不同氩气气压下钒靶HIPIMS放电特性的演变

目的以V靶为例,研究高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)放电时不同工作气压下靶脉冲电流及等离子体发射光谱的表现形式和演变规律,为HIPIMS技术的进一步广泛应用提供理论依据。方法利用数字示波器采集HIPIMS脉冲放电电流波形,并利用发射光谱仪记录不同放电状态下的光谱谱线,分析不同气压下V靶HIPIMS放电特性的演变规律。同时,利用HIPIMS技术成功制备了V膜,并利用扫描电子显微镜观察了V膜的截面形貌。结果不同氩气气压下,随着靶脉冲电压的增加,靶电流峰值、靶电流平台值及靶电流平均值均单调增加,而且增加的速度越来越快,但靶电流峰值的增加速度明显高于平台值,这是由于脉冲峰值电流由气体放电决定所致。不同气压下,Ar0、Ar+、V0和V+四种谱线峰的光谱强度均随靶电压的增加而增加,相同靶电压时,其光谱强度随着气压的增加而增加。当气压为0.9 Pa、靶电压为610 V时,Ar和V的离化率分别为78%和35%。此外,利用HIPIMS技术制备的V膜光滑、致密,无柱状晶生长形貌特征。结论较高的工作气压和靶脉冲电压有利于获得较高的系统粒子离化率,但HIPIMS放电存在不稳定性。合适的工作气压是获得优质膜层的关键。     

偏压对自源笼形空心阴极放电制备Si-DLC薄膜结构和性能的影响

针对利用笼形空心阴极放电在大工件表面制备DLC薄膜时,笼网内大工件操作困难、大工件影响放电的问题,开发了自源笼形空心阴极放电方法,在不同偏压（-300~0 V）条件下于Si （100）表面制备了Si-DLC薄膜,考察了偏压对Si-DLC薄膜结构和性能的影响。结果表明：获得Si-DLC的沉积速率达到7.90 μm/h。由偏压引起的高能离子轰击使薄膜的组织结构更为致密,降低了表面粗糙度和H含量。Si-DLC薄膜中的sp³/sp²值随偏压增加先上升后下降,薄膜纳米压入硬度和弹性模量也呈现相同规律。偏压为-200 V沉积的Si-DLC薄膜具有最高的sp³/sp²（0.69）、H/E和H³/E²值,表现出致密的结构和优异的摩擦性能,摩擦因数低至0.024,磨损率为1×10^-6 mm³/Nm。说明自源笼形空心阴极放电是一种有效制备大面积DLC膜的工艺,-200 V偏压是最优化的参数。     

高引燃脉冲新HiPIMS模式对TiN/CrN多层膜结构和性能的影响EI北大核心CSCD

多层TiN/CrN薄膜能显著改善复杂环境下部件的性能和寿命,为获得性能良好的TiN/CrN多膜层,提出一种高引燃脉冲新HiPIMS模式(高功率脉冲磁控溅射技术)的新放电技术,在一到四引燃脉冲个数条件下制备TiN/CrN多层薄膜。结果表明,随着引燃脉冲个数的增加,TiN/CrN薄膜膜基结合力增加,三引燃脉冲条件下结合力达到HF1(压痕法结合力指标,HF1为性能良好)压痕边缘膜层出现碎裂但膜层并未崩裂,在四引燃脉冲条件下膜基结合力也为HF1,且相较三引燃脉冲膜层碎裂也消失,膜基结合力最佳。同时,随着引燃脉冲个数的增加,膜层的粗糙度下降,磨痕变窄,硬度增强,硬度的波动范围减小,薄膜摩擦因数逐渐降低,四引燃脉冲条件下摩擦因数为0.25,膜层厚度呈先增加后减小的趋势,在三引燃脉冲个数条件下达到最大值332.1 nm试验结果表明引燃脉冲能够强化膜层与基体之间的结合力,硬度以及摩擦磨损的性能,细化晶粒。     

Transition characteristics from radio-frequency discharge to arc in hollow cathode configuration

The technique of glow discharges in radio frequency configuration was applied to ignite hollow cathode vacuum arc discharge. The effect of discharge parameters on the building up of hollow cathode arc discharge was investigated. The emission spectrum during the vacuum arc ignition process was measured to disclose the discharge dynamics. There exists a threshold radio frequency power （300 W）, beyond which hollow cathode is in T mode discharge status while radio frequency discharge changes into the arc discharge. With the increase of the radio frequency power, the plasma temperature and electronic density increase, and the discharge mode transits more rapidly. The ignition time of hollow cathode vacuum arc discharge is less than 4 s with a radio frequency power of 700 W.     

