）耐磨性：铝钇镀层具有较高的硬度，因此具有优异的耐磨性。
通过磨损试验，发现镀层能够有效减少基材的磨损，延长其使用寿命。
（3）结合力：铝钇镀层与基材之间的结合力强，不易脱落。
这得益于制备过程中形成的化学键和物理吸附作用。
三、微弧氧化膜性能研究微弧氧化是一种在铝基材表面形成陶瓷膜的技术，通过在电解液中施加高电压，使表面发生微弧放电，从而在基材表面形成一层致密的氧化膜。
1. 制备方法微弧氧化的制备过程包括预处理、氧化处理和后处理等步骤。
其中，氧化处理过程中需在电解液中施加高电压，使表面发生微弧放电。
2. 性能分析（1）耐腐蚀性：微弧氧化膜具有优异的耐腐蚀性，能够在各种腐蚀环境中保护基材。
实验表明，经过微弧氧化处理的铝基材，其耐腐蚀性能得到显著提高。
（2）硬度与耐磨性：微弧氧化膜具有较高的硬度和耐磨性，能够有效抵抗外界磨损和划伤。
通过硬度测试和磨损试验，发现微弧氧化膜能够有效提高铝基材的硬度和耐磨性。
离子镀铝与离子液体电镀铝涂层性能对比研究
离子镀铝与离子液体电镀铝涂层性能对比研究詹中伟;孙志华;汤智慧;张骐【摘要】目的对比研究离子镀铝和离子液体电镀铝两种涂层的性能.方法针对高强度钢表面环保表面处理的需求,对比研究300M钢表面离子镀铝和离子液体电镀铝两种涂层,采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)等对两种涂层的表面、断面微观形貌和成分进行表征;采用原子力显微镜(AFM)对两种涂层表面三维形貌和粗糙度进行观察和测量;采用电偶腐蚀测试两种涂层与铝合金的电偶腐蚀性能;采用缺口试样拉伸方法检测两种涂层对300M钢基体氢脆性能的影响;采用5%NaCl人工海水周浸试验的方法检测两种涂层的耐蚀性能,与电镀镉钛镀层进行对比,采用电化学方法对涂层试验前后的阻抗谱特性进行检测分析.结果两种涂层表面形貌存在较大差异,离子镀铝经过致密化处理后,表面为均匀的圆饼状形貌,致密度很高,粗糙度约为0.88μm,而离子液体电镀铝涂层表面则为圆顶状的凸起物组成,没有明显的孔洞缺陷,粗糙度约为0.71μm;电偶腐蚀测试显示,两种涂层都能够与铝合金相容连接;缺口试样的拉伸试验结果显示,两种涂层的对基体的氢脆性能没有影响;腐蚀试验结果显示,两种涂层对于300M钢基体都具有良好的保护效果,与传统的电镀镉钛相当,具备了未来替代镉类镀层的潜质.结论两种涂层均匀致密,没有明显的气孔、裂纹等缺陷,电偶腐蚀性能优异,对300M钢基体都不会产生氢脆隐患,耐蚀性能优异.%Objective To have comparative study on performances of IVD and ILE aluminum coatings.Methods In allusion to the requirement of environmental treatment on high-strength steel surface, two aluminum coatings were formulated on 300M steel and studied. The morphology of surface and cross section of the two coatings were characterized by scanning electron mi-croscope (SEM) and energy dispersive spectrometer(EDS). Atomic force microscope (AFM) was applied to observe the mor-phology and measure the roughness of the coatings. The contact corrosion was tested between the two aluminum coatings and aluminum alloy. Influences of two coatings on the hydrogen brittleness was evaluated by tensile test of notched bar. The corro-sion resistance of the two coatings was tested by neutral salt spray and alternative immersion in artificial seawater. It was also compared with the cadmium plating coating. Electrochemical method was conducted to evaluate the changes of