离子束技术制备Ag—Cu固体润滑膜的研究

介绍了采用离子束技术（包括离子束溅射和离子注入）在钢表面沉积Ａｇ－Ｃｕ合金固体润滑膜的方法。通过现代测试技术研究和测量了Ａｇ－Ｃｕ合金固体润滑膜表面的显微硬度、磨痕形貌、摩擦系数等，结果表明经离子注入的Ａｇ３０Ｃｕ７０合金膜具有优良的耐磨能力，还分析了离子注入的作用及Ａｇ－Ｃｕ合金膜的减摩机理。     

荷能束辐照致使Cu/Ag表面偏析的研究

本文研究了金属(Cu)/金属(Ag衬底)系统的荷能束辐照引起的表面偏析现象。观察到Cu在多晶Ag衬底上溅射淀积过程中,Ag原子在Cu膜表面的偏析,且淀积Cu原子能量越大,Ag原子偏析程度越大,即观察到了淀积Cu原子10~(-1)～1eV量级的平均能量差异对膜层表面偏析行为的影响。对溅射淀积所得膜层进行keV量级的离子束辐照,Ag原子的表面偏析程度更甚。     

Ag-Cu钎料与双相陶瓷透氧膜的润湿和界面反应研究

用座滴法测试Ag-Cu合金钎料对Ce_0.8Gd_0.2O_2-δ-NdBaCo₂O_5+δ(CGO-NBCO)双相透氧膜的润湿性, 利用SEM-EDS分析润湿和界面反应机理。结果表明: 空气条件下Ag-Cu合金与CGO-NBCO间的润湿遵从界面反应润湿机制。随着Cu含量的增加, Ag-Cu合金对透氧膜润湿性能提高, Cu含量为6.6mol%~15.8mol%时, 润湿角在35°~20°左右。在润湿界面处出现Cu氧化物的富集, 并且在透氧膜侧生成一层由Cu氧化物和CGO-NBCO双相透氧膜反应产生的Ba-Cu-O、Co-Cu-O和Nd-Ce-Cu-O等复杂氧化物相构成的产物层, 新的界面反应层的生成有利于Ag基合金钎料的润湿, 改善了钎料的润湿性能。     

Ag/Cu离子先后注入形成合金和核壳结构纳米颗粒

具有核壳结构的纳米颗粒由于它独特的性质已经成为目前材料科学研究的热点.本文介绍用离子注入并退火的方法制备核壳结构的纳米颗粒.Ag/Cu离子以13的剂量比先后注入到非晶SiO2中形成了Ag-Cu合金纳米颗粒.当样品在还原气氛中600℃退火后,光学吸收谱在400nm附近出现了一个新峰,透射电子显微镜(TEM)观察发现纳米颗粒中心出现亮的衬度,相应的选区电子衍射(SAED)出现了两套斑点,因而形成了Ag-Cu合金核Cu壳纳米颗粒.用Mie理论模拟了核壳结构光学吸收谱,其结果与实验符合较好.     

钛合金表面离子束辅助沉积CuNiIn固体润滑膜和Cr—N硬质膜

在钛合金表面的利用离子不辅助沉积（ＩＢＡＤ）技术ＣｕＮｉＩｎ固体润滑膜和Ｃｒ－Ｎ硬质膜层，分析、测定了膜层的组织结构、成分分布、形手表主摩擦磨损性能。结果表明，ＩＢＡＤＣｕＮｉＩｎ在室温和５００℃均可为ＴＣ４合金表面产生良好的固体润滑效果，各项性能显著优于传统电镀Ａｇ方法。ＩＢＡＤＣｒ－Ｎ膜为ＣｒＮ和Ｃｒ双相组织，在室温和５００℃可有效地改善ＴＣ４合金表面的耐磨性能。     

离子束抑制金属腐蚀的综合模式

根据离子注入与混合的离子束工艺对金属腐蚀行为影响的实验研究，从该技术表面冶金的特点出发，较系统地论述了合金元素性质、合金表面结构、辐射损伤、表面污染、成分均匀性以及表面应力等物理化学效应可能对金属电化学行为造成的影响。在此基础上提出了离子束表面合金化抑制金属腐蚀的综合模式，较好地解释了在不同条件下，加入不同元素对金属腐蚀行为造成的不同影响。     

