物理气相沉积TiN涂层结合力的研究现状与展望

物理气相沉积涂层质量指标主要通过涂层与基体结合强度来评定,因此,结合力决定了涂层是否可用.镀层的结合力强度既取决于膜/基界面的物理和化学相互作用,同时也取决于界面区的微观结构.本文阐述了薄膜中残余应力形成的原因,并分析了其引起的机理.综述了中间层Ti薄膜,梯度镀层及渗氮层与基体界面结合力的关系,从而提高界面结合强度.为合理设计PVD新型涂层提供依据.     

钛基羟基磷灰石涂层的界面结构及梯度设计

羟基磷灰石是最有发展前途的生物硬组织替代材料之一,临床上采用在钛合金上涂覆HA生物活性涂层,涂基结合及涂基界面的整合是决定HA涂层性能和可靠性的关键因素.评述了钛基羟基磷灰石涂层的界面微观结构,指出界面上存在纳米氧化物薄膜是提高涂层结合强度的关键,并结合纳米多层薄膜和功能梯度膜的优点,提出改善涂基结合强度,发挥羟基磷灰石生物活性涂层的三明治式的梯度设计.     

测定膜基界面结合能的努氏印痕能量法

研究了涂层与基体界面结合能的测定方法，用理论和实验技术分析了努氏界面印痕法加载过程中，膜基试样吸收外加能量而转化为塑性变形能的行为、以及表面形状改变能和涂层界面断裂表面能，建立了努氏界面印痕能量法。对铁基Ni/Fe、镍基Cu/Ni低压等离子喷涂涂层进行界面结合强度的研究和分析得到涂层界面的断裂表面能。铁基纯镍Ni/Fe涂层界面的断裂表面能比镍基铜Cu/Ni涂层的高。界面微观分析表明：镍基铜Cu/Ni涂层材料疏松，膜基界面存在较多裂纹，涂层和基体中观察不到元素扩散层。Ni/Fe涂层界面结合致密，约有2μm的元素扩散层，微观分析现象与界面结合能的测定结果吻合。     

15CrMnMoVA钢磁控溅射镀铝防护层耐腐蚀性能

采用磁控溅射技术,在15CrMnMoVA钢上镀覆一层纯铝防腐蚀薄膜。利用盐雾机、电化学测量仪、扫描电镜和能谱仪对比基体和铝涂层样品的耐腐蚀性能,同时分析偏压、靶电流、沉积时间等因素对涂层耐腐蚀性能的影响。结果表明,铝膜厚度为8.2μm的样品,铝膜层晶粒均匀,大小为1～2μm、膜/基界面平整、结合良好,其中基体与膜层界面处致密的过渡层对提高样品的耐腐蚀性作用显著;在中性盐雾气氛中,516h出现红锈;Al膜沉积时间为1h的样品,其自腐蚀电流比基体低2个数量级,达到icorr=-6.53×10-8 A,能有效提高基体的耐腐蚀性,膜层在中性盐雾腐蚀气氛下失效方式为逐层失效;薄膜沉积过程中,提高负偏压、靶电流和镀膜时间,均能提高膜层的质量。     

Ni/Al纳米多层膜的界面扩散与电阻率

采用FS-MS模型研究了Ni/Al纳米多层膜的薄膜电阻率ρ及镜面反射系数P随周期数n、Ni/Al调制比R和调制波长L的演变规律,从而表征了多层膜界面扩散行为的尺度依赖性.结果表明t随着n减小,ρ基本恒定,多层膜界面扩散行为对调制周期数不敏感;而随着薄膜特征尺度R和L的减小,出现ρ异常增加和P明显减小的变化过程. P对薄膜特征尺度的依赖关系反映了多层膜界面扩散行为的尺寸效应,即多层膜界面非对称的互扩散行为只在低调制比与低调制波长尺度下加剧,此时界面互促效应凸现;在高于临界调制波长和调制比的情况下,互促效应弱化,薄膜界面扩散行为不明显.     

