溅射沉积Cu/W纳米多层膜结构与性能

以单晶硅和聚酰亚胺为衬底,用磁控溅射沉积调制周期λ=25~150 nm、调制比η=0.5~2的Cu/W纳米多层膜,用XRD、SEM、EDS、AFM、微力测试系统、纳米压痕仪和四探针法对多层膜微观结构、表面形貌和力学及电学性能进行研究。结果表明:λ和η显著影响多层膜结构和性能。多层膜Cu层和W层均为纳米晶结构,分别呈Cu(111)和W(110)择优取向。W(110)晶面间距减小且减幅与1/λ或η值呈正相关,Cu/W层间界面处存在扩散混合层。表面Cu层晶粒尺寸随Cu层厚增加而增大。裂纹萌生临界应变εc总体上随λ增大或η减小而下降,屈服强度σ0.2、显微硬度H和电阻率ρ总体上均与λ或η呈负相关。因Cu层和W层厚度随λ或η的变化而改变,相应地改变了Cu层晶粒度及其晶界密度、W层体积分数和Cu/W层间界面数量,使位错运动能力及电子散射效应变化,最终改变Cu/W纳米多层膜性能。     

Co/Cu/Co纳米多层膜的铁磁耦合效应

采用洛仑兹电子显微镜研究了磁控溅射沉积制备的Cu(20 nm)/Co/Cu/Co纳米多层膜磁畴结构随铁磁层间耦合效应的变化. Cu中间层厚度较薄时, 由于铁磁层之间的耦合作用, 纳米多层膜为垂直易磁化, 磁畴为磁泡结构, 磁泡的平均直径随Cu中间层厚度的增加而减小, 多层膜矫顽力呈减小趋势. 当Cu中间层厚度大于3 nm时, 铁磁层之间的耦合作用减弱, 纳米多层膜为面内易磁化, 磁泡结构的磁畴消失, 全部为具有波纹状的接近180°畴壁的磁畴结构.     

调制周期对Cr/CrN纳米多层膜的结构与性能的影响

采用多弧离子镀技术在65Mn钢表面制备了不同调制周期的Cr/CrN纳米多层膜.采用俄歇能谱仪(AES)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、纳米硬度仪、轮廓仪和划痕仪,分析了不同调制周期Cr/CrN纳米多层膜的成分分布、微观结构、力学性能、残余应力和结合强度.结果表明,Cr/CrN纳米多层膜的表面平整致密,截面层状调制结构清晰,其调制结构为Cr层-过渡层-CrN层的"三明治"结构,调制比约为1∶ 1.多层膜由CrN、Cr2N和Cr相组成,在CrN(200)方向上出现择优取向.当调制周期为80 nm时,多层膜的硬度值相对较高.随调制周期的增大,Cr/CrN多层膜的残余应力值减小,结合强度值先增大后减小.当调制周期为120 nm时,涂层的划痕临界载荷值相对较高,为69 N.     

金属Cr层对Cr/Cr2N纳米多层涂层的性能影响

目的研究金属Cr层对Cr/Cr_2N纳米多层涂层结构和性能的影响,为多层硬质涂层在海洋等腐蚀性介质中的应用提供理论基础。方法采用多弧离子镀技术制备一系列不同金属Cr层厚度的Cr/Cr_2N纳米多层涂层,采用XRD、SEM、纳米压痕及划痕仪测试了多层涂层的结构、微观形貌和机械性能。采用电化学工作站评价了Cr/Cr2N纳米多层涂层在海水环境下的电化学行为,并采用摩擦实验机测试了涂层在海水环境下的摩擦学性能。结果 Cr层对Cr/Cr_2N纳米多层涂层的结构产生了一定的影响。不同Cr层厚度的Cr/Cr_2N纳米多层涂层在海水环境下的磨损率差别不大,均约为1.2×10-6 mm~3/(N·m),具有良好的耐磨损性能。Cr层厚度约为21 nm的Cr/Cr2N纳米多层涂层在海水环境下具有较高的阻抗值,呈现出较高的耐腐蚀性能。结论一定厚度的金属层(如Cr层厚度约为21 nm)和界面是多层涂层呈现较高耐腐蚀性能的关键。Cr/Cr2N纳米多层涂层在海水环境下良好的耐腐蚀和耐磨损性能,使其可应用于海洋等腐蚀性介质中,并发挥良好的表面防护作用。     

