低红外发射率陶瓷层/金属层/陶瓷层复合薄膜高温性能研究

目的研究热处理工艺对陶瓷层/金属层/陶瓷层复合薄膜低红外发射性能的影响,并分析复合薄膜的有效工作温度。方法采用多弧离子镀方法在Ni基K424合金基底上制备了AlCrN/Cr/AlCrN和AlCrSiN/Cr/AlCrSiN两种复合薄膜,分别在700~800℃和800~900℃大气环境下对样品进行了热处理。利用X射线衍射仪、场发射高分辨率透射电子显微镜、X射线光电子能谱仪、电子探针显微分析仪、辉光放电质谱仪和傅里叶变换红外光谱仪,对样品的微观结构、化学组成和表面辐射特性进行了分析。通过建模计算了两种样品在不同温度下的氧化活化能和扩散系数,对比了其抗氧化性能和抗扩散性能。结果样品中的陶瓷层呈纳米晶-非晶结构特征,AlCrN和AlCrSiN陶瓷层中的纳米晶分别为hcp-Cr2N和hcp-AlN。非晶AlCrN介质会在750℃结晶形成面心立方相的Cr(Al)N,加入Si元素可以将其结晶温度提高至850℃。在氧化初期,由于纳米晶的不同,AlCrN和AlCrSiN陶瓷层的表面分别形成富Cr和富Al的氧化层,而由于fcc-Cr(Al)N的形成,以及氧化铬和氧化铝之间极高的溶解度,最终样品表面会形成铝、铬混合的氧化层。当非晶AlCrN介质结晶后,O元素通过晶界深入样品内部导致样品的红外发射率急剧增大,使其低发射特性失效。同时,结晶后的复合薄膜中陶瓷层的氧化活化能降低,Ni元素的扩散系数增大。结论纳米晶-非晶结构的陶瓷层具有更优异的抗氧化性能和抗扩散性能,加入Si元素可以提高样品的抗氧化性能,AlCrSiN/Cr/AlCrSiN复合薄膜可应用于850℃以下的低红外发射率应用。     

基体偏压对电弧离子镀AlCrSiON涂层结构和热稳定性的影响

为研究基体偏压对AlCrSiON纳米复合涂层结构、力学性能和热稳定性的影响规律及机制,采用电弧离子镀技术在硬质合金基体上沉积AlCrSiON涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、纳米压痕仪(划痕仪)研究涂层组织结构和力学性能;通过真空退火试验研究涂层的高温稳定性。结果表明:AlCrSiON涂层为致密柱状晶结构,并主要由c-(Al,Cr)N和c-(Al,Cr)(O,N)两相组成,呈现出纳米复合结构。随着偏压的升高,涂层表面的颗粒数目和尺寸减少,组织结构更加致密;硬度和弹性模量均呈现出先增加后减小的趋势,当偏压为–80 V时分别达到最大值30.1 GPa和367.9 GPa。涂层具有良好的高温稳定性,不同偏压下沉积的AlCrSiON涂层经800~950℃热处理后均能够保持良好的结构稳定性及力学性能,但经1 100℃热处理后涂层发生相分解并引发组织结构变化,导致涂层硬度减小。     

传感器用离子镀Cr/AlCr(Si)N涂层的组织和反射率

以Ni-11Cr合金作为基材,采用多弧离子镀工艺在其表面制备Cr/AlCrN与Cr/AlCrSiN涂层,并对其在700~900 ℃温度下进行真空热处理,研究热处理温度及Si元素对Cr/AlCr(Si)N涂层组织和红外反射率的影响。结果表明:真空热处理后两涂层形成了Cr₂O₃与Al₂CrO₃的特征峰,900 ℃热处理后,氧化物晶体结构特征衍射峰明显增加。两种涂层的组织呈柱状形态,在Cr/AlCrN涂层中存在许多hcp-CrN纳米晶;Cr/AlCrSiN涂层中形成了粒径尺寸均匀的hcp-AlN纳米晶。真空热处理温度越高,两个涂层红外稳定反射率越大,Ni扩散系数和热处理温度之间呈现单调增加的变化趋势,Cr/AlCrN涂层具有更优异的低红外稳定反射率,Cr/AlCrSiN涂层具备高的红外稳定反射率。     