电弧离子镀CrSiN薄膜的内应力控制与厚膜化

采用电弧离子镀技术在不锈钢SUS440C基片上沉积了CrSiN薄膜,并在此基础上通过引入Cr应力缓和层制备了CrSiN/Cr多层薄膜,研究了Cr应力缓和层对缓解CrSiN薄膜内部应力、增强膜基结合力、提高薄膜沉积厚度的作用.利用X射线衍射仪及sin2ψ法测试计算了薄膜的内部应力、采用扫描电镜及透射电镜观察了薄膜的显微结构,采用微米划痕仪测试了膜基结合强度.结果表明:20～30nm极薄Cr层的导入,缓解了CrSiN薄膜内部应力的积累,降低了薄膜整体的内部应力,选择合适的Cr层数,最大可降低内部应力1/2.CrSiN/Cr多层膜仍保持了原有的连续柱状晶生长模式,CrSiN层与Cr层间,界面完整清晰,Si-N非晶部分缓解了CrSiN中CrN晶格与Cr层中Cr晶格间的失配,使得层间结合紧密牢固.划痕仪测试结果表明膜基结合强度与薄膜内部应力呈现出高度的相关性,Cr应力缓和层的导入改善了薄膜的膜基结合力、提高了薄膜可沉积厚度.     

调制周期对TiN/Ti多层膜组织结构和结合力的影响

为了阐明调制周期对薄膜微观组织及薄膜与基体结合力的影响,采用反应磁控溅射在Ti6Al4V基板上交替沉积了Ti层及TiN层制备了TiN/Ti多层膜。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度仪和划痕仪测量分析了薄膜的晶体结构、微观组织、硬度以及薄膜与基体之间的结合力。研究结果表明:TiN/Ti多层膜中均存在TiN,Ti和Ti2N 3种相。TiN/Ti多层膜均以柱状晶方式生长,在调制周期较大(5层)时,TiN和Ti层的界面清晰;随着调制周期的减小(层数增加),TiN和Ti层的界面逐渐消失。与单层TiN薄膜相比,多层TiN/Ti薄膜的硬度显著提高;但随着薄膜层数的增加,多层TiN/Ti薄膜硬度略微降低。当调制周期为80nm(30层)时,薄膜与基体的结合力明显提高,达到73N。     

The adhesive behaviour of NiCrAlY coatings with Cr-O-N diffusion barriers

采用电弧离子镀技术制备了不同成分的Cr-O-N薄膜作为NiCrAlY涂层与高温合 金基材DSM11之间的扩散阻挡层. 研究了不同O2和N2流量对Cr-O-N薄膜的相含量的影响及 对NiCrAlY/Cr-O-N/DSM11体系薄膜结合强度的影响. 实验结果表明,Cr-O-N是 由Cr2O3和CrN组成的多晶膜, 两相的相对含量随O2和N2流量改变而发生变化. 扩散阻挡 层抑制元素扩散的同时降低了NiCrAlY涂层与基体间的结合强度, 且随着阻挡层中氧含量 的增加结合强度逐渐下降. 适当的氧含量可以使NiCrAlY/Cr-O-N/DSM11涂层体系具有良 好的结合强度和抗元素扩散能力.     

CVD多层涂层断裂方式及失效的微观机理分析

本文以TiN/Al₂O₃/TiAlCNO/TiCN/TiN CVD多层涂层为对象研究了CVD多层涂层的断裂方式和失效机理。采用扫描电镜和透射电镜观察多层涂层的断裂形貌和涂层界面微观组织，结果表明多层涂层的断裂方式为沿晶断裂和穿晶断裂；Al₂O₃/TiAlCNO/TiCN涂层界面微观组织疏松有微裂纹等缺陷。采用电子探针分析了多层涂层界面的元素扩散行为，结果表明TiN/基体界面依靠机械结合、吸附结合、扩散结合和化学结合，界面强度高；Al₂O₃/TiAlCNO界面仅依靠吸附结合，界面强度低。通过计算得出多层涂层中存在残余热应力，它使多层涂层中产生较多微裂纹。因此，多层涂层失效源于涂层中微裂纹，界面结合强度低会加速涂层脱落。     

离子束增强沉积TiN薄膜界面结合强度的研究

采用划痕法测定了离子束增强沉积ＴｉＮ薄膜的界面结合力。结果表明，由于在离子束增强沉积过程中ＴｉＮ薄膜和基体之间生成一层厚约３０～４０ｎｍ的过渡层，从而大大改善了涂层的界面结合强度，其临界载荷可达１４０Ｎ，为一般ＰＶＤ和ＣＶＤ方法所生成的ＴｉＮ膜的３～４倍，并且发现它并不随膜厚的增加而变化。     

胫骨生物陶瓷复合材料的微结构增韧机理

扫描电镜观察显示胫骨是一种由羟基磷灰石和胶原蛋白组成的自然生物陶瓷复合材料.羟基磷灰石具有层状的微结构并且平行于骨的表面排列.观察也显示这些羟基磷灰石层又是由许多羟基磷灰石片所组成,这些羟基磷灰石片具有长而薄的形状,也以平行的方式整齐排列.基于在胫骨中观察到的羟基磷灰石片的微结构特征,通过微结构模型分析及实验,研究了羟基磷灰石片平行排列微结构的最大拔出能.结果表明,羟基磷灰石片长而薄的形状以及平行排列方式增加了其最大拔出能,进而提高了骨的断裂韧性.     

