非平衡磁控溅射制备Cr掺杂DLC复合薄膜的高温摩擦学性能

元素掺杂是提升DLC薄膜摩擦学性能和耐温性能的重要途径。采用直流磁控溅射技术在304不锈钢基体表面沉积了含氢DLC薄膜,同时利用射频磁控溅射技术完成Cr元素的掺杂,研究Cr元素掺杂对DLC薄膜的力学性能及摩擦学性能的影响。采用纳米压痕仪测试薄膜硬度并利用划痕试验测试膜基结合力,采用拉曼光谱分析薄膜sp²和sp³键含量的变化和转移膜的生成。采用UMT多功能摩擦磨损试验机评价薄膜在常温和高温环境下的摩擦磨损性能,并利用扫描电镜观察磨损表面,分析其磨损机制。结果表明,Cr元素掺杂会显著提高薄膜的膜基结合力,但会使薄膜硬度有一定的下降。常温摩擦学性能测试显示,DLC薄膜的摩擦因数随着Cr含量的增加呈现出先下降后上升的趋势,在Cr质量分数为3.34%时达到最低;但薄膜的磨损率随Cr含量的增加略有升高。高温摩擦学性能测试表明,Cr元素掺杂显著改善了DLC薄膜的高温摩擦学性能,未掺杂的DLC在150℃以上摩擦时会失效,Cr元素掺杂使薄膜在250℃下也能保持较低的摩擦因数和较长的抗磨寿命。Cr元素的加入能够提高DLC薄膜的膜基结合力,降低摩擦因数,并提高薄膜...     

MoSx/MoSx-Mo纳米多层膜的制备及其环境摩擦学特性

用直流磁控溅射在钢基体上交替溅射制备了MoSx/MoSx-Mo纳米多层膜。采用划痕仪测试薄膜与基体的结合力;采用SEM和XRD分析了纳米多层膜的形貌和显微结构;在球-盘式微摩擦试验机上测试了纳米多层膜在真空和潮湿空气中的摩擦学性能。结果表明,纳米多层膜的结合力优于纯MoS2膜。随着溅射沉积气压的升高,MoSx(002)面择优取向减弱,纳米多层膜的结合力下降。溅射气压0.24 Pa沉积的纳米多层膜在真空和潮湿空气中都呈现出最低的摩擦因数和磨损率,具有优异的环境摩擦磨损特性。     

类金刚石表面改性C/C复合材料的摩擦磨损性能

采用等离子体增强化学气相沉积法在C/C复合材料基底表面制备了不同厚度的类金刚石（DLC）表面改性膜;用球-盘对磨的方式测试了C/C复合材料基底和DLC膜在干态下的摩擦磨损性能。结果表明:制备的表面改性膜具有典型的DLC结构特征,均匀致密;随着沉积时间的延长,DLC膜厚度逐渐增大,膜基结合强度依次减小;C/C复合材料基底的平均摩擦因数为0.285 8,磨损率约为1.6×10^-4mm³·N^-1·m^-1,表面改性膜的摩擦因数较基底有较大程度的降低,在0.08～0.27之间,磨损率也降低了1～2个数量级,且沉积时间越长其摩擦因数越小、磨损率越低。     

不同温湿度下风电轴承表面防护DLC薄膜微动摩擦特性

针对湿热环境下风电绝缘轴承的微动磨损失效问题，采用等离子体增强化学气相沉积工艺在绝缘涂层Al₂O₃表面沉积类金刚石碳(DLC)薄膜，研究温湿度对其微动摩擦特性的影响。结果表明：DLC薄膜在适当高温下均具有良好的摩擦学性能，在湿度为80%RH时的平均摩擦因数较小；温湿度较高的环境有利于降低DLC薄膜的微动磨损程度，提高绝缘轴承的防护程度；对磨痕处进行拉曼光谱分析表明摩擦过程中DLC薄膜磨痕表面杂化键sp²/sp³比值均大幅上升，且薄膜发生了石墨化转变。DLC薄膜在高温下的低摩擦行为主要是由于DLC薄膜表面石墨化过渡层和磨损表面石墨化的协同作用。     

电感耦合等离子体质谱法快速准确表征浓缩铀材料

本研究联合三重四极杆电感耦合等离子体质谱(ICP-QQQ-MS)和多接收电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS),快速准确地测量浓缩铀材料中铀同位素丰度比值、²³⁰Th/²³⁴U和²³¹Pa/²³⁵U原子物质的量比值,并诊断铀年龄。结果表明,Neptune XT型MC-ICP-MS和Agilent 8800型ICP-QQQ-MS对²³³U丰度的有效检测限分别为3×10^-9和6×10^-10,适用于²³³U丰度高于6×10^-8和样品量充足的样品,对10^-7量级²³³U/²³⁵U同位素丰度比的测量精密度达到1.0%(2σ)和4.8%(2σ)。采用GBW04240作为外标校正质量分馏效应,建立了基于ICP-QQQ-MS的10^-5量级原子物质的量比值的²³⁰Th/²³⁴...     