impedance spectroscopy property during the corrosion test.Results Surface topographys of the two coatings were much different. After densifying treatment, the IVD Al coating exhibited uniform round concave pits withroughness of 0.88 μm, which is attributed to shot preening process. The Alep Al coating has a typical morphology of electroplating composing of convex parts, with rough-ness of 0.71μm. The two aluminum coatings came into contact with aluminum alloy without little galvanic corrosion risk. The notched bars did not break after a 200 h tensile test, suggesting no hydrogen brittleness was introduced into the substrate. The two aluminum coatings exhibited excellent corrosion resistance. The main indexes including hydrogen brittleness and corrosion resistance were equal to that of cadmium plating.ConclusionThese two coatings are uniform and tight, and are free from ob-vious defects such as porosity and crack. They have galvanic corrosion performance, and won't produce hydrogen embrittlement of 300M steel matrix. Their corrosion resistance is excellent.【期刊名称】《装备环境工程》【年(卷),期】2017(014)005【总页数】8页(P74-81)【关键词】离子镀铝;离子液体电镀铝;耐蚀性;氢脆性;抗电偶腐蚀【作者】詹中伟;孙志华;汤智慧;张骐【作者单位】北京航空材料研究院航空材料先进腐蚀与防护航空科技重点实验室,北京 100095;北京航空材料研究院航空材料先进腐蚀与防护航空科技重点实验室,北京 100095;北京航空材料研究院航空材料先进腐蚀与防护航空科技重点实验室,北京 100095;北京航空材料研究院航空材料先进腐蚀与防护航空科技重点实验室,北京 100095【正文语种】中文【中图分类】TJ07;TG178航空工业中，镉类镀层是钢制零件表面的重要防护技术[1—2]，具有优良的耐蚀性，尤其是在海洋大气环境中。
多弧离子镀调研报告.
多弧离子镀技术的现状调研引言物理气相沉积技术早在20世纪初已有些应用，但在最近30年迅速发展，成为一门极具广阔应用前景的新技术，并向着环保型、清洁型趋势发展。
20世纪90年代初至今，在钟表行业，尤其是高档手表金属外观件的表面处理方面得到越来越为广泛的应用。
离子镀技术是在真空蒸镀和真空溅射的基础上于20世纪60年代初发展起来的新型薄膜制备技术，于1963年由D．M．Mattox提出，1971年Chamber等发表了电子束离子镀技术，1972年又出现了反应蒸发镀（ARE）技术，并制作了TIN及TIC超硬膜。
同年，MOLEY和SMITH将空心阴极技术应用于镀膜。
多弧离子镀属于离子镀的一种改进方法，是离子镀技术中的皎皎者。
最早由苏联人开发，80年代初，美国的Multi-Arc公司首先把这种技术实用化，至此离子镀达到工业应用水平。
离子镀种类很多，蒸发远加热方式有电阻加热、电子束加热、等离子电子束加热、高频感应加热等然而多弧离子镀与一般的离子镀有着很大的区别。
多弧离子镀采用的是弧光放电，而并不是传统离子镀的辉光放电进行沉积。
简单的说，多弧离子镀的原理就是把阴极靶作为蒸发源，通过靶与阳极壳体之间的弧光放电，使靶材蒸发，从而在空间中形成等离子体，对基体进行沉积。
由于多弧离子镀技术具有镀膜速度高，膜层的致密度大，膜的附着力好等特点，使多弧离子镀镀层在工具、模具的超硬镀膜、装饰镀膜等领域的应用越来越广泛，并将占据越来越重要的地位。