钢材打捆机控制系统智能化技术的研究

钢材打捆机是一种用于轧钢精整工艺的新型自动化设备，其控制系统基于SiemensS7 PLC和TP7触摸屏。系统的智能化技术主要包括：液压高低压自动控制、在线监视、离线故障检测、多台设备协同工作、可视化人机交互技术。本文描述了这些技术的原理与实现方法。     

FeCrAIW电弧喷涂层组织的致密化研究

采用激光辐照对FeCrAlW电弧喷涂层的组织进行致密化处理,借助扫描电镜和X衍射对涂层的组织进行了分析.测试了涂层的显微硬度.结果表明:涂层组织致密度提高,孔隙率明显降低.随着激光扫描速度的增加,涂层的显微硬度降低.在较低的扫描速度下,涂层与基体之间形成互熔区,涂层与基体之间产生良好的冶金结合.     

Development of the technology of ultrasonic welding of components made of Capron tapes

The technology of ultrasonic welding of components made of Capron tapes producing welded joints with high strength parameters has been developed. The numerical values of the main parameters of the conditions of ultrasonic welding of the Capron tapes are determined. It is shown that the increase in the amplitude and welding pressure shortens the welding time. The experimental results show that the Capron tapes are characterized by geometrical homogeneity in both the transverse and longitudinal direction so that the welded joints can be produced both along and across the tape.     

钢管穿孔机主减速机振动分析

宝山钢铁股份有限公司钢管分公司的穿孔机下辊主减速机在大定修前,减速机轴和下辊大电机的振动情况严重,诊断部门对该减速机进行了测振分析,结合对电机振动、减速机振动的频谱分析和对轴承的故障频率成分分析,找出了主减速机振动的原因是轴承损伤。该分析结果与解体检查的结果相一致。     

面向零件形状的计算机图形库的开发

论述了CAD技术中参数化设计的三种建模方法，重点介绍了基于特征的参数化建模原理。在此基础上，分析机械设计中的机构结构，归纳出其零件的几何特征构成。设计了机构CAD图形库，并提出了该图形库生成步骤和人机交互界面。     

Modelling of processes of thermochemical treatment of metals: traditions of Russian scientific school

Abstract

The paper is devoted to 100th anniversary of the outstanding Russian scientist professor Yuriy Mikhailovich Lakhtin – the founder of the world-famous scientific school of surface strengthening of metals and alloys. Lakhtin's scientific school is recognised for its contribution into research of processes of thermochemical treatment of metals and especially of nitriding. Today at the Department of Metal Science and Heat Treatment of MADI his followers continue the traditions of Lakhtin's scientific school. The development of technologies of surface engineering is based on complex modelling of physical processes realised by thermochemical treatment of metals. Thermodynamic models describe the interaction between metals and components of saturating atmosphere and predict phase composition of diffusion layer. Diffusion models of kinetics of saturation of metals allow us to calculate the rate of growth of diffusion layer and regulation of its depth and structure. Structural models determine quantitative dependence between parameters of structure (grain size, dispersed particles, etc.) and mechanical properties. These models allow us to estimate the level of strengthening by control of structural specifics of strengthened layer. On the basis of this complex of models, new efficient technologies of surface strengthening are developed.     

高等教育国际化与中国高等教育施化力培育

本文从化层、化型、化向与化力等方面考察高等教育国际化的应然本质属性 ,描述与分析中国高等教育在国际化潮流中表现出的发展态势 ,针对种种态势提出中国高等教育核心施化力培育战略 ,以使中国高等教育乃至世界高等教育真正地走向国际化     

冲压件小螺纹底孔翻边参数的修正

结合长期的实践体会,分析了冲压件小螺纹底孔翻边参数,对冲压件小螺纹底孔部分翻边参数进行了有效的修正,修正后的参数在长期的运用中效果较佳。     

AGC系统液压缸位移传感器的软修正

针对液压缺模拟位移传感器LVDT存在增益漂移的问题，研究出一套校正方法。其特点是利用轧机上的压力传感器及电动压下位移传感器来校正液压缸位移传感器，得出修正系数k。修正后，AGC系统运行状态明显稳定，控制精度进一步提高。