微桥法研究低应力氮化硅力学特性及误差分析

用微机械悬桥法研究低应力氮化硅薄膜的力学性能。对符合弹性验则的微桥进行测试 ,在考虑衬底变形的基础上 ,利用最小二乘法对其载荷—挠度曲线进行拟合 ,得到低应力lowpressurechemicalvapourdeposited (LPCVD)氮化硅的弹性模量为 3 14 .0GPa± 2 9.2GPa ,残余应力为 2 65 .0MPa± 3 4.1MPa。探讨梯形横截面对弯曲强度计算和破坏发生位置的影响 ,得到低应力氮化硅的弯曲强度为 6.9GPa± 1.1GPa。对微桥法测量误差的分析表明 ,衬底变形、微桥长度和厚度的测量精度对最终力学特性的拟合结果影响最大     

导电薄膜热膨胀系数实时测试系统

开发了一种导电薄膜热膨胀系数的实时测试系统,即显微成像与数字图像相关方法相结合的测试系统。利用该系统在线实时测定了SnO2导电薄膜的热胀系数随温度变化的关系曲线,并进一步可得到膜与基体间应力的变化规律。结果表明:该系统能较准确地测出SnO2薄膜与陶瓷基体各向异性的热膨胀系数;根据试验结果及现有理论可以计算出基体与膜之间的最大应力以及基体内部的应力随温度的变化情况。     

齿轮弯曲强度的计算机仿真分析

仪器仪表行业广泛使用齿轮传动,齿轮强度的高低直接影响着仪器仪表的测试精度和可靠性。齿根过渡曲线的形状对齿根弯曲强度有重要影响,为了提高齿轮的弯曲强度,就有必要研究齿根过渡曲线。本文利用MATLAB软件,研制开发了齿轮弯曲强度的计算机仿真程序,该程序逐点计算齿轮过渡曲线处的弯曲应力大小,以便找出弯曲应力的最大值和最大应力发生的位置;同时利用有限元软件ANSYS,建立轮齿模型,仿真分析轮齿受力时的齿根弯曲应力的分布状态,本文研究为进一步进行齿轮弯曲强度的测试研究奠定了良好的理论基础。     

WN齿轮副多点啮合负载及弯曲强度特征的研究

为了探析WN(Wildhaber-Novikov)齿轮传动的弯曲强度特征及失效原因,提出了基于WN齿轮多点啮合的齿根应力计算原理和方法。针对WN齿轮负载传动的点接触和弹性变形特征,建立了齿根弯曲强度分析模型。根据啮合过程中负载、啮合齿轮副和接触点数的变化进行了齿根弯曲应力的计算,利用有限元方法分析了啮合传动中螺旋角以及中心距误差等对最大齿根应力的影响,揭示了WN齿轮传动的失效原因和弯曲强度特征。通过齿根应力实验测试以及和渐开线齿轮的比较证实了本方法的可靠性。     

重型车辆转向节臂强化路耐久性断裂试验

为研究某重型车辆在试验场强化耐久路可靠性试验中发生的转向节臂锥体根部断裂问题,从材料组织结构特性和工艺装配精度角度考虑,对转向节臂断裂故障模式进行了详细分析。在断裂口附近粘贴全桥弯曲应变片并布置与转向系统关联的测试传感器,采集断裂部位的弯曲应变、侧向加速度及转向横拉杆位移等试验数据。依据缺口根部循环应力-应变滞回环曲线方程及诺伊贝尔(Neuber)原理,将测试的名义应力载荷转换成断裂部位的局部应力-应变响应,利用曼森-科芬(Manson-Coffin)平均应力修正方程计算断裂位置的疲劳寿命和损伤。分析和计算结果表明,转向节臂材料特性满足设计技术条件,而工艺装配锥度及表面粗糙度不满足图纸设计精度,转向节臂与转向节的装配接触面积只达到30%,导致转向节臂锥体根部产生局部高集中应力,最终发生弯曲低周疲劳断裂。     

