Ti/Ni多层复合材料界面扩散行为的研究

本文针对累积叠轧5道次制备的Ti/Ni多层结构复合材料试样进行热处理,采用光学显微镜和扫描电镜分析方法,对复合材料的显微组织、界面结构和扩散反应层厚度等进行观察分析,结合动力学理论研究了Ti/Ni界面的扩散行为。研究结果表明：试样经过累积叠轧5道次轧制后,Ti/Ni界面未发生扩散;在(550 ℃-750 ℃)×(0.5 h-8 h)热处理后,Ti/Ni界面发生扩散,扩散层厚度与保温时间呈幂函数关系,与加热温度呈指数关系;随着热处理温度的升高,Ti-Ni扩散层的生长方式由650 ℃以下的体扩散控制逐渐转变为晶界扩散控制。通过计算和验证得到采用累积叠轧5道次制备的Ti/Ni多层复合材料的Ti/Ni界面固相反应层生长动力学方程为：y=1.7043*104*exp(-78202/RT) *t1.2009-0.0008T。     

热处理工艺对累积叠轧Ti/Ni多层复合材料界面结构的影响

本文研究了热处理对累积叠轧6道次Ti/Ni多层复合箔材界面结构演变的影响。利用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)及差示扫描量热分析(DSC)对热处理后复合材料的界面结构、相组成、相结构及相变温度等进行测试分析。结果表明：随保温时间的增加,Ti/Ni界面扩散形成的不稳定化合物向稳定态转变,界面Ti、Ni两元素成分曲线由交叉陡变的阶梯状逐渐转为两条近平直的平行线。富Ti的Ti/Ni复合箔材在720℃经热处理后,随时间延长,材料组织从原始的层状结构最终转变为由稳态TiNi和Ti₂Ni两相组成的混合组织。保温时间小于10h时,材料中的TiNi是由具有复杂单斜结构的B19’和CsCl型结构的B2两种物相组成,大于10h时仅存在B19’相。在冷却/加热过程中,材料内部均发生马氏体(A→M/M→A)的可逆相变,并随保温时间的增加,其相变滞后(Ap-Mp)从1h的22.4℃增加到30h的31.9℃。     

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.     

中频对靶磁控溅射合成TiN/Ti多层膜

利用新型中频对靶磁控溅射技术合成了一系列TiN／Ti多层膜．考察了不同Ti间隔层对多层膜硬度和结合力的影响,分析了膜表面大颗粒和坑的形成机理;利用正交实验法和方差分析探讨了靶电流、气体压力和基体偏压对薄膜表面缺陷密度的影响,对工艺参数进行了优化．结果表明,靶电流对缺陷密度的影响最大,气体压力次之,基体偏压对缺陷密度影响最小;当靶电流I=20A、气体压力ρ（Ar＋N2）=0．31Pa、基体偏压Vbias=-16m--300V和Ti间隔层厚度x-=0．12μm时,制备出硬度HV0．2N=2250、膜基间结合力（临界载荷）Lc=48N和表面缺陷密度ρs=58mm^-2的高质量TiN／Ti多层膜．     

Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜对1Cr17Ni2不锈钢疲劳性能的影响

采用真空阴极电弧沉积技术在1Cr17Ni2马氏体型不锈钢表面沉积Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜。研究对比了在室温下膜层试样与基体试样的旋转弯曲疲劳强度、疲劳寿命和疲劳断裂机理。结果表明:在不锈钢基体上沉积厚度为11.7μm,硬度为3 220HV0.025,膜/基结合力为56N的Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜后,其疲劳性能显著提高,膜层试样较基体试样的疲劳极限提高了约11.2%,当应力水平在540～650 MPa变化时,疲劳寿命增量变化范围为108%～246%;裂纹均起源于表面,在低应力水平下只有一个裂纹源,而高应力水平下有多个裂纹源;疲劳性能的提高主要是由于膜层能够弥补基体表面一定的缺陷,同时软硬交替的膜层结构有较强的抗裂纹扩展能力。     

磁控溅射Ni/Au/Pt多层膜红外发射率特征研究

研究了表面镀Ni/Au/Pt多层膜的K424合金在热处理前后红外发射率的变化及变化机理。XRD分析结果表明,在热处理后,试样表面主要由 Au0.7Cr0.3和Pt组成,说明合金基体元素在600 ℃下会向外扩散。SEM分析表明,粗糙表面镀金膜的试样在热处理后,表面薄膜产生了细小的裂痕,但在表面没有探测到氧化物。而抛光表面镀金膜的试样,其表面薄膜十分完整。通过SR5000光谱辐射计量仪测量合金的红外发射率,结果表明,合金的表面状态和热处理对红外发射率均有较大影响     