离子镀技术是当前使用面最为广泛、最为先进的表面处理技术之一，而多弧离子镀更是其中的佼佼者。
据不完全统计，国内外有近一半以上表面处理使用多弧离子镀技术，尤其是那些需要耐磨、耐蚀及特殊要求的场合。
随着社会的进步，科学的发展，离子镀技术必将加完善。
目录引言 (1)1 物理气相沉积技术 (3)1.1物理气相沉积技术种类 (3)1.2物理气相沉积技术主要厂商 (3)1.2.1 PLATIT涂层设备公司 (3)1.2.2 赛利涂层技术有限公司 (4)1.2.3 欧瑞康巴尔查斯有限公司 (4)1.2.4 德国PVT涂层有限公司 (4)1.2.5 瑞士Sulzer (4)1.2.6 亚特梯尔镀层科技有限公司 (5)1.2.7 爱恩邦德技术有限公司 (5)1.2.8 豪泽（Hauzer）技术镀层公司 (5)1.2.9 北京丹普表面技术有限公司 (6)1.3 物理气相沉积技术总结 (6)2多弧离子镀 (6)2.1多弧离子镀原理及工艺 (6)2.2多弧离子镀工艺特点 (7)2.3多弧离子镀膜设备 (7)2.3.1多弧离子镀膜设备构成 (7)2.3.2多弧离子镀膜设备厂家 (8)3多弧离子镀技术制备银膜 (9)3.1多弧离子镀设备制备银膜的特点 (9)3.2破坏银膜的主要因素 (9)3.3多弧离子镀设备制备银膜的改善 (9)4生产成本分析 (9)4.1成本分析的目的 (9)4.2成本分析的根本任务 (10)4.3影响产品成本的主要因素： (10)4.3.1建厂时带来的固有因素 (10)4.3.2宏观经济因素 (10)4.3.3企业经营管理因素 (10)4.3.4生产因素 (11)4.3.5其他影响因素 (11)5多弧离子镀工艺问题分析和改进方向 (11)5.1基体沉积温度 (11)5.2反应气体压强与流量 (11)5.3 靶源电流 (11)5.4基体负偏压 (12)5.5基体沉积时间 (12)6结语 (13)1 物理气相沉积技术1.1物理气相沉积技术种类物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)技术是在真空条件下，采用物理方法，将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体（或等离子体）过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。
电弧离子镀TiN和TiAlN薄膜的机械性能研究
电弧离子镀TiN和TiAlN薄膜的机械性能研究谢婷婷;肖若领;徐焱良;康剑莉【摘要】采用电弧离子镀在高速钢表面沉积TiN和TiAlN薄膜,并比较两种薄膜的机械性能.为模拟实际生产情况,利用对外开展技术服务的机会,沉积薄膜同时在真空腔室内放置近1 000支冲棒.基材高速钢经镀2.0μmTiN和1.8μm TiAlN薄膜后硬度分别提高至2 661HK、3 570HK左右.由于Al原子的固溶强化作用,镀TiAlN薄膜硬度提高比TiN薄膜更为显著.TiA1N薄膜与基材的结合力明显低于TiN薄膜,适用于受力较小的工作条件,这可能是由于薄膜塑性较差及内应力较大共同影响所致.【期刊名称】《温州职业技术学院学报》【年(卷),期】2015(015)001【总页数】4页(P55-58)【关键词】电孤离子镀;TiN;TiAlN;薄膜;沉积;硬度;结合力【作者】谢婷婷;肖若领;徐焱良;康剑莉【作者单位】温州职业技术学院温州市材料成型工艺与模具技术重点实验室,浙江温州 325035;温州职业技术学院温州市材料成型工艺与模具技术重点实验室,浙江温州 325035;温州职业技术学院温州市材料成型工艺与模具技术重点实验室,浙江温州 325035;温州职业技术学院温州市材料成型工艺与模具技术重点实验室,浙江温州 325035【正文语种】中文【中图分类】TG174.444现代制造业迅猛发展，工具在高速、高温、冲击、重载等恶劣条件下工作，往往因表面磨损、腐蚀及高温氧化等而失效。
在钻头、丝锥、刀具等工具表面涂覆一层硬质耐磨保护膜，可显著提高使用性能，延长使用寿命。
工业上，应用最为广泛的硬质耐磨保护膜主要有TiN和TiAlN薄膜[1-4]。
目前，制备TiN和TiAlN薄膜的方法主要有化学气相沉积技术（CVD）[1-2]和物理气相沉积技术（PVD）[3-4]。
与传统的电镀、化学镀技术相比，气相沉积技术绿色环保，对环境无污染，不存在废气、废液等问题。
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复材表面电弧离子镀镀铝膜性能研究赵栋才* 肖更竭 马占吉 武生虎 任 妮
(表面工程技术国家级重点实验室兰州物理研究所 兰州 730000)