低应力高强度优质灰铸铁 第三讲

硅碳比对灰铸铁的弹性模量的影响弹性模量是衡量材料刚度的一个重要物理量,它相当于引起单位变形时所需要的应力。弹性模量越大,在一定应力(包括外力和内力)作用下,引起的相对变形量越小。所以,弹性模量可以用来衡量材料抵抗弹性变形的能力。对于灰铸铁来说,由于有片状石墨存在,其应力-应变曲线不同于其他合金,它没有明显地符合虎克定律的直线段及屈服点。在加载初期,应力值不大时,曲线就发生了弯曲,随着应力增加,弯曲程度增大,卸载后残留下     

弯曲件中性层的位移与展开长度的计算

弯曲成形应用面广且量大,为了保证弯曲件的质量,本文对弯曲件在弯曲过程中产生的应力、应变、中性层位移与计算弯曲件展开长度的关系进行初浅的阐述。一、弯曲过程中的应力与应变在弯曲过程中,一般会产生如下几个变形阶段。 1.弹性变形阶段。坯料在力矩M的作用下,首先发生弹性变形,如图1所示,在弹性弯曲阶段,相对弯曲半径r/t值较大。     

基于摩擦学和结构动力学的内燃机曲轴结构可靠性研究

为研究内燃机曲轴的应力大小对曲轴的可靠性设计的影响,以某直列6缸内燃机曲轴-轴承耦合系统为研究对象,采用有限元技术建立曲轴和轴承有限元模型,基于结构动力学、摩擦学、模态缩减理论构建曲轴-轴承系统动力学模型,综合考虑曲轴、轴承工作过程中的结构弹性变形,建立内燃机曲轴-轴承弹性流体动力润滑分析模型,对比分析不同负荷特征、轴承间隙下曲轴的应力、扭转角。研究结果表明:随着负荷的减小,扭转峰值减小,但扭转峰值出现时刻滞后;曲轴的第2、3、4曲柄销位置的各个转角扭转对应力贡献度大于弯曲的贡献度,第6曲柄销在爆发压力时刻弯曲引起的最大应力大于扭转引起的应力,但扭转引起的应力波动次数大于弯曲引起的应力波动;当轴承间隙减小时,对应某些转角下扭转角增加,扭转引起的应力增加。     

薄膜厚度对Si基SiO2薄膜力学性能的影响

为了研究薄膜厚度对Si基SiO_2薄膜力学性能的影响规律,利用纳米压痕技术及有限元模拟方法对不同厚度的Si基SiO_2薄膜材料进行测试,分析了不同厚度薄膜的硬度及弹性模量等力学性能,讨论了不同压深膜厚比对不同厚度薄膜弹性恢复率的影响,并在试验的基础上,建立了有限元模型,模拟了不同厚度薄膜在相同压深下的载荷位移关系,分析了薄膜的弹性恢复性能。结果表明:SiO_2薄膜越厚其弹性模量越小,而薄膜的硬度在薄膜较薄时压痕的尺寸效应更明显,并利用模拟进一步分析得出薄膜越薄弹性恢复性能越好。     

X射线衍射法测试TC_4钛合金喷丸残余应力的精确度研究

从残余应力测试原理出发,结合自制原位拉压试验装置,评估了X射线衍射法测试钛合金喷丸表面残余应力的准确度。同时,利用卷积和概率论推导测试不确定度的计算方法,并对X射线衍射法测试钛合金喷丸表面残余应力的不确定度进行分析。结果表明,X射线弹性常数1/2S_2~(hkl)是影响残余应力测试准确度的关键参数,随着喷丸样品表面状态的变化,残余应力测试不确定度发生不同程度的波动。     

氩气与氮气流量比对磁控溅射法制备TiN薄膜的影响

用直流反应磁控溅射法在Si(100)基底上制备了TiN薄膜,采用X射线衍射仪和原子力显微镜对其结构和形貌进行了表征,利用四探针测试仪测量了TiN薄膜的方块电阻,使用紫外可见分光光度计测定了薄膜反射率;研究了溅射沉积过程中氩气与氮气流量比对TiN薄膜结构及性能的影响.结果表明:在不同氩气与氮气流量比下,所制备薄膜的主要组成相是(200)择优取向的立方相TiN;随着氩气与氮气流量比的增加,薄膜厚度逐渐增大,而表面粗糙度与电阻率先减小后增大;当氩气与氮气流量比为15:1时,薄膜表面粗糙度和电阻率均达到最小值;TiN薄膜的反射率与氩气与氮气流量比的关系不大.     