Cu/Nb纳米多层膜延性及其断裂行为

通过单轴拉伸试验研究恒定调制周期的聚酰亚胺基体Cu/Nb纳米金属多层膜的延性对调制比的依赖性,并采用聚焦离子束／扫描电子显微镜(FIB/SEM)截面定量表征技术深入分析多层膜的异质约束效应对断裂行为的影响.结果表明随着调制比的增加,多层膜的延性单调减小,出现由剪切型向张开型断裂模式的转变.当调制比小于某一临界值时,调制周期越小,多层膜延性越高;反之,则多层膜延性越差.这是由于软相Cu层对脆相Nb层中萌生的微裂纹扩展的约束作用.     

不同退火温度下Cu/Ni纳米多层膜的结构与力学性能稳定性

为研究不同退火温度下Cu/Ni纳米多层膜的结构与力学性能稳定性,采用电子束蒸发镀膜技术在Si(100)基片上沉积不同周期(Λ为4,12,20 nm)的Cu/Ni多层膜,在真空条件下对试样进行温度为200℃和400℃,时间为4 h的退火处理,分析了沉积态(未退火态)与退火态Cu/Ni多层膜纳米压痕硬度、弹性模量与微结构的演变,讨论了不同调制周期Cu/Ni多层膜的热稳定性。结果表明:200℃下4 h退火后,Λ为4,12和20 nm的Cu/Ni多层膜均保持了硬度与弹性模量的热稳定性。而在400℃下4 h退火后,Λ为12 nm的Cu/Ni多层膜出现了硬度和弹性模量的软化现象,硬度由6.21 GPa降低至5.83 GPa,弹性模量由190 GPa降低至182 GPa。这是由于共格界面被破坏,界面共格应力对Cu/Ni多层膜力学性能贡献作用削弱导致的。     

磁控溅射Cu/Al多层膜的固相反应

采用磁控溅射技术原子比为2：1、调制周期A分别为20和5nm的Cu/Al多层膜，用X射线衍射（XRD），透射电镜（TEM）和热分析（DSC）等技术研究了多层膜的固相反应。∧＝20nm的多层膜样品中铜和铝膜均沿（III）方向择优生长，加热至145℃时生成α－Cu固溶体，超过191℃时生成γ2-Cu9Al4要。制备态∧＝5nm的样品有α-Cu生成。加热时γ2－Cu9Al4的生成温度显著降低（134℃），测定了∧＝20nm多层膜样品中α-Cu和γ2－CuAl4的形成激活能分别为0．56eV和0.79eV，后者与文献值相符。     

Cu/Nb纳米金属多层膜延性及断裂行为的尺寸效应

通过单轴拉伸实验并结合原位电阻测量法系统研究了恒定调制比下调制波长(λ=10-250 nm)对聚酰亚胺基体上Cu/Nb纳米金属多层膜延性和断裂韧性的影响.微观分析表明,Cu/Nb的调制结构清晰,不存在明显的互混现象.实验结果表明,随着调制波长的减小,多层膜的延性和断裂韧性均呈现非单调演变趋势,在调制波长为50 nm左右...     

电刷镀Cu/Ni纳米多层膜镀液的研究

应用扫描电子显微镜（SEM）对电刷镀Cu、Ni薄膜表面形貌进行了观察，并对膜层进行了能谱（EDS）成分分析。结果表明：改变镀液配比和沉积电压，镀层的成分和沉积速率都有明显的变化；在适当的镀液配比下，控制沉积电位，可以分别刷镀出Cu镀层和Ni镀层；控制沉积时间，可以实现纳米多层膜的制备；镀层的生长方式以沿晶外延生长为主，当沉积电压增高时，还伴随有新的晶核的形成和取向择优生长。     

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.     