热处理工艺对数控刀具含铟涂层硬度和耐磨损性能的影响

采用不同工艺对数控刀具含铟涂层进行了热处理,并进行了涂层硬度和耐磨损性能的测试与分析。结果表明,在热处理时间4 h时,随热处理温度从250℃增加到450℃,涂层硬度先增大后减小,磨损体积先减小后增大;在热处理温度350℃时,随热处理时间从1 h延长到5 h,涂层硬度先增大后基本不变,磨损体积先减小后基本不变。热处理温度优选为350℃而热处理时间优选为4 h。     

AuCuPtAgZn合金丝材组织和性能研究

采用真空熔炼、冷拉拔制备AuCuPtAgZn合金丝材,研究合金经不同变形量冷加工和400～800℃温度热处理后的显微组织和硬度。结果表明:随着冷加工率增加,晶粒逐渐被拉长,破碎成絮状进而形成纤维带状。在680℃热处理时,组织发生局部回复再结晶;温度大于700℃后,组织发生再结晶,晶粒逐渐发生长大。当变形量逐渐增加时,合金硬度呈阶梯式增大,在80%变形量时到最高值。冷加工合金的硬度随着热处理温度增大而逐渐降低,在500～800℃时,硬度先快速降低,后缓慢下降并逐渐趋于稳定值。     

磁控溅射制备TiCN复合膜的微结构与性能

通过磁控溅射技术制备一系列不同石墨靶功率的TiCN复合膜。分别利用X射线衍射仪、纳米压痕仪和高温摩擦磨损仪研究薄膜的微观结构、力学性能及室温和高温摩擦磨损性能。结果表明:随着石墨靶功率的增加,TiCN(111)峰逐渐宽化,晶粒尺寸逐渐减小,薄膜最后接近非晶结构。薄膜的硬度与弹性模量呈先增大后减小的趋势,在石墨靶功率为90 W时薄膜的硬度和弹性模量最大,分别为28.2和230 GPa。随着石墨靶功率的增加,室温下TiCN复合膜的摩擦因数逐渐减小,TiCN复合膜的耐磨性能明显提高。当环境温度升高到300~500℃时,TiCN薄膜的摩擦因数明显增大。TiCN复合膜的摩擦磨损性能受薄膜微观结构、空气中的水蒸气和氧气及环境温度等一系列因素的影响。     

纳米改性新型钢材的热处理工艺研究

采用不同工艺对纳米改性新型高锰钢进行了热处理,并进行了显微组织、力学性能和热疲劳性能的测试与分析。结果表明:780℃热处理后纳米改性新型高锰钢由铁素体和M/A岛组成,晶粒较为粗大;580℃热处理后由铁素体和退化珠光体(DP)组成,晶粒得到细化;与780℃热处理相比,580℃热处理能使纳米改性新型高锰钢的抗拉强度减小47 MPa,屈服强度增大38 MPa,热疲劳裂纹级别从12级增大至14级;800℃×20 min+550℃×40 min等温热处理能使其抗拉强度增大94 MPa,屈服强度增大191MPa,热疲劳裂纹级别从12级减小至8级,力学性能和热疲劳性能得到明显提高。800℃×20 min+550℃×40 min等温热处理后纳米改性钢由铁素体、M/A岛和纳米颗粒状(Nb,Ti)C碳化物组成,其晶粒明显细化。热处理工艺优选为800℃×20 min+550℃×40 min等温热处理。     