磁过滤阴极弧法TiN薄膜的制备及其微观机械性能研究

采用“S”型磁过滤阴极弧等离子体沉积技术,室温下在（111）面单晶硅上沉积氮化钛薄膜。采用AFM和XRD技术分别对薄膜的表面形貌和晶体择优取向进行了表征,并用微刻划的方法分析薄膜的微观机械性能。结果表明,薄膜表面光滑致密,随偏压的增大,表面颗粒粒径先增大后减小,并且从（111）面的择优取向转变成（220）面。在刻划实验中,随载荷增加,薄膜先后经历了完全弹性变形,弹-塑性变形和脆性断裂阶段。利用直接和间接2种方法对得到的薄膜的临界载荷进行分析对比,发现在不同负偏压下,薄膜的内应力和临界载荷不同。随着负偏压的增大,薄膜的内应力逐渐增大,临界载荷逐渐减小。在-100V偏压下制备的氮化钛薄膜的微观机械性能最为理想。     

两步压入法--薄膜力学性能的可靠测量方法

提出了采用力学探针测量薄膜力学性能的两步压入法.该方法通过大载荷压入展示基体变形对薄膜硬度的影响,从而选择不影响基体变形的小载荷测出薄膜的硬度和弹性模量.对高速钢基片上的TiN硬质薄膜,单晶硅片上的金属Ni薄膜和(Ti,Al)N/VN纳米多层膜的测量表明,两步压入法能够测出各种性质薄膜的力学性能,并且具有准确可靠的特点.此外,两步法对(Ti,Al)N/VN纳米多层膜的力学性能的测量表明,该体系的纳米多层膜存在硬度和弹性模量异常升高的超硬、超模量效应.     

Cr12MoV钢表面磁控溅射TiB2-TiN薄膜的摩擦磨损性能

采用磁控溅射技术在淬火态Cr12MoV表面制备SiC/TiN、SiC/TiB2-TiN薄膜(SiC为中间层),研究TiN、TiB2-TiN薄膜的组织结构和摩擦磨损性能。结果表明,SiC薄膜与基材和TiN、TiB2-TiN薄膜间都具有明显的且呈梯度的元素扩散,界面结合良好。在水润滑条件下与钢球对摩时(载荷0.5 N,时间0.5 h),TiN薄膜、TiB2-TiN薄膜具有良好摩擦磨损性能,其平均摩擦因数分别为0.33、0.31,低于淬火态Cr12MoV的0.45,磨损速率分别为2.0×10-8和1.5×10-8mm3/(N.m),低于淬火态Cr12MoV的8.66×10-7mm3/(N.m),其中在水润滑条件下TiB2-TiN薄膜比TiN薄膜具有更好的摩擦磨损性能。     

TiN复合渗镀层摩擦磨损性能的研究

介绍了一种同时利用等离子尖端放电、空心阴极效应和反应气相沉积技术,在碳钢表面形成具有扩散层和沉积层的TiN复合渗镀层新工艺技术。对TiN复合渗镀层、TiN复合渗镀层+TiN薄膜(PVD法)以及在碳钢基体表面直接沉积TiN薄膜(PVD法)这三种工艺试样的表面形貌、硬度、摩擦磨损进行了对比研究。结果表明TiN复合渗镀层+TiN薄膜,其表面形貌是较为均匀、致密、细小的胞状物组织,平均硬度达到2500HV左右,磨损曲线最平稳、平均摩擦系数最小,耐磨性比较好。复合渗镀层厚度可达十几微米以上,并且成分、硬度、结构均呈梯度分布,与基体是冶金结合,结合力非常好,所以其磨痕最浅。     