纯铝微弧氧化过程的超声波效应

将超声波作用于纯铝微弧氧化处理过程,研究了超声波对于微弧氧化膜层的结构及耐磨、耐蚀性的影响.对陶瓷层厚度进行了测量,通过XRD、SEM、摩擦磨损和电化学分析等方法埘陶瓷层的表面形貌、相结构、耐磨性和耐腐蚀性能进行了测试.结果表明:施加超声波后,气泡从液体中逸m更加迅速,溶液变得清澈.但小功率超声波作用于微弧氧化过程,使恒压模式下微弧氧化的脉冲电流变化不明显,而且对最终膜层的膜厚、相结构、表面形貌及耐磨和耐腐蚀性能的影响也不大.     

基于同步信号的多路延时IGBT驱动电路设计

基于同步信号设计了一种可实现相互之间高压隔离的IGBT多路延时驱动电路系统,并应用到Marx电路中,实现了可柔性调节的阶梯型脉冲高压输出。试验结果表明,延时驱动电路可实现最大30μs的延时,且具有IGBT驱动电压欠压保护、自给反向栅压等功能,同时场效应管的存在抑制了栅射极电压振荡。驱动信号高压隔离变压器为单原边多副边结构,简单紧凑,通过副边数目的增减,可驱动不同级数的Marx电路,具有扩展性好的优点。过流保护电路反应速度快,IGBT关断可靠,可在2μs之内抑制短路电流继续上升。该驱动电路应用于10级的Marx电路中,实现了峰值电压10 kV,脉冲宽度30μs,最大电压阶数10阶的脉冲高压输出。     

TiN涂层轴承钢电子束辐照过程电子行为及温度特性研究

目的研究辐照过程中电子行为及温度场的分布规律。方法采用束斑直径为60 mm,平均能流密度为12 J/cm~2,脉冲时间为3μs的电子束,对表面有2μm厚TiN涂层的9Cr18轴承钢进行强流脉冲电子束辐照模拟,通过建立Monte-Carlo仿真模型,揭示入射电子的平均分布特性及其辐照过程中不同时刻温度场形态。结果通过仿真电子辐照行为,发现在入射电子能量大于25 ke V时电子能够穿透TiN层,进入轴承钢基体中。由于两层物质密度差异,导致在二者交界处轴承钢一侧存在电子能量沉积曲线尖峰,入射电子能量大于35 ke V时峰值已经超过涂层内部能量沉积系数最大值,形成特殊的能量沉积形式。结合对辐照温度场的模拟仿真,结果显示,由于交界线处钢一侧能量沉积量大,加热效率高。内部加热速度比表面更快,减小了二者间的温度梯度。同时由于两层物质存在熔点差异,在控制能量的情况下,可以达到两层交界处轴承钢发生少量熔化,TiN涂层不发生熔化的现象。结论通过控制电子束能量,控制温度场分布形态,实现基体侧熔化,而涂层不发生熔化的特殊改性现象,这为提高涂层膜基结合力提供了新思路。     

基于阳极极化曲线的预测镁合金微弧氧化起弧特性的新方法

提出了一种以镁合阳极极化曲线来判断微弧氧化起弧难易的新方法。在不同的电解液中,测试了镁合金的阳极极化曲线及微弧氧化的起弧特性。结果表明,起弧电压首先与其在对应电解液中进行阳极极化时形成的钝化膜的稳定性有关:膜层越稳定,即阳极极化曲线上钝化区宽度越宽,则在相应的电解液中微弧氧化起弧电压越低;当钝化区间宽度相近时,则在钝化区间后期极化电流越小,起弧电压越低。     

铝离子注入不锈钢/铝钎焊接头界面结构研究

采用铝离子注入不锈钢前处理的方法优化了不锈钢/铝钎焊接头质量,研究了钎焊参数对不锈钢/铝钎焊接头形貌及相结构的影响。结果表明,铝离子注入不锈钢前处理的方法可以使后期钎焊获得更好的不锈钢/铝钎焊接头及焊趾形貌;随着钎焊温度的增高、钎焊时间的延长,不锈钢/铝钎焊接头界面脆性相厚度增大。注铝不锈钢/铝钎焊接头断裂形式与界面脆性相厚度密切相关,接头脆性相厚度小于10μm时,不锈钢侧断口处Al相含量很高,接头在钎料区失效,失效形式为韧性断裂;而脆性相厚度大于10μm时,不锈钢侧断口处Fe13Al4、FeAl2等脆性铁-铝相含量很高,接头断裂在脆性相区,接头失效形式为脆性断裂。