Mo和C含量对AlCrN薄膜组织和性能的影响

AlCrN 薄膜因其具有优异的力学性能广泛应用于金属切削领域,Mo 和 C 的掺杂对提高 AlCrN 薄膜的硬度和耐磨性有理论上的可行性,然而 Mo 和 C 元素的共同作用对 AlCrN 薄膜的组织结构、力学性能及摩擦学性能的影响仍须进一步探索。使用中频反应磁控溅射和热丝弧离子镀复合薄膜设备在硬质合金和 Si(100)表面制备 AlCr(MoC)N 薄膜。使用 SEM、XRD 和 EDS 分析薄膜的微观形貌、物相组成和元素含量,采用纳米压痕测试仪、摩擦磨损试验仪和 3D 轮廓仪表征薄膜的硬度、耐磨损性并观察薄膜的磨痕形貌。结果表明：随着 MoC 镶嵌靶(Mo 和 C 等面积)电流的增加,Mo 和 C 元素含量上升,当 MoC 靶电流为 2.5 A 时,薄膜中 Mo 和 C 的含量分别升至约 14.6 at.%和 9.1 at.%。与 AlCrN 薄膜相比,AlCrMoCN 薄膜中出现 β-Mo₂N 和 γ-Mo₂N 相,c-CrN 相的生长从高表面能(111)面转变为低表面能(200)面。随着 Mo 和 C 元素含量的增加,薄膜硬度先增加后减小,靶电流为 1 A 时薄膜硬度达到最大值 35±0.5 GPa,在 MoC 靶电流为 2.5 A 时,薄膜出现可由 SEM 观察到的纳米多层结构,此时 AlCrMoCN 薄膜硬度下降至约 23±1 GPa。随着 Mo 和 C 元素含量的增加,薄膜的残余压应力由 4.8±1 GPa 减小至 2.2±0.1 GPa。与无 Mo 和 C 薄膜相比,Mo 和 C 的掺杂有利于降低 AlCrN 薄膜的摩擦因数,Mo 和 C 含量增高,薄膜的摩擦因数大小呈现相近的趋势。AlCrMoCN 薄膜在与 Si₃N₄对偶球对磨时获得相较于 Al₂O₃对偶球更低的磨损率。对比分析 AlCrN 薄膜在不同 Mo 和 C 含量下的力学性能及摩擦学性能,揭示 Mo 和 C 的作用机理,可对其实际应用场景提供指导。     

聚合物热解制备硬质碳膜及其摩擦学性能表征

合成了一种新型碳基骨架聚合物一聚碳苯，将其溶解于有机溶剂中，通过旋涂法涂覆于耐热钢表面，在常压、惰性气体保护下，经过高温热处理得到碳薄膜。利用X射线光电子能谱和原子力显微镜考察了热处理温度对碳膜的微观结构和表面形貌的影响，同时利用纳米压入仪和球盘摩擦试验机考察了不同温度制备的薄膜的纳米硬度和摩擦学特性。结果表明：热处理温度为600～1000℃可以得到具有sp3-c和sp2-c混合相的碳薄膜，随着热处理温度的升高，薄膜中sp2-c含量增加，均方根粗糙度(RMS)增加；热处理温度为800℃时制备的碳薄膜具有最高的纳米硬度；在室温干摩擦条件下，当热处理温度从600℃提高到700℃时，薄膜的摩擦因数有明显的降低，随着温度的进一步升高，摩擦因数只有轻微的降低；薄膜的耐磨寿命随着热处理温度的提高而逐渐增加。     

喷射成形6061铝合金的热处理工艺

对喷射成形6061铝合金的热处理工艺进行研究,采用硬度测试、拉伸试验和透射电镜等研究固溶温度、时效温度和时效保温时间对合金显微组织和力学性能的影响规律。结果表明:随固溶温度的升高,合金硬度也随之升高,而其抗拉强度、屈服强度和断后伸长率则先增大后减小;合金硬度、抗拉强度和屈服强度随时效温度的升高先增大后减小,断后伸长率却一直减小;合金硬度、抗拉强度和屈服强度曲线随时效温保温时间的延长呈驼峰状变化,断后伸长率则变化不大,只在17 h时有所增大;喷射成形6061铝合金的最佳热处理工艺为530℃固溶1 h+175℃时效8 h。     

热处理对Al-Cu-Mn铸造铝合金组织和性能的影响

研究了固溶温度、时效时间、时效温度对Al-Cu-Mn铸造铝合金微观组织和力学性能的影响。结果表明,合金经过530℃×14 h固溶处理后,晶界残留相最少;时效温度为170℃时,合金的硬度(HBW)随时效时间延长先增大后减小,在6h时达到峰值(145);在不同温度下时效6 h后,合金的抗拉强度、硬度(HBW)随时效温度的上升先增大后减小,均在170℃时达到峰值,为480 MPa和145,伸长率随时效温度的升高而迅速下降。     