沉积气压对氮化钒(VN)涂层微结构及其性能的影响*

为研究沉积气压对VN涂层力学性能和摩擦性能的影响,采用离子镀制备VN涂层,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜等设备检测VN涂层的物相结构、表面形貌,采用划痕仪测试基体与涂层的膜基结合力,采用摩擦磨损试验机测试涂层的摩擦因数。结果表明:随着沉积氮气气压的升高,VN衍射峰强度逐渐增强,具有(200)晶面择优取向,表面平整度高;随着沉积氮气气压变化,涂层显微硬度和膜基结合力呈抛物线变化趋势,在氮气气压为1.0 Pa时,涂层硬度最高为HV2284,结合力最大为45 N,并具有稳定的摩擦因数,平均摩擦因数为0.85。通过调控沉积气压,多弧离子镀技术可以制备出性能更优越的VN涂层。     

碳纤维/聚醚醚酮(CF/PEEK)复合材料摩擦磨损性能及抗摩擦静电特性研究

利用真空热压烧结技术制备了不同碳纤含量的碳纤维/聚醚醚酮(CF/PEEK)复合材料,采用热导率分析仪和热重测试仪对材料的热学性能进行表征,并利用多功能摩擦磨损试验机、三维形貌轮廓仪、扫描电子显微镜和摩擦静电计对材料的摩擦磨损性能和抗摩擦静电性能进行分析。分析结果表明：随着CF添加量的增加,复合材料摩擦因数、磨损率和摩擦静电电压先降低后升高,当CF添加量(质量分数)为20%时,摩擦因数、磨损率和摩擦静电电压达到最低,分别为0.247、5.6×10^-6 mm/(N·m)和3.3 V,证明此种方法制备的20%CF/PEEK材料具有优异的摩擦磨损性能和抗静电性能。CF/PEEK复合材料磨损机理以黏着磨损为主,并且伴随着轻微的磨粒磨损。     

煤热解中痕量乙烯在线激光吸收光谱检测

为了实现煤热解过程中痕量乙烯(C2H4)标识气体的在线识别与检测,结合波长调制与长光程技术,搭建了煤热解乙烯在线激光吸收光谱检测装置。采用中心波长为1 620 nm通信波段DFB激光器作为激光光源,有效光程为15 m的多光程吸收池为样品吸收池,利用SR830进行波长解调,通过二次谐波信号反演得到乙烯浓度。使用高精度流量控制器,利用高纯氮气稀释乙烯配比,制备得到10×10^-6到90×10^-6的标准乙烯样气,其线性拟合的相关系数R²为0.998 9;对浓度为20×10^-6的乙烯进行连续4 000 s的Allan方差分析,实验结果表明,检测极限为121×10^-9。为了研究不同气体氛围下煤热解过程中乙烯浓度的演化规律,控制气体流速为150 mL/min,分别在氮气、空气以及合成空气中对乙烯标识气体的释放过程进行热重分析实验。研究发现,当温度小于500℃时,3种气体环境下乙烯释放量较少且基本一致,当温度在500～700℃时,氮气环境中乙烯释放量要远高于其他两种气体,但空气中乙烯释放的增速...     

小型磁偏转质谱计研究

基于磁质谱离子光学成像聚焦原理对其离子光学系统、离子源和质量分析器的物理参数及几何结构尺寸进行优化,研制了新型小型磁偏转质谱计,其质量为4.3 kg,体积为（220×164×162） mm³,功耗为25 W。对质谱计的质量范围、灵敏度、分辨能力、最小可检漏率和稳定性等性能指标开展实验研究。结果表明,该质谱计的质量范围为1~134 u,大通道和小通道50%峰高处的分辨能力分别为56和13,对氩气、氮气和氦气的灵敏度分别为1.63×10^-4、1.17×10^-4、2.3×10^-5 A/Pa,最小可检漏率为1.24×10^-10 Pa·m³/s,仪器在3.5 h内的稳定性为2.5%。     