机械活化热压制备新型Cu/Cr2Nb触头材料的组织与性能

将Cu、Cr、Nb元素粉经25 h机械合金化活化处理后,在1000 ℃保温1 h的工艺下通过真空热压来制备新型Cu/Cr2Nb触头材料,研究了不同成分Cu/Cr2Nb触头材料的组织和性能.结果表明,在机械合金化过程中未能合成出Cr2Nb,但在热压过程中得到了充分合成和析出,所制备的Cu/Cr2Nb触头材料的组织均匀细小,Cr2Nb相尺寸在几个微米.当Cr2Nb含量(质量分数)为25%～35%时,Cu/Cr2Nb触头材料的致密度与熔渗法和热压法制备的常规CuCr50触头材料相当,但前者的硬度和电导率却明显高于后者.     

界面散射对Ni_(80)Co_(20)/M(M=Co,Cr,Ag)多层膜各向异性磁电阻的影响

用磁控溅射方法制备了Ｎｉ８０Ｃｏ２０／Ｍ（Ｍ＝Ｃｏ,Ｃｒ,Ａｇ）多层膜样品系列,Ｃｏ,Ｃｒ,Ａｇ杂质层的标称厚度为０．１ｎｍ,研究了界面散射对多层膜的磁及输运性质的影响．零场电阻率ρ的测量结果表明,对含Ｃｒ样品,ρ随杂质层间距Ｌ的依赖关系能较好的用Ｆｕｃｈｓ－Ｓｏｎｄｈｅｉｍｅｒ（Ｆ－Ｓ）理论描述．而对含Ｃｏ和Ａｇ样品,ρ随Ｌ的依赖关系在Ｌ小于１５ｎｍ时开始偏离Ｆ－Ｓ理论．磁电阻测量表明,含Ｃｒ和Ａｇ样品,各向异性磁电阻Δρ在Ｌ＜１５ｎｍ时随Ｌ的减小陡然下降．对含磁性Ｃｏ元素的样品,其Δρ值在Ｌ＞１５ｎｍ时高于Ｎｉ８０Ｃｏ２０单层薄膜的Δρ值;在Ｌ＜１５ｎｍ时Δρ值随Ｌ呈现振荡变化的趋势．磁性测量表明,三个系列样品的矫顽力Ｈｃ在Ｌ＜１５ｎｍ时都随Ｌ近似直线上升,在Ｌ＞１５ｎｍ后趋于饱和;经４００℃真空退火后Ｈｃ都显著下降．     

[Co／Ti],[Co／Cu（Ni）]多层膜的结构与磁性

用双对向靶溅射方法制备了具有非晶磁性的「Ｃｏ／Ｔｉ」３０，「Ｃｏ／Ｃｕ（Ｎｉ）３０」两组多层膜，分别用Ｘ射线衍射，透射电镜和振动样品磁强计做了结构和磁性测量，在以非晶Ｃｏ和Ｃｉｕ－Ｎｉ合金构成的「Ｃｏ／Ｃｕ（Ｎｉ）」多层膜中，发现饱和磁化强度Ｍｓ随非磁性层厚度ｄｓ的增国发生振荡变化；在以非晶Ｃｏ和Ｔｉ构成的「Ｃｏ／Ｔｉ」多层膜中，ＭＳ和则随ｄｓ的增加而减小。     

An Easy Way to Quantify the Adhesion Energy of Nanostructured Cu/X(X=Cr,Ta,Mo,Nb,Zr) Multilayer Films Adherent to Polyimide Substrates

An approach based on film buckling under simple uniaxial tensile testing was utilized in this paper to quantitatively estimate the interfacial energy of the nanostructured multilayer films(NMFs) adherent to flexible substrates. The interfacial energies of polyimide-supported NMFs are determined to be *5.0 J/m2 for Cu/Cr, *4.1 J/m2 for Cu/Ta,*2.8 J/m2 for Cu/Mo, *1.1 J/m2 for Cu/Nb, and *1.2 J/m2 for Cu/Zr NMFs. Furthermore, a linear relationship between the adhesion energy and the interfacial shear strength is clearly demonstrated for the Cu-based NMFs, which is highly indicative of the applicability and reliability of the modified models.     