烧结温度对短切碳纤维增强WC-TaC-C_(sf)刀具材料组织及性能的影响

以Ni为粘结相,TaC为抑制剂,短切碳纤维(C_(sf))为增强相,采用真空热压烧结技术,分别在1450、1500、1550、1600℃的烧结温度下,制备了短切碳纤维增韧补强WC-TaC-C_(sf)刀具材料,研究了烧结温度对其微观组织及力学性能的影响。结果表明:随着烧结温度的升高,刀具材料晶粒的均匀性先逐渐变好后变坏,烧结温度为1550℃时,刀具材料可获得良好的微观组织。同时,随着烧结温度的升高,材料的硬度、抗弯强度和断裂韧度均先逐渐增大后减小;当烧结温度为1550℃时,获得最佳的力学性能,此时的硬度、抗弯强度和断裂韧度分别为(13.57±0.22)GPa、(1351.15±23)MPa、(15.31±0.16)MPa·m~(1/2)。     

High Temperature Tribological Properties of Ti-GLC Films Deposited on Different Bearing Steel SubstratesEI北大核心CSCD

针对航空发动机主轴轴承服役工况恶劣和类石墨碳基薄膜在高温环境下的性能研究不足等问题,采用磁控溅射技术在不同轴承钢基体(M50 钢、M50NiL 钢和 W9Cr4V2Mo 钢)上沉积 Ti-GLC 薄膜,探究在不同温度下的摩擦学性能。采用 SEM、 Raman 分析薄膜的微观结构,采用纳米压痕仪、划痕仪等测试其力学性能,利用 MFT-5000 型多功能摩擦磨损试验机测试所镀薄膜在不同温度下(室温、200 ℃、250 ℃和 300 ℃)的摩擦学性能。结果表明：在三种不同轴承钢基体沉积的 Ti-GLC 薄膜,其硬度和弹性模量变化不大,结合力从大到小依次为 M50＞M50NiL＞W9Cr4V2Mo。随着温度的升高,三种钢基体沉积 Ti-GLC 薄膜的摩擦因数均逐渐增大,而磨损率则先减小后增大,且表现出不同的磨损形式。三种轴承钢基体沉积 Ti-GLC 薄膜的最佳工作温度区间为室温~200 ℃,M50 钢基体所镀薄膜具有更好的力学性能和摩擦学性能,其结合力达到 80 N 以上, 300 ℃时的平均摩擦因数为 0.125,磨损率仅为 3.05×10^?17 m³ /(N·m)。研究成果为类石墨碳基薄膜在高温环境下的实际应用奠定了理论基础。     

溶胶-凝胶制备二氧化钒薄膜的价态研究

采用无机溶胶-凝胶法制备了VO2热致变色薄膜，利用XPS系统地研究了烘干温度、真空热处理温度以及溶胶浓度对VO2薄膜中钒价态的影响。结果表明，保持其它工艺参数不变，薄膜中V^5 被还原的程度随烘干温度和真空热处理温度升高而增大。当烘干温度、烘干时间和真空热处理时间以及真空气压相同时，随溶胶浓度减小，VO2薄膜中V^5 被还原程度存在真空热处理温度临界点，当溶胶浓度配比为1：4～1：3时，临界温度为480℃；溶胶浓度配比为1：3～1：2时，临界温度为400℃。制备高纯VO2薄膜的优化工艺参数组合为溶胶浓度配比1：3，250℃干燥2h后于450℃氢气还原3h(保持真空度为0．5Pa)。     

Ag/ZnO薄膜的溶胶-凝胶法制备和光电性能

以醋酸锌为锌源,硝酸银为银源,用溶胶-凝胶法制备银掺杂的氧化锌纳米薄膜。研究不同热处理温度和不同银掺杂量对薄膜结构和性能的影响。用X射线衍射仪和场发射扫描电镜对其物相、结构和形貌进行表征,用紫外-可见光谱法对其光学性能进行测试。结果表明,在薄膜经过500℃热处理后,银以银单质的形式存在,氧化锌颗粒尺寸随银含量的提高而减小。而当热处理温度升高到600℃时,氧化锌纳米粒度随银含量的提高先增大后减小,膜中的银逐渐向晶界迁移并挥发。紫外-可见光谱显示,由于银纳米颗粒的表面等离子体共振,光吸收增强。并且银掺杂降低氧化锌薄膜的电阻,提高薄膜的电性能。     