SurfaceModificationofCarbon-FiberReinforcedPlasticswithAluminumCoatings
ZhaoDongcai*,XiaoGengjie,MaZhanji,WuShenghu,RenNi(NationalKeyLaboratoryofScienceandTechnologyonSurfaceEngineering,LanzhouInstituteofPhysics,Lanzhou730000,China)
Abstract Thesurfacesofthecarbon-fiberreinforcedplastic(CFRP)inasandwichreflectorweremodifiedwitha-luminumcoatings,depositedbyarcionplating,toreduceitsreflectivelosses.Themicrostructures,propertiesandsto-ichiometriesofthealuminumfilmswerecharacterizedwithX-raydiffraction,X-rayphotoelectronspectroscopy,scanningelectronmicroscopy,andconventionalmechanicalprobes.Theresultsshowthatthehighqualityaluminumfilms,grownonCFRPsubstrate,significantlyincreasestheCFRPsurfaceconductivityalmostuptothatofthebulkaluminum,andthatstrongadhesionexistsattheinterfaceoftheAlfilmsandtheCFRPsubstrate.Possiblemechanismresponsibleforthestronginterfacialadhesionwastentativelydiscussed. Keywords Aluminumfilm,CFRP,Arcdeposition,Metallization
摘要 为了减小复材天线反射器在高频段的反射损耗,利用电弧离子镀膜技术在其表面镀Al膜。用万能拉伸测试仪、表面轮廓仪、SEM、XPS、XRD、Z-82数字式四探针测试仪对其性能进行评价。发现薄膜致密、均匀、形成晶体结构,导电性能接近块体Al材。通过XPS研究发现,组成薄膜的金属元素和基底中的氧、碳等元素发生了反应。在拉拔试验中,复材基底成分层状脱落,薄膜和复材基底附着完好。说明组成薄膜的Al元素在界面处和基底材料发生反应,形成化学键,提高了附着力。关键词 铝膜 碳纤维复合材料 电弧镀 金属化中图分类号:TB303 文献标识码:A doi:10.3969/j.issn.1672-7126.2010.05.12
碳纤维复合材料(CFRP)以其质量轻、高比强度、高比模量、耐高温、耐蠕变、热膨胀系数小等一系列优异性能在空间器件中得到了广泛应用。但是在很多应用领域,表面性能限制了应用,需要表面金属化,如碳纤维复合材料作为天线和微波器件时,在一定的频率范围内,靠自身能够完成天线电磁波的反射功能,但在更高频段则由于反射损耗的增大而失去反射功能的使用价值。在这种情况下,就必须对天线反射面进行表面金属化处理。复合材料表面金属化常用的方法有金属转移法、喷涂、贴膜法、电镀、真空镀等,有时在复材成型过程中就考虑金属化,如在碳纤维复合材料制备过程中,通过在表层环氧树脂胶中添加银粉,在碳纤维复合材料结构件中布置适当的金属网或金属短纤维来改善复合材料表面电性能。各种金属化方法各有优缺点,如金属转移、电化学刷镀、贴膜、电镀等附着力低,适应环境能力低;喷涂的薄膜比较厚,表面粗糙,均匀性比较差;在环氧树脂中添加银粉,或在结构件中布置金属网增加重量较多;真空镀膜附着力高,环境适应性强,薄膜厚度均匀,严格可控,但生产成本高。国内有关复材表面金属化有一些报道[1-3],但关于金属涂层/薄膜的性能报道较少,未见薄膜与基底之间成键关系的报道,本论文利用电弧离子镀膜
收稿日期:2009-09-27基金项目:重点实验室基金资助项目(9140C540203100C54)*联系人:E-mail:zhaodongc@163.com
510 真 空 科 学 与 技 术 学 报CHINESEJOURNALOFVACUUMSCIENCEANDTECHNOLOGY 第30卷 第5期2010年9、10月技术,在碳纤维表面镀Al膜,在薄膜性能研究的基础上,探索其与复材基底之间的成键关系。