Cu/Ni多层膜强化机理的分子动力学模拟

运用分子动力学方法模拟了Cu／Ni薄膜结构在纳米压入和微摩擦过程位错的运动规律,探讨了薄膜结构中位错与界面的相互作用规律．结果表明：Cu／Ni多层膜结构中的层间界面会阻碍位错继续向材料内部扩展,阻碍作用主要来自于两个方面：界面失配位错网对位错运动的排斥阻力使其难以到达或穿过界面;由弹性模量差而产生的界面镜像力使位错被限制在Cu单层膜内运动．这种阻碍作用有利于提高Cu／Ni多层薄膜的力学性能．     

NdFeB表面磁控溅射沉积Ti/Al多层膜的结构及耐腐蚀性能

采用直流磁控溅射技术在烧结NdFeB磁体表面沉积Ti/Al多层膜,并研究其结构及在NaCl溶液中的耐腐蚀性能。在Ti/Al多层膜中,Ti层为密排六方结构,成功打断了Al层(面心立方结构)的柱状晶结构生长。与纯Al膜相比,Ti/Al多层膜具有更致密的表面,且周期数增加,表面越平整致密。动电位极化曲线结果发现,纯Al膜试样的自腐蚀电流密度为1.9×10-5 A/cm-2左右,5周期Ti/Al多层膜试样的自腐蚀电流密度约为1.1×10-7 A/cm2,比纯Al膜小近两个数量级,且随着多层膜周期数的增加,其腐蚀电流密度进一步减小。这些结果表明在快速且破坏性强的腐蚀情况下,Ti/Al多层膜抗腐蚀能力比纯Al膜好,且随着周期数的增加进一步提高。NaCl溶液中长期腐蚀试验时,Ti/Al多层膜的耐腐蚀性能不如纯Al膜,这可能是由Ti层和Al层间形成原电池且多层膜应力较大导致。     

钛合金及其表面沉积Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜的冲蚀行为

采用多弧离子镀技术在TC11钛合金表面制备了厚度为18.7 μm的Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜,用45 μm白刚玉通过微喷砂试验机评价TC11钛合金及Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜在30°和90°攻角下的抗冲蚀性能,并分析其冲蚀机理.结果表明:30°攻角下,冲蚀砂量为70 g时,Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜被冲破,此时该多层膜的冲蚀坑深度为21.88 μm,TC11钛合金基材为269.9 μm.90°攻角下,冲蚀砂量为20 g时,Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜被冲破,此时该多层膜的冲蚀坑深度为8.95 μm,TC11钛合金基材为46.96 μm.30°攻角下,钛合金的冲蚀以微切削为主,多层膜以微切削和微断裂为主.在90°攻角下,钛合金的冲蚀以点坑冲蚀为主,多层膜以裂纹萌生扩展和点坑冲蚀的混合冲蚀为主.     

调制周期对Ti/TiB_2多层膜的结构和力学性能的影响

采用磁控溅射法制备了Ti/TiB_2周期性(T=2,3,4,6,12)多层膜,利用X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜分析了薄膜的相结构和表面(断面)形貌,采用纳米压痕仪、多功能摩擦摩损试验机和显微硬度计研究了多层膜的纳米硬度、弹性模量、膜基结合力以及断裂韧性。结果表明:Ti/TiB_2多层膜具有清晰的纳米层状结构,薄膜表面致密平整,与基体保持着良好的物理结合。多层膜的硬度和弹性模量随着调制周期的增加而增大,在周期T=12时,多层膜的硬度和弹性模量达到最大值,分别为35.8和349 GPa;多层膜的断裂韧性随着周期的增加呈现出先增大而后减小的趋势,当周期T=6时多层膜的断裂韧性最好,其断裂韧度为2.17 MPa·m~(1/2)。分析认为多层膜中的Ti子层可使裂纹尖端产生钝化作用,从而引起裂纹扩展路径发生偏转,提高了多层膜的断裂韧性。     

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。     

Ti/TiN和Ni/TiN多层膜的制备和小载荷下摩擦性能研究

在Si（100）基底上制备了Ti／]r．N和Ni／TiN两种多层膜以及TiN单层膜，利用X射线衍射，WYKO表面形貌仪，俄歇电子能谱等对薄膜进行了分析。分别测试了3种薄膜的粘附力，以及在IoN和naN量级载荷下的摩擦力。研究了相对湿度和载荷等条件对3种薄膜的粘附力和摩擦力的影响。结果表明3种薄膜的粘附力均随着相对湿度的增大而增大，3种薄膜的摩擦力均随着载荷增大而增大。Ti／TiN和Ni／TiN膜在uN和rmN量级载荷下的摩擦力均小于TiN膜。两种多层膜的摩擦性能较TiN膜有所改善。     

