孔隙密度对化学气相沉积泡沫金刚石导热性能的影响

选择不同孔隙密度的泡沫铜为沉积衬底,通过化学气相沉积(chemical vapor deposition, CVD)技术在其表面沉积连续金刚石膜,借助有限元模拟阐释泡沫骨架的孔隙密度对金刚石膜整体传热效果的影响,并通过扫描电镜、拉曼光谱及红外热成像仪等对不同孔隙密度的泡沫金刚石微观形貌、膜层成分以及热扩散性能进行对比与分析。结果表明:高孔隙密度泡沫衬底更有利于热量传递,但其极小的泡沫孔径会限制自由基在孔隙内部流动,CVD沉积的金刚石晶粒尺寸明显减小,仅有2～3 μm,晶粒质量也略逊于中、低孔隙密度样品的。在相同加热时间内的红外热成像中,中孔隙密度泡沫金刚石的表面升温速率相比低、高孔隙密度样品的升温速率分别提升43.4%与12.7%。综上所述,兼具良好三维连通特性与优异金刚石质量的中孔隙密度泡沫金刚石表现出更为优异的导热性能,是更理想的导热增强体选择。      

稀土改性Cr涂层对开孔Ni-Cr-Fe泡沫合金组织结构及高温氧化性能的影响

为了提高三维网状开孔Ni-Cr-Fe泡沫合金的高温氧化性能,本文采用固体粉末包埋工艺在开孔Ni-Cr-Fe泡沫合金表面分别制备Y-Cr和Ce-Cr涂层,再将涂层加热到900℃和1000℃进行120h高温静态氧化试验。利用扫描电镜、X射线衍射仪对两种涂层改性Ni-Cr-Fe泡沫合金的微观组织结构和氧化产物的形貌、成分和相组成进行对比分析。结果表明：Ce-Cr涂层改性开孔Ni-Cr-Fe泡沫合金组织均匀致密、涂层表面晶粒明显细化,且涂层与基体界面结合紧密。同时,Ce-Cr涂层改性泡沫合金的抗高温氧化性能优于Y-Cr涂层,氧化动力学曲线符合抛物线氧化规律。这主要由于其表面生成了均匀致密的Cr2O3氧化膜;涂层与基体之间形成了由Ni-Cr-Fe,[Fe,Ni]相构成的过渡层,使基体与涂层冶金结合,从而加强了涂层与基体的结合力。     

稀土改性Cr涂层对开孔Ni-Cr-Fe泡沫合金组织结构及抗高温氧化性能的影响

为了提高三维网状开孔Ni-Cr-Fe泡沫合金的抗高温氧化性能,采用固体粉末包埋工艺在开孔Ni-Cr-Fe泡沫合金表面分别制备Y-Cr和Ce-Cr涂层,再将涂层试样加热到900和1000℃进行120 h高温静态氧化试验。利用扫描电镜、X射线衍射仪对2种涂层改性Ni-Cr-Fe泡沫合金的微观组织结构和氧化产物的形貌、成分和相组成进行对比分析。结果表明:Ce-Cr涂层改性开孔Ni-Cr-Fe泡沫合金组织均匀致密、涂层表面晶粒明显细化,且涂层与基体界面结合紧密。同时,Ce-Cr涂层改性泡沫合金的抗高温氧化性能优于Y-Cr涂层,氧化动力学曲线符合抛物线氧化规律。这主要由于其表面生成了均匀致密的Cr_2O_3氧化膜;涂层与基体之间形成了由Ni-Cr-Fe,[Fe,Ni]相构成的过渡层,使基体与涂层冶金结合,从而加强了涂层与基体的结合力。     

HiPIMS占空比对Al合金表面Ti/DLC涂层力学和摩擦性能的影响*

类金刚石涂层（DLC）兼具高硬度、耐摩擦磨损和高化学惰性等优点,是理想的 Al 合金零部件耐磨防护材料之一。 然而受限于 Al 合金与 DLC 间力学性能差异大,摩擦工况下承受复杂的耦合载荷作用,易导致涂层剥落失效。通过改变高功率脉冲磁控溅射技术（HiPIMS）的电源占空比（2%~10%）,设计具有不同结构的 Ti 过渡层,系统研究 Al 合金基体上不同过渡层界面结构对 DLC 力学及摩擦性能的影响。结果表明,随 HiPIMS 占空比增加,所有 Ti 过渡层取向从（100）向（002） 转变。相比直流磁控溅射 Ti 过渡层,HiPiMS 技术可以降低晶粒尺寸以及提高 Ti 层致密性,令 Ti 过渡层具备更强的承载能力,涂层摩擦寿命提升了约 4.5 倍。沉积具有低（100）择优取向和致密结构的 Ti 过渡层是实现 Al 合金表面高性能 Ti / DLC 涂层的关键,对解决 Al 合金零部件表面硬质涂层易剥落失效等问题提供了新思路。     