透明瓷粉的制备与性能

采用熔融水淬法制备了透明瓷粉,对透明瓷粉的相结构、热膨胀系数、生物相容性等进行了研究,并对透明瓷粉制备的烤瓷试样的力学性能进行了测试。结果表明:自制透明瓷粉体主要为非晶态,其热膨胀系数为1.1×10^-5～1.3×10^-5℃^-1,其生物相容性与日本松风瓷粉的相差不大;自制透明瓷粉制备的烤瓷试样的抗弯强度高于自然牙的,达到了临床要求。     

WC增强铁基合金粉芯热丝等离子弧熔覆层的制备及其组织和性能

采用电阻热与等离子弧双热源同步加热WC增强铁基合金粉芯丝材的方法制备WC增强铁基合金熔覆层，研究了不同热丝电流(0,40,50,60,70 A)下熔覆层的宏观形貌、显微组织和性能，获得了合适的热丝电流。结果表明：当热丝电流为50 A时，熔覆层的成形质量较好，稀释率最低，为51.77%;随着热丝电流的增大，熔覆层的平均晶粒尺寸先减小后增大，碳化物含量先增多后减少，当热丝电流为50 A时，组织以细小的奥氏体胞状晶为主，晶粒平均尺寸较小，为9.45μm,并且碳化物含量最多；随着热丝电流的增加，熔覆层的平均硬度先升高后降低，磨损率和摩擦因数均先减小后增大，当热丝电流为50 A时，平均硬度最高，为403.1 HV,摩擦因数和磨损率均最小，分别为0.52和4.53×10^-6 mm³·N^-1·m^-1。     

混合器对柴油机排放物影响的试验研究

柴油车的尿素通过混合器热解为NH₃与NOx反应,NH₃在混合器中分布均匀的差异影响了NOx的转化效率与NH₃泄漏。试验选取了不同混合器进行WHTC瞬态循环与WHSC稳态循环试验。结果表明：SCR的NOx转化效率与转化速率随混合器流场均匀性的提升而提高,且流场均匀性能高的混合器对抑制NH₃泄漏更有效果。3#混合器的瞬态与稳态循环NOx比排放为0.186g·(kW·h)^-1与0.041g·(kW·h)^-1,NH₃泄漏为0.254×10^-6与0.068×10^-6;2#混合器的瞬态与稳态循环NOx比排放分别为0.346 g·(kW·h)^-1与0.063 g·(kW·h)^-1,NH₃泄漏为2.944×10^-6与2.254×10^-6。     

热处理对钛掺杂类金刚石薄膜场发射性能的影响

采用多靶磁控溅射技术制备了钛掺杂类金刚石(Ti-DLC)薄膜,并在不同温度(300,350,400℃)下进行了热处理,研究了热处理温度对薄膜微观结构、成分、能带结构以及场发射性能的影响。结果表明:与热处理前的相比,300℃热处理后Ti-DLC薄膜中sp²-C团簇相对含量增大,光学带隙最小,开启场强最低,为5.43 V·μcm^-1,场发射性能最好;当热处理温度高于300℃时,薄膜的DLC含量减少,同时生成大量TiO₂,光学带隙增加,薄膜开启场强增大,场发射性能变差;薄膜的场发射电流基本不受热处理温度的影响。     

添加不同固体润滑剂橡胶复合材料的力学及摩擦磨损性能

制备了添加不同固体润滑剂(鳞片石墨、超高分子量聚四氟乙烯、尼龙6、硅脂、白色减摩剂)的纤维增强丁腈橡胶/丁苯橡胶/复合材料,研究了橡胶复合材料的硫化性能、力学性能和摩擦磨损性能。结果表明：添加超高分子量聚四氟乙烯润滑剂的橡胶复合材料的综合硫化性能最佳;润滑剂为鳞片石墨时,复合材料邵氏硬度,拉伸强度最大;润滑剂为超高分子量聚四氟乙烯时,复合材料的动摩擦因数、动摩擦因数稳定度波动幅度、磨损率、干/湿环境下动摩擦因数差值最低,分别为0.27～0.29、2%、1.4×10^-7 g·J^-1、0.01,耐磨性能和干湿环境交替稳定性最佳。     

激光选区熔化成形Inconel718合金的显微组织以及电化学和摩擦学性能

以气雾化法制备的Inconel718合金粉末为原料，采用激光选区熔化(SLM)技术制备了Inconel718合金，研究了合金的显微组织及性能，并与锻造态合金进行对比。结果表明：SLM成形合金垂直于成形方向的组织呈现明显的带状熔化道，平行于成形方向的组织呈现鱼鳞状熔池的界面结构，晶粒为穿过熔池边界的柱状晶；SLM成形合金平行于成形方向的显微硬度(346 HV)略大于垂直于成形方向(324 HV);与锻造态合金相比，SLM成形合金在质量分数3.5%NaCl溶液中的阻抗曲线半径更大，自腐蚀电位与钝化电位更高，自腐蚀电流密度低2个数量级，耐腐蚀性能更优；当载荷为3～10 N时，成形合金的摩擦因数在0.5～0.8,磨损率在5.4×10^-5～14.3×10^-5 mm^-3·N^-1·m^-1,均低于锻造态合金。     