多弧离子镀沉积Ti/TiN多层薄膜的摩擦磨损及电化学性能

软硬交替多层结构的薄膜因其优异的抗摩擦磨损性能和耐腐蚀特性使其在工程领域具有重要的应用价值。利用多弧离子镀在不锈钢和Si(100)表面沉积了Ti N单层薄膜和3种不同Ti/Ti N调制比的多层膜,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、CSM摩擦磨损试验机和电化学工作站分别分析了薄膜的结构特征、耐磨损性能和电化学性能。结果表明:多层膜层状结构明显,Ti N相出现(111)面择优取向;Ti与Ti N沉积时间比为1∶5的样品具有较低的摩擦因数(0.26)和磨损率(6.6×10–7 mm3·N–1·m–1);在3.5%Na Cl溶液中,多层膜样品的腐蚀电流密度较不锈钢基体降低了两个数量级,腐蚀电位较不锈钢基体明显提高,表明多层膜可以提高不锈钢基体的耐腐蚀性。     

Cu／Ni纳米迭层膜的电沉积制备

本文用脉冲渐变电位沉积法,在黄铜基体上沉积出一系列Cu／Ni纳米迭层膜,用扫描—能谱仪,X—射线衍射仪,及俄歇能谱仪对迭层膜的成分及结构进行了分析;还对镀液组成及电流密度等工艺参数对迭层膜成分的影响进行了初步探讨。     

界面约束作用下Ti/Al多层复合材料的力学性能和冲压成形性能

采用热压+热轧复合法在500 ℃制备了3层、5层和7层配置的Ti/Al多层复合材料（LMCs）,研究了拉伸和埃里克森杯突试验过程中复合板的裂纹萌生和扩展行为,分析了界面约束效应对复合板力学性能和冲压成形性能的影响机理。结果表明,复合板界面具有微米级厚度的金属间相,导致其具有较强的界面结合。随复合板层数的增加,其屈服强度（YS）和极限抗拉强度（UTS）增加,延伸率（EL）和韧性降低,且由于热轧形成了强基面织构,复合板力学性能的各向异性明显增加。同时,复合板的加工硬化指数（n）和塑性应变比（r）均降低,屈强比（σ_s/σ_b）增大,这些均导致了复合板的冲压成形性能变差。对于层数较少的复合板,在断裂过程中界面脱粘起了主要作用。由于界面结合不佳,界面易发生分层,通过抑制裂纹萌生、促进裂纹偏转和钝化、降低裂纹扩展的驱动力,有效地延缓了复合板的断裂失效。     

磁控溅射制备NiO/Ni多层膜的结构和光电性能

利用反应磁控溅射和常规磁控溅射方法交替沉积了NiO/Ni纳米多层膜,研究了不同退火环境下多层膜的相结构、微观结构演化及光电性能。XRD和TEM结果表明,沉积态薄膜呈现明显的NiO和Ni交替多层结构;大气退火的NiO/Ni多层膜被氧化成沿(111)晶面择优生长的NiO薄膜;而真空退火的NiO/Ni薄膜仍然保持着明显的多层结构,各层膜的结晶程度提高。沉积态和真空退火态的NiO/Ni多层膜呈现低可见光透过率和低电阻率的特点,电阻率达到10-5?·cm数量级;大气退火的NiO/Ni多层膜呈现49.3%可见光平均透过率和高的电阻特性。     

电场激活Ti/Ni扩散偶连接界面相变规律与力学性能的研究

本试验采用电场激活扩散连接技术(FADB)实现了Ti/Ni的扩散连接。研究了Ti/Ni两种材料发生界面扩散反应时新相的生成规律及其对连接强度的影响。利用扫描电子显微镜及能谱仪观察和分析了扩散层的显微组织、相组成和界面元素分布。采用万能试验机对扩散层的抗剪切性能进行了测试。研究结果表明,在电场作用下,Ti与Ni通过固相扩散形成了良好的冶金结合界面,界面处金属间化合物的生成次序依次为Ni3Ti、Ni Ti2、Ni Ti。当扩散温度≥750℃时,Ti表现出超塑性和良好的扩散性,促使扩散层中的Ni3Ti转变成富钛层,该富钛层的形成有利于接头强度的提高。界面的剪切强度随着电流的增大而增大,当电流为930~1200 A时,界面的剪切强度可达90.54 MPa。