梯度过渡层对硬质合金沉积类金刚石膜的耐磨性影响

目的分析不同类型的梯度过渡层对硬质合金沉积类金刚石涂层耐磨性能的影响,制备出能有效改善硬质合金减摩抗磨性能的类金刚石涂层。方法采用真空阴极电弧离子镀和等离子体增强化学沉积技术,在硬质合金基底上制备了Ti/TiC/DLC、Ti/TiN/DLC、Ti/TiN/TiNC/DLC和Ti/TiN/TiNC/TiC/DLC四种类型的Ti多元梯度过渡类金刚石涂层。通过GNEHM-150型洛氏硬度计和电子显微镜、MFT-4000多功能材料表面性能试验仪、纳米硬度测试仪,分别评价不同类型多元梯度过渡层对硬质合金类金刚石涂层的膜基结合强度、摩擦磨损性能及纳米硬度。结果 Ti/TiC/DLC、Ti/TiN/DLC、Ti/TiN/TiNC/DLC和Ti/TiN/TiNC/TiC/DLC四种类型涂层的膜基结合强度等级分别为HF3-HF4、HF5-HF6、HF1-HF2、HF1,对两种膜基结合强度较好的涂层(Ti/TiN/TiNC/DLC、Ti/TiN/TiNC/TiC/DLC)进行摩擦磨损检测,其摩擦系数分别为0.2、0.1,且经过60 min对摩,Ti/TiN/TiNC/TiC/DLC涂层仍未出现明显剥落。结论梯度过渡层的类型对薄膜的膜基结合强度、摩擦性能有较明显的影响,Ti/TiN/TiNC/TiC/DLC结构的涂层膜基结合强度最好,具有最低的摩擦系数,表现出了优异的减摩抗磨性能,可有效改善硬质合金表面的耐磨性能。     

以Cr/CrSiN膜为过渡层在高钴硬质合金表面沉积金刚石薄膜

为了解决在高钴硬质合金表面难以生长高结合力金刚石薄膜的问题,采用Cr/CrSiN膜为过渡层,用热丝化学气相沉积法在硬质合金上沉积纳米金刚石薄膜（NCD）、亚微晶金刚石薄膜（SMCD）和微晶金刚石薄膜（MCD）,并对其结合力进行研究。结果表明：采用Cr/CrSiN过渡层可在高钴硬质合金表面沉积出结合力优异的金刚石薄膜,NCD的结合力最优,SMCD的结合力次之,MCD的结合力最差;当金刚石薄膜晶粒变大时,因金刚石薄膜韧性变差且过渡层碳化严重,金刚石薄膜的结合力变弱。     

泡沫铁及其夹层结构的制备

采用有机泡沫基体浸浆干燥烧结法制备了一种泡沫铁材料,其产品的孔隙主要是构成宏观网状或泡沫状结构且尺寸为0.5～2.0mm的主孔,孔隙之间相互连通。在主孔孔壁或孔棱上还存在尺寸远小于主孔的小孔,其数量和大小可以由烧结温度加以调控。这些小孔可以进一步提高孔隙之间的连通性。以上述工艺制备泡沫铁为基础,通过与经表面处理的金属面板热扩散结合进一步获得了一种泡沫铁夹层结构,其中芯部即为泡沫铁,壳层为不锈钢金属面板。该夹层结构的芯部与金属面板为冶金结合。制备泡沫铁的工艺所用料浆由铁粉、添加剂和无毒性有机黏结剂组成,烧结温度在1100～1400℃之间。     

QTi2.5/Cu同基合金离子镀

采用同基合金电弧离子镀方法,在紫铜基体上制备了Cu-Ti合金薄膜,研究了弧电流和靶.基距离对膜层质量、沉积速率的影响.结果表明,镀层沉积速率随着弧电流的增加而增大,随靶-基距离的增大而下降;镀层近表面为层片状组织,镀层表面有颗粒存在,显示电弧源后期喷射的是Cu-Ti合金液滴;近界面处,组织细密,晶粒较小.镀层由沉积层和过渡层构成,Ti含量由表至里逐渐降低,过渡层的存在有利于提高膜-基结合力.镀层显微硬度呈梯度分布,表面显微硬度约为铜基材的3倍.     