氮化钛硬质薄膜的制备和性能分析

研究热阴极离子镀设备制备TiN薄膜膜层的主要性能。采用自主研发的XH-830型热阴极离子镀膜机,在硬质合金ZK1基体上制备TiN薄膜;利用X射线衍射仪,自动划痕仪,显微硬度计和扫描电镜对薄膜进行了结构分析和性能检测。采用XH-830镀膜机能制备单一的TiN薄膜,膜层晶体为细小的柱状晶,膜-基结合力能达到81N,TiN硬度达到2240HV以上,经切削试验证明,能提高被镀刀片寿命30％。     

A study of the friction and wear performance of MoSx thin films produced by ion beam enhanced deposition and magnetron sputtering

MoS_x thin films were deposited by ion beam enhanced deposition (IBED) and magnetron sputtering (MS) onto the surface of IBEN Si₃N₄ and TiN thin films. The friction and wear performances of thin films and 52100 steel were compared using an SRV model reciprocating testing machine. The results showed that all MoS_x films exhibit good tribological behavior. The MS MoS_x thin film has better wear resistance and the IBED MoS_x film has a longer wear life. The wear resistance of IBED Si₃N₄ and TiN thin film plus MoS_x film is 3–4 times and 8–20 times that of single IBED Si₃N₄ and TiN thin films and 52100 steel respectively. The analyses indicate that the difference in friction and wear performance between the two kinds of MoS_x thin film is determined by the x value of MoS_x, its microstructure and the atom mixing effect at the interface.     

基于改进型遗传算法的薄膜厚度及光学常数反演

准确的测量薄膜的厚度和光学常数,在薄膜的制备、研究和应用中都十分重要。借助Cauchy色散模型和P阶评函数,通过薄膜透过率测量曲线,用改进的遗传算法对透过率曲线进行全光谱拟合,从而反演得到薄膜的厚度和光学常数。理论验证是对电子束蒸发制备的TiO_2和反应磁控溅射制备的Si_3N_4薄膜进行测试拟合,计算得到的结果与文献报道的一致,误差小于0.5%。     

电弧离子镀沉积TiN/AlN-TiAlN复合膜的耐磨性

采用高纯铝、钛靶材,通过电弧离子镀工艺在TC4基材上沉积制备了TiN/AlN-TiAlN复合多层膜,用HV-1000型显微硬度计测试了膜层的硬度,用球盘磨损试验对比研究了膜层和基材的耐磨性。结果表明:膜层硬度为2856HV,耐磨性相比基材提高6倍以上。     

Friction and Wear Properties of Graphite-Like Carbon Films Deposited on Different Substrates with a Different Interlayer Under High Hertzian Contact Stress

Four types of graphite-like carbon (GLC) films were deposited on different substrates (Ti6Al4V, WC-27CrNi) with a different interlayer (TiC/Ti, TiC/Ti/TiN) using an unbalanced magnetron sputtering system. The effect of substrate and interlayer on the microstructure and properties of the studied GLC films was then investigated using different characterization techniques. The results show that both the substrate and interlayer had an obvious influence on the tribological properties of the studied GLC films even though there was no significant structural difference between these films. Specifically, a substrate with a high hardness was propitious to achieving superior tribological behaviors for carbon film even with a different interlayer. However, the interlayer had a distinct influence on the tribological properties of the carbon film deposited on different substrates, and this effect varied with the hardness property of the substrate. For a hard substrate, the wear rate and wear life were similar irrespective of the interlayer. For a soft substrate, the addition of a TiN interlayer improved the wear life sevenfold compared to the film with only a TiC/Ti interlayer, but the wear rate for a film with and without a TiN interlayer was approximately the same. The obvious discrepancy between wear life and wear rate for a carbon film deposited on soft substrate was closely related with the film adhesion strength and plastic deformation of the substrate materials. Based on these results, it can be concluded that the wear life is a better parameter than wear rate in terms of characterization of the wear resistance of carbon film once the applied load causes the plastic deformation of the substrate.