熔体温度对Al-18Mg_2Si复合材料组织与性能的影响

研究了熔体温度对原位自生Al-18Mg_2Si(质量分数,%)复合材料组织和力学性能的影响。结果表明:随着熔体温度的提高,Al-18Mg_2Si复合材料中,初生Mg_2Si由粗大的树枝状变成多边形状、块状,有的成为颗粒状。熔体温度为870℃时,初生Mg_2Si最细小,平均晶粒尺寸为12μm(形状因子最大);超过870℃后,晶粒尺寸略有增大(形状因子减小)。随着熔体温度的提高,共晶Mg_2Si由片层状变为颗粒状,而后又变成颗粒状和棒状的混合组织,共晶团尺寸先减小后增大。复合材料的抗拉强度、延伸率、硬度随熔体温度的提高先增大后减小,并在870℃过热时,力学性能达到最佳值。DTA分析表明,随着熔体温度的提高,合金的凝固开始温度先降低后升高,形核过冷度呈先增大后减小的变化趋势。熔体温度达到870℃时,形核过冷度最大,复合材料的硬度最大,耐磨性最好。     

固溶处理温度对7075铝合金组织和性能的影响

研究了不同固溶处理温度对7075铝合金组织、显微硬度和力学性能的影响。结果表明,随着固溶温度的升高,合金组织中未溶相先减少后增多,铝合金的显微硬度、抗拉强度和屈服强度先增大后减小。当固溶温度为460℃时,合金中未溶相数目最少,合金硬度值最大(194.1 HV),抗拉强度和屈服强度达到最大值(709和653 MPa)。当固溶处理温度升高时,合金试样的伸长率先减小后增大;当固溶温度为470℃时,伸长率有最小值(4.9%)。     

热处理温度和溅射气压对铜薄膜结构和性能影响的研究

采用射频磁控溅射镀膜法,在不同溅射气压、不同热处理温度下制备了铜薄膜,并利用扫描电镜（SEM）和X射线衍射（xRD）研究了溅射气压和热处理温度对铜薄膜结构和性能的影响。结果表明：热处理前铜薄膜的晶粒尺寸较小且大小分布不均;随着热处理温度的提高,薄膜的晶粒尺寸逐渐增大,表面更加平坦化,而晶粒之间的缝隙呈现先增大再减小后增大的趋势,在400℃时晶粒排列最紧密,表面最平坦;随着溅射气压的增高,铜（111）峰值呈现先增大后减小的趋势,当溅射气压为1．0Pa时铜的抗电迁移性最强。     

焊后热处理对Ti180电子束焊接头组织与性能的影响

对7 mm厚Ti180双相钛合金电子束焊接接头采用不同焊后热处工艺(550～700℃，8 h)，研究热处理温度对接头的显微组织和力学性能的影响。结果表明：热处理后Ti180电子束焊接头焊缝区和热影响区的残余β相上生成纳米级针状α相和球状亚微米级颗粒Ti₅Sn₃。随着热处理温度的升高，次生针状α’相逐渐减少，纳米级针状α相逐渐粗化，球状亚微米级颗粒逐渐回溶，使得接头的焊缝区和热影响区的显微硬度逐渐减小。此外，接头的常温抗拉强度和伸长率逐渐下降，而高温抗拉强度和伸长率整体上呈现随热处理温度先下降后上升的变化趋势。在热处理参数为550℃、8 h时，Ti180焊接接头具有最优的力学性能。且焊后热处理可以显著减小Ti180焊焊接接头的残余应力，在热处理温度为650℃时，接头的残余应力消除效果最佳。     

洁净燃料发动机阀座热处理工艺研究

通过对高速钢粉末冶金气门阀座进行热处理试验,研究了淬火温度和回火温度对气门阀座组织与性能的影响。结果表明:随着淬火温度和回火温度的升高,气门阀座的硬度先增大后减小,耐磨性能先变好后变差。最终得到气门阀座的最优热处理工艺为1220℃的淬火温度和550℃的回火温度,在此工艺下其硬度达到50.62 HRC,30 min磨损重量为0.0334 g。