铜基体预沉积铜-金刚石复合过渡层金刚石膜的制备与表征（英文）

在铜基体表面电沉积铜-金刚石复合过渡层,采用电镀铜加固突出基体表面的金刚石颗粒,最后利用热丝化学气相沉积(HFCVD)法在复合过渡层上沉积大面积的与基体结合牢固的连续金刚石膜。采用扫描电子显微镜、拉曼光谱和压痕试验对所沉积的金刚石膜的表面形貌、内应力及膜/基结合性能进行研究。结果表明:金刚石膜由粗大的立方八面体颗粒与细小的(111)显露面颗粒组成,细颗粒填充在粗颗粒之间,形成连续的金刚石膜。复合过渡层中的露头金刚石经CVD同质外延生长成粗金刚石颗粒,而铜表面与粗金刚石之间的二面角上的二次形核繁衍长大成细金刚石颗粒。金刚石膜/基结合力的增强主要来源于金刚石膜与基体之间形成镶嵌咬合和较低的膜内应力。     

氯化物体系熔盐电沉积铬涂层工艺

福岛核事故后,核燃料包壳Zr合金的Cr涂层表面改性成为研究热点,熔盐电沉积技术因能有效解决Cr层沉积时的析氢问题而受到关注,鉴于Zr合金在熔盐中易受腐蚀的特点,采用Ni作为过渡层解决Zr合金表面高质量Cr涂层的制备难题。为了系统研究Ni表面Cr涂层的熔盐电沉积工艺,本文在研究Cr涂层生长过程的基础上,研究电流密度、温度及Cr离子浓度对Cr涂层组织结构的影响,优选制备工艺并开展涂层性能测试。结果表明：增大电流密度、降低熔盐温度或减小Cr离子浓度可以细化涂层晶粒,提高涂层致密性和连续性,但同时易引发浓差极化,造成涂层质量恶化。在优选工艺下制得的Cr涂层由〈211〉取向的细等轴晶构成,硬度为(2.47±0.24) GPa,与Ni基体的结合力约为85 N,表面粗糙度为2.6μm。     

不同过渡层对钢基金刚石薄膜的影响

采用超高真空热丝化学气相沉积(HFCVD)系统,以甲烷和氢气为反应气体,在高速钢W18Cr4V基体上利用3种不同的过渡层(WC、Cr、WC/Cr)制备金刚石薄膜。采用场发射扫描电子显微镜(FE–SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微激光拉曼光谱仪(Raman)以及洛氏硬度计对过渡层和金刚石薄膜进行检测分析,研究了不同过渡层对金刚石薄膜形貌质量和附着性能的影响。结果表明,3种过渡层均可以有效减少钢基中Fe对金刚石薄膜的负面影响,提高金刚石的形核率;其中,采用WC/Cr过渡层时膜基间残余应力最小,仅为0.25 Gpa,附着性能最好。     

STRUCTURE MICROANALYSIS OF INTERFACE BETWEEN Cu-Ti ALLOY AND DIAMOND (OR GRAPHITE)

本文利用扫描电镜X射线能谱及X射线光谱分析,结合金相及试样逐层的X射线结构分析,剖析了Cu-Ti合金与石墨(或金刚石)粘结界面的微区组织结构;揭示了Cu-Ti合金对金刚石表面的浸润和粘结机理。即Cu-Ti合金中的Ti原子与石墨(或金刚石)表面的碳原子在高温下反应生成稳定的断续的TiC膜,Cu-Ti合金对金刚石的浸润和粘结是通过TiC来实现的。     

Effect of carbide formers on microstructure and thermal conductivity of diamond-Cu composites for heat sink materials

Diamond-copper composites were prepared by powder metallurgy, in which the diamond particles were pre-coated by magnetic sputtering with copper alloy containing a small amount of carbide forming elements (including B, Cr, Ti, and Si). The influence of the carbide forming element additives on the microstructure and thermal conductivity of diamond composites was investigated. It is found that the composites fabricated with Cu-0.5B coated diamond particles has a relatively higher density and its thermal conductivity approaches 300 W/(m·K). Addition of 0.5%B improves the interfacial bonding and decreases thermal boundary resistance between diamond and Cu, while addition of 1%Cr makes the interfacial layer break away from diamond surface. The actual interfacial thermal conductivity of the composites with Cu-0.5B alloy coated on diamond is much higher than that of the Cu-1Cr layer, which suggests that the intrinsic thermal conductivity of the interfacial layer is an important factor for improving the thermal conductivity of the diamond composites.     

活性金属部分瞬间液相连接氮化硅陶瓷的研究

采用Ti/Cu/Ti多层中间层在1273 K温度下进行氮化硅陶瓷部分瞬间液相连接,考察了保温时间对连接强度的影响,并对连接界面进行了SEM,EPMA和XRD分析.结果表明,通过Cu-Ti二元扩散促使液相与氮化硅发生界面反应,形成Si3N4/TiN/Ti5Si3+Ti5Si4+TiSi2/TiSi2+Cu3Ti2(Si)/Cu的梯度层.保温时间影响接头反应层厚度,从而影响接头的连接强度根据活性金属部分瞬间液相连接陶瓷的界面行为,建立了活性金属部分瞬间液相连接陶瓷的理论模型.该模型较好地解释了Ti/Cu/Ti和Ti/Ni/Ti连接氮化硅陶瓷的异同点和连接工艺参数的选择.     