合金成分对Ag-Cu二元合金制备纳米多孔银的影响

本文研究了纳米多孔银的制备及合金成分对纳米多孔银微观结构的影响。选用Ag含量(原子百分数)为15%,20%和25%(分别对应亚共晶,共晶与过共晶成分)的Ag-Cu合金薄带,通过化学去合金法制得具有三维的,韧带-孔洞双连续结构的纳米多孔银。利用X射线衍射仪(XRD)与扫描电子显微镜(SEM)对试样进行物相组成和微观结构的观察与分析。研究了Cu含量的变化对纳米多孔银微观结构及性能的影响。得出结论:去合金介质及温度等腐蚀条件一定的情况下,去合金时间越长,纳米多孔银的韧带尺寸越大。在腐蚀介质和温度等条件相同的情况下,纳米多孔结构特征尺寸受合金成分影响,Cu含量越高,去合金过程中产生的孔洞/通道尺寸越大。由于Cu含量不同,Ag15Cu85,Ag20Cu80和Ag25Cu80三种成分的合金中,Ag20Cu80去合金化得到的纳米多孔Ag的韧带孔洞微观结构最均匀。     

新型离子束增强沉积技术

离子束增强沉积技术是近年在离子注入技术基础上发展的新型材料表面改性技术，本文简要介绍多功能离子束增强沉积设备和应用技术研究，设备具有金属离子注入、气体离子注入、离子束增强沉积、磁控溅射沉积功能，进行材料表面改性和制备各种材料薄膜科学研究。     

固体润滑轴承用9Cr18不锈钢离子注入与磁控溅射改性真空摩擦学研究

为了提高空间固体润滑滚动轴承耐磨寿命,采用全方位离子注入和磁控溅射技术对空间固体润滑轴承用9Cr18材料进行耐磨减摩表面改性研究。首先对9Cr18不锈钢试样表面注入N+、Ti+、Ti++N+,对离子注入后试样采用磁控溅射技术沉积MoS2-Ti薄膜。通过测试注入前后试样粗糙度及硬度,评价不同注入离子及无离子注入不同基底材料下溅射MoS2-Ti薄膜的附着力、真空摩擦学、薄膜磨损率等性能。结果表明离子注入通过提高9Cr18不锈钢基底硬度,能够提高复合改性后9Cr18不锈钢材料真空摩擦学性能20%。     

离子束表面处理装置及其应用

本文介绍了一台自行研制的离子束表面处理装置。该装置能独立进行离子束溅射沉积金属膜，也能与离子注入机联机进行离子注入和离子束动态混合对材料表面作改性处理。同时介绍了用离子束溅射、离子注入和离子束动态混合技术进行Ｎｉ沉积于Ｓｉ、ＰＥＮ—２．６膜电导性及混合Ｃｒ于 Ｃｒ４Ｍｏ４Ｖ钢的实验结果。     

CdZnTe晶体欧姆接触电极的制备工艺研究

高阻CdZnTe晶体是X射线及γ射线探测最优秀的材料.制备CdZnTe探测器最关键的技术之一就是在CdZnTe表面制备出欧姆接触薄膜电极.关于在CdZnTe晶体表面制备接触电极用导电薄膜,大都是采用蒸发镀膜技术,膜层与CdZnTe晶体结合不很牢固.本论文主要开展了在CdZnTe晶体上欧姆接触电极的选材和制备工艺的研究.理论分析了金属与CdZnTe半导体的接触关系,根据影响因素选择Cu/Ag合金作为电极薄膜材料.利用射频磁控溅射法成功地在CdZnTe晶体上制备出Cu/Ag膜.研究发现Cu/Ag合金膜的电阻率随溅射功率的增大而增大、衬底温度的升高而降低.从理论上对这一规律进行了解释.     