沉积气压对W-S-C复合薄膜结构和摩擦学性能的影响

采用磁控溅射方法制备W-S-C复合薄膜,研究沉积气压对薄膜结构和摩擦学性能的影响。结果表明,复合膜以非晶或纳米晶结构生长,沉积气压低时薄膜中C含量高,薄膜结构致密;沉积气压高时薄膜中WSx含量高,薄膜致密性下降。复合膜硬度在HV420～500之间,并且随着沉积气压的增加,硬度逐渐下降。在潮湿大气中的摩擦磨损实验表明,实验载荷越大摩擦因数越小;随着沉积气压的增加,复合膜的摩擦因数先降低后增加;当沉积气压在0.45～0.55 Pa时,复合膜的摩擦因数最低约为0.1,耐磨性能最好。     

脉冲磁过滤阴极弧技术制备类金刚石薄膜研究

介绍了弯曲电弧磁过滤设备,并利用脉冲磁过滤阴极真空电弧沉积技术,在高速钢基体上制备了DLC膜.对制得的DLC薄膜表面形貌、Raman光谱及纳米硬度和弹性模量等进行了测试.结果表明,脉冲磁过滤阴极电弧法制备的DLC膜具有优良的性能.拉曼光谱分析显示,制得的薄膜为非晶结构,具有明显的sp2和sp3键杂化结构,符合DLC膜的特征,基体负偏压为50 V时,沉积的DLC膜Raman光谱的ID/IG值最小,sp3键含量最高,纳米硬度和弹性模量值达到最高,分别为29.94 GPa和333.9 GPa.     

镍基单晶高温合金熔炼工艺优化

采用中频感应熔炼和MgO坩埚制备镍基单晶高温合金,对比研究氩气保护和真空熔炼工艺下合金的氧、氮、硫含量和显微组织,分析了不同工艺的除杂效果,并讨论了真空熔炼过程中延长精炼时间、添加陶瓷过滤网、加入脱氧剂碳等措施对除杂效果的影响。结果表明：氩气保护熔炼镍基单晶高温合金中氧、硫、氮元素的质量分数均高于1×10^-5,且组织中存在粗大的氧化铝夹杂物;真空熔炼合金中杂质元素质量分数均小于1×10^-5,同时组织中未发现大尺寸夹杂物;与氩气保护熔炼相比,高真空熔炼有利于降低合金中氮元素的含量;延长精炼时间可促进合金成分均匀化,大功率电磁搅拌加速了氮的脱除速率;添加陶瓷过滤网滤除了合金中大尺寸夹杂物;利用脱氧剂碳和氧的反应来进一步脱氧和脱氮。     

离子束辅助真空电弧沉积Zr—Ni—N薄膜的研究

采用多弧离子镀技术在高速钢和单晶硅基体上制备Zr-Ni-N复合薄膜,研究了低能氮离子束对Zr-Ni-N涂层结构、表面形貌和硬度的影响。研究表明:用低能氮离子束辅助真空电弧沉积Zr-Ni-N膜,ZrN结构在(111)晶面出现一定的择优取向,并对Zr-Ni-N膜层有一定的强化作用,膜层表现出较高的显微硬度。     

高能量离子束诊断质谱仪的研制及性能表征

本研究开发了一台应用于高能量离子束诊断的直线式飞行时间质谱仪，实现了其与高能真空弧放电离子源的联用。该仪器加速电压30 kV，飞行腔有效飞行距离1.5 m，通过短脉冲离子门精确截取，ICCD高速相机优化聚焦，仪器分辨率优于90 FWHM，对放电过程中产生的等离子体可实现不同时间的离子成分分析。将该方法用于真空弧放电离子源放电过程中离子成分的检测，放电2 μs时，电离成分以气态离子C⁺、O⁺、C²⁺、O²⁺为主；放电6 μs后，除气体成分外，还可以检测到Fe⁺、Cu⁺及其同位素金属离子峰。该仪器能够给出离子源放电产生离子的种类、价态以及相对含量等信息，可实现整个放电过程产生离子成分信息的准确诊断。