Fe—C—j（j=Ti,V,Cr,Mn）熔体的热力学性质规律

利用本文提出的热力学性质方法，根据Fe-C-j(j=Ti,V,Cr,Mn)熔体中的C溶解度与温度及第三组元j之间的关系式，研究了Fe-C-j熔体中第三组元j对C溶解度的影响因子ki,mj以及组元的活度相互作用系数与第三组元j原子序数间的关系，探讨了Fe-C-j(j=Ti,V,Cr,Mn)熔体中不同组元热力学性质的变化规律。     

Buckling behaviors and adhesion energy of nanostructured Cu/X (X = Nb,Zr) multilayer films on a compliant substrate

Two sets of Cu/Nb (face-centered cubic (fcc)/body-centered cubic) and Cu/Zr (fcc/hexagonal close-packed) nanostructured multilayer films (NMFs) have been prepared on a flexible polyimide substrate, with a wide range modulation period (λ) from 250 down to 5 nm. The mechanical properties of the two NMFs have been measured upon uniaxial tensile testing and the buckling behaviors have been systematically investigated as a function of λ. A significant difference in the bucking behaviors was found between the two NMFs, with the buckles in the Cu/Nb NMF being mostly cracked, while the buckles were nearly crack-free in the Cu/Zr NMF. The different buckling behaviors, dependent on the constituent phases, are rationalized in the light of the disparity in mechanical properties. The criteria to characterize buckle cracking have been discussed with respect to the mechanical properties (e.g. yield strength, ductility and fracture toughness) of the NMFs. A modified energy balance model has been employed to estimate the adhesion energy of the NMFs on the polyimide substrate. Within the λ regime below a critical size (λ_crit) of ～50 nm a λ-independent adhesion energy of about 1.1 and 1.2 J m^?2 has been determined for the Cu/Nb and Cu/Zr NMFs, respectively, which agrees well with previous reports on the metal film/polymer substrate systems. Within the λ regime greater than λ_crit, however, the measured adhesion energy exhibit a strong size effect, i.e. increasing with increasing λ. The λ dependence of the evaluated adhesion energy is discussed in terms of the size-dependent deformation mechanism in NMFs. A micromechanics model has been utilized to quantify the critical modulation period of ～50 nm, where the deformation mechanism changes from dislocation pile-up to confined layer slip.     

PROPERTIES OF W/Cu FGMS CONTAINING 1%TiC OR 1%La2O3 PREPARED USING GSUHP

W / Cu functionally gradient materials (FGMs) containing 1%La_2O_3 and 1%TiC were prepared using graded sintering under ultra-high pressure (GSUHP). The specimens have been found to exhibit low porosity (11.57% and 11.35%, respectively). Shearing strength of the specimens between layers is good. Moreover, the specimens have still demonstrated good performance in testing thermal-shock resistance. When power density of laser is 200MWm~(-2), the specimens have been tested for thermal-shock resistance (1000 times); the specimens that contained 1%La_2O_3 were not subjected to damage, whereas those that contained 1%TiC began to crack. Finally, effect of additives on thermal-shock resistance was also preliminarily discussed.     

Ti53Cu15Ni18.5Al7M3Si3B0.5(M=Zr,Hf, Sc) 高强度块体金属玻璃的制备及其性能

用铜模铸造法制备出直径为2．5mm的多组元Ti53Cu15Ni18．5Al7M3Si3B0．5(M=Zr,Hf,Sc)金属玻璃棒材．DSC和压缩应力应变测试结果表明：合金具有较高的热稳定性和优异的力学性能．其中Tis3Cu15Ni18．5Al7Zr3Si3B0．5合金的Tg,Tx和△Tx分别为703,765和62K;Ti53Cu15Ni18．5Al7Sc3Si3B0．5合金压缩断裂强度高达2325MPa,压缩变形量达1．6％,Young’s模量118GPa。