1 样品制备与测试方法利用电弧离子镀膜设备制备金属薄膜,该设备配备了脉冲、直流过滤两种电弧源,可实现薄膜均匀沉积,设备示意图如图1。图1为脉冲过滤弧沉积设备示意图,其中:1为真空室;2为偏转电磁线圈;3为金属阴极;4为金属源供电电源;5为聚焦线圈;6为石墨阴极;7为电感线圈;8为脉冲源供电电源;9为电容;10为Rogovsky环;11为示波器;12为石墨阳极;13为基底;14为脉冲电压表。
图1 脉冲过滤弧沉积设备示意图Fig11 Schematicdrawingofthefilmdepositionsetup
将清洗干净的样品载入真空室,抽真空至1@10-3Pa后开始镀膜。样品和电弧源相距500mm,阴极电压30V,放电电流80A,真空度小于516@10-3Pa,薄膜沉积速率2Lm/h。制备了一组样品,基底为碳纤维/环氧复合材料,编号为1#。利用CMT-6104万能拉伸测试仪测试薄膜附着力;薄膜厚度通过制备掩膜,用表面轮廓仪(Dektak8StylusProfilometer)测试;薄膜表面形貌用日本电子光学公司生产的JSM-5600LV低真空扫描电子显微镜(SEM)分析;Z-82数字式四探针测试仪对其电性能进行评价;薄膜和基底之间的成键状况利用X射线光电子谱(XPS)测试,用软件Origin作解谱分析;日本理学D/max2400X射线衍射仪(XRD)分析薄膜结晶状况。
2 试验结果与讨论211 薄膜附着力、厚度、电阻率薄膜附着力、厚度、电阻率测试值如表1所示。
表1 样品的附着力、厚度、电阻率Tab.1 Theadhesion,thicknessandconductivityoftheAlfilms样品编号附着力/N#mm-2厚度/Lm电阻率/10-8
8#m
1#6~131.25.5~6.5
Al膜电阻率和Al块体材料的电阻率(2167@10-88#m)同量级(约差2125倍),说明电弧离子镀膜
技术在复材表面镀Al膜,能将复材的导电性能提高到和Al块材接近的程度,很好的改善其电学性能。用万能拉伸测试仪做完拉拔试验后,基体材料拉裂,薄膜和基体之间结合良好,说明薄膜附着力高于基体材料层与层之间的结合强度。薄膜附着力测试值比较分散,是由测试条件的误差及复材层与层之间的结合强度导致的。212 Al膜表面形貌和结构电弧离子镀膜技术最大的缺点是较大的熔滴会沉积到薄膜表面,薄膜表面比较粗糙,优点是薄膜附着力高。本文样品制备过程中,利用电磁反射线圈,如图1,使得电子在线圈作用下反射偏转,大的带电离子和熔滴无法到达基体表面,只有合适荷质比的离子才能沉积到基体上。同时,利用电磁反射线圈,可以使基体和弧源之间保持较远距离,即有利于实现复材大面积低温镀膜,又避免镀膜打火放电问题。样品表面形貌图如图2所示。
图2 复材表面镀Al膜样品SEM表面形貌图Fig12 SEMtopographicimageoftheAlfilms
从图2中能够看出,薄膜样品表面大的熔滴很少,薄膜样品表面形貌都是基体形貌的映射。薄膜
511第5期赵栋才等:复材表面电弧离子镀铝膜性能研究样品的XRD图谱如图3所示。虽然薄膜沉积温度低(90e),但薄膜结晶较好,Al膜具有和块体材料相同的晶体结构(fcc),这也是Al膜电阻率和块体材料接近的原因。
213 附着力机理分析为了研究薄膜附着力机理,对镀膜样品进行深度剖面XPS测试,在膜基交界处采集数据,图谱如图4所示。图3 Al膜fcc结构的XRD衍射谱
Fig13 XRDspectrumoftheAlfilms
图4 XPS图谱Fig14 XPSspectraattheinterfaceofAlandCFRP
环氧/碳纤维复材表面镀Al膜的C1s峰由结合能为28413eV的主峰和位于28211,28518eV的两处肩峰组成,见图4(a)。28413eV是sp2态的C-C、C-H的结合能[4];28211eV处的C1s是金属碳化物的存在[5-6],在样品中,只有金属Al,故28211eV处是C-Al键结合能;28518eV为C-H、C-N、芳香族碳、及C-O(PET)状态的存在[7-9]。从样品的C1s谱分析能够发现,在镀膜过程中,Al和C发生了反应,形成了C-Al键;C1s的其他结合能都是由复材所含的环氧胶,纤维中C化学环境导致的。可见,Al和C发生了反应。从图4的(b)峰能够看出,N1s峰主要由位于39712eV和39815eV两处峰组成,低结合能处是金属氮化物状态[10],高结合能处是树脂态的N-C结合能[11],说明金属Al和N发生了反应。O1s结合能为53213eV,见图4(c),O的这种状态说明,O和Al反应形成Al2O3[12,14],氢氧化合物(羟基)在高结合能处因环氧结构的氧有一些贡献,出现一很小的肩峰[13],可见,金属Al和O发生了反应。从图4(d)能够看出,Al2p峰主要由两个峰组成:由结合能位于7216eV和7415eV的峰组成。低
512真 空 科 学 与 技 术 学 报第30卷