多离子束沉积Ti-N膜横截面组织的电镜研究

多离子束混合材料表面改性技术有比离子镀和离子注入方法优越之处。本文研究了高速钢(W18Cr4V)表面多离子束混合沉积 Ti-N 膜的横截面组织,结果表明,从基体至镀膜顶端共有5个层次的组织。在基体表面有一层约20nm 厚的 Ti-Fe 非晶合金层,非晶层外是层状 Ti_2N 组织,极细纤维状Ti_2N 组织,极细纤维状、略有粗化的纤维状以及细柱状的 Ti_2N 和 TiN 组织,最外层是细柱状的 TiN 组织。高速钢基体表面晶粒明显细化,且有约100nm 左右深度的 Ti-N-Fe 及其它基体元素的混合区。探讨了膜层形成机理及对性能影响。     

用离子束和激光束方法改变材料表面性能

离子束和激光束各自单独应用或联合应用,可以改变材料表面的原子结构,使材料的表面特性大为改观。 试验业已证实,用离子注入处理,使低碳钢的疲劳循环次数,由未经离子注入处理的100万次提高到1亿次循环才断裂。氮离子注入的合金在腐蚀环境中的耐磨性能比未处理的合金强400～1000倍。用砷、磷和     

Ta和Ag离子双注入Ti6Al4V合金抗Hank's溶液腐蚀性能研究

采用Ta和Ag离子双注入对医用Ti6Al4V合金进行表面改性,以Ta离子1.5×1017 ions/cm2先注入,Ag离子1×1017 ions/cm2后注入合金样品表面.采用动电位极化曲线研究Ta+Ag离子双注入前后Ti6Al4V合金抗Hank’s溶液腐蚀性能,利用小角掠射X射线衍射技术研究离子双注入前后Ti6Al4V合金表面物相组成,以X射线光电子能谱技术分析离子双注入样品表面、离子注入合金腐蚀样品表面元素存在的化合态.结果表明,Ta+Ag离子双注入改善了Ti6Al4V合金抗Hank’s溶液腐蚀性能,离子双注入合金的腐蚀电流密度与对照样相比降低了94.6％.离子双注入Ti6Al4V合金表面生成的耐蚀合金层、少量单质Ta和Ag、合金表面的氧化物腐蚀阻挡层有利于合金抗Hank’s溶液腐蚀性能的改善.     

硅材料表面减摩抗磨改性研究现状与展望

近年来,微机电系统(MEMS)发展迅猛,但系统中可发生相对运动的微构件之间的摩擦磨损问题未能得到很好地解决,限制了其进一步的广泛应用和深入发展.主要对固体薄膜润滑、分子超薄膜润滑、离子注入、微织构及石墨烯膜层表面改性方法在微机电系统减摩抗磨方面的研究现状和进展进行了归纳总结,指出应当继续深化硅材料复合表面改性技术及改性层摩擦行为的研究,加强对新型复合表面改性技术的创新和探索.本研究对于拓展MEMS的使用寿命研究具有一定的借鉴意义.     

浸渗型TiC/FeCrWMoV金属陶瓷高温自润滑特性及其润滑机理

采用熔融固体润滑剂和微孔金属陶瓷预制体的真空压力浸渗复合技术,制备出浸渗型互穿网络结构TiC/FeCrWMoV系高温自润滑复合材料。利用XP型高温摩擦磨损试验机考察其摩擦磨损性能,运用扫描电子显微镜(SEM)、光电子能谱(EDXA)和X射线衍射(XRD)分析磨损表面成分、形貌和结构,探讨了该材料的高温自润滑机理。结果表明:高温摩擦磨损过程中,浸渗于复合材料微孔中的固体润滑剂扩散析出,并在摩擦表面形成含有PbWO4、PbO、SnWO4、Ag2WO4、Ag3Sn等氧化物和金属间化合物的润滑膜是其在高温下具有良好自润滑性能的主要原因;摩擦界面的微孔结构是影响浸渗复合式高温自润滑材料摩擦过程中润滑膜完整性的主要因素。Pb-Sn-RE三元系复合固体润滑剂中加入Ag元素可以防止润滑膜表层开口孔隙的封闭,有助于浸渗复合式高温自润滑复合材料孔隙中固体润滑剂的持续扩散析出,以保证摩擦磨损过程中润滑膜的持久性和完整性。     