Growth of Free-standing Diamond Films on Graphite Substrates with Ti Interlayers

DIAMOND has many remarkable chemical andphysical properties,such as extreme hardness,highthermal conductivity,high electrical resistively andexcellent optical transparency and so on.For diamond,approximately5.5ev is required to excite an electronfrom the valence band to the conduction band,compared with1.1ev for Si and0.7ev for Ge m.Therefore,Diamond is a wide band gap material.Furthermore,due to the high vibration energy of carbonatoms in diamond,the frequency of infrared absorptionis abn…     

界面改性对SiCf/Cu基复合材料热膨胀性能的影响

研究了SiCf/Cu基复合材料分别在有无Ti6Al4V界面改性涂层两种情况下的纵向热膨胀行为,并采用扫描电镜对热循环后的试样进行显微形貌观察。结果表明,界面结合强度对纤维增强金属基复合材料的纵向热膨胀行为有很大影响。对于没有Ti6Al4V涂层的复合材料,其热膨胀行为不稳定,在经历连续两次热循环后,其纵向均表现为正的残余应变,原因是基体发生了严重的界面脱粘、滑移和膨胀;而对于有Ti6Al4V涂层的复合材料,其纵向热膨胀系数明显减小,两次热循环后其尺寸保持稳定,纤维/基体界面结合也保持稳定。     

Ti／Cu／Ti部分瞬间液相连接Si3N4的界面反应和连接强度

用Ti/Cu/Ti多层中间导在1273K进行氮化硅陶瓷部分瞬间液相连接,实验考察了保温时间对连接强度的影响,用SEM,EPMA和XRD对连接界面进行微观分析,并用扩散路径理论,研究了界面反应产物的形成过程,结果表明：在连接过程中,Cu与Ti相互扩散,形成Ti活度较高的液相,并与氮化硅发生反应,在界面形成Si3N4/TiN/Ti5Si3 Ti5Si4 TiSi2/TiSi2 Cu3Ti2(Si)/Cu的梯度层,保温时间主要是通过影响接头反应层厚度和残余热应力大小而影响接头的连接强度。     

以铜和Cu-Ti作为中间层的TiAl/GH3536扩散焊

采用铜箔和Cu-Ti合金作为中间层进行了TiAl和GH3536的扩散焊试验.以铜箔作为中间层在935℃/10 MPa/1 h参数下获得的焊缝组织以Ti（Cu,Al）2,AlCu2Ti和AlNi2Ti相为主,焊缝中存在裂纹.接头室温平均抗剪强度仅有31 MPa.以Cu-Ti合金作为中间层在935℃下采用三种不同参数进行了TiAl和GH3536的液相扩散焊试验.当加压3 MPa,保温10 min时,扩散焊缝中央还存在着宽度约5μm的残留相.保温时间延长至1 h,焊缝形成了较为均匀的分层组织,获得的接头室温抗剪强度最高,达180 MPa.增大压力至20 MPa,保温2 h获得的接头中出现AlNi2Ti相,接头平均室温抗剪强度下降至90 MPa.     

磁控溅射Cu-Cr合金薄膜与Sn-Ag-Cu焊料在时效处理时的界面反应

采用磁控溅射的方式沉积不同Cr含量的Cu-Cr合金薄膜,通过与Sn-Ag-Cu(SAC)焊料在240 ℃下回焊形成焊点结构,然后将试样置于180 ℃下进行真空时效处理。研究Cu-Cr合金作为凸点下金属化(UBM)层时与SAC形成焊点的焊接可靠性。使用配备能量色散X射线光谱仪的场发射扫描电镜和多功能推力测试仪等分析界面金属间化合物(IMC)的形貌及焊点的剪切强度。结果表明,SAC/Cu-Cr焊点结构在回焊后形成了不同于传统的SAC/Cu焊点扇贝状IMC的针状IMC。在时效处理后,Cr在晶界处的偏析形成了富铬层,其作为扩散阻挡层阻碍Cu扩散到IMC中,使得Cu₃Sn和柯肯达尔空洞的生长受到抑制。剪切强度测试结果表明,回焊后SAC/Cu-Cr试样比SAC/Cu试样具有更高的剪切强度。Cr靶电流为1.5 A的Cu-Cr合金UBM层形成的焊点结构具有较小的IMC厚度,且