离子注入在材料科学与工程中的应用

本文介绍了离子注入、离子束混合和动态离子束混合技术在金属,陶瓷、绝缘体和有机聚合物等材料表面改性方面的应用情况及其取得的主要成就。     

Pd-Cu合金复合膜的制备及表征

采用无电化学镀技术制备了Pd-Cu合金复合薄膜.复合膜的初始基体是0.2μm等级的316L多孔不锈钢圆片(PSS),经过改性的(含Pd)溶胶-凝胶ZrO2成膜技术对PSS表面进行了修饰.修饰后的PSS表面首先进行无电镀金属Pd膜,然后在Pd膜表面再镀金属Cu膜.最后把具有双金属镀层的膜片在773 K ,H2气氛(101kPa)下保持5～10h进行退火热处理,通过金属间分子热扩散把不锈钢基体上的金属Pd膜和金属Cu膜合金化为均匀的Pd-Cu合金复合薄膜.XPS确定表面组成为Pd90Cu10 (质量分数/%) 合金薄膜, 经过XRD分析结合确定为单相无序fcc结构;而Pd59Cu41合金膜是由平衡fcc 相和有序 bcc相组成.通过SEM观察到Pd90Cu10 合金薄膜(厚度5μm)表面存在一些针孔;而Pd59Cu41合金膜(厚度10μm)没有针孔存在,这种合金复合膜应该具有极高的透H2选择性.     

不同含量Ag掺杂对YBa_2Cu_3O_x和Bi_2Sr_2CaCu_2O_x固体自润滑材料摩擦学性能的影响

通过固相反应法制备了YBa2Cu3Ox/Ag和Bi2Sr2CaCu2Or/Ag固体自润滑材料.采用XRD和SEM检测了材料的成分以及相结构.XRD结果表明,所制备的YBa2Cu3Ox/Ag和Bi2Sr2CaCu2Ox/Ag固体自润滑复合材料都是由超导相和Ag相组成.采用销一盘式摩擦试验机研究了试样在常温下的摩擦学性能.结果表明,室温下纯YBa2Cu3Ox的摩擦系数为0.68～0.95,当掺杂15%(质量分数)Ag时,摩擦系数减小到最低,为0.11左右;纯Bi2Sr2CaCu2Ox的摩擦系数为0.21～0.22,当掺杂10%(质量分数)Ag时,摩擦系数降低到最低,为0.18左右.在超导体中添加Ag可有效改善材料的摩擦学性能.Ag可在材料摩擦接触表面形成一层Ag膜,从而有效改善接触表面,达到减小摩擦力的效果.     

热铟封技术中多层金属薄膜的研究

在像增强器制备过程中,转移阴极—铟封技术使器件设计更加自由,并能提高器件的增益及时间、空间分辨率。相对于冷压铟封,热铟封技术更加简单实用,设备造价低,因此,在真空光电器件制备领域有着广泛的应用前景。但是,热铟封技术在保证器件气密性方面仍需进一步改善。本文采用真空蒸镀方式,在玻璃上制备了多层金属薄膜,以提高In-Sn合金与玻璃的润湿性能。采用座滴法比较了合金在玻璃及五种膜层结构表面的润湿及铺展性能。利用JSM-6700F型场发射电子扫描显微镜分析了润湿界面特性。结果表明:In-Sn合金与玻璃的润湿性能差,且在封接界面处容易产生孔洞;In-Sn合金在膜层结构玻璃/Cr/Cu和玻璃/Cr/Ni/Cu/Ag上表现出良好的铺展性和润湿性,在封接界面处,合金与薄膜表层结合致密,无缝隙或孔洞出现;器件铟封实验表明,采用膜层结构玻璃/Cr/Ni/Cu/Ag,热铟封制管成品率高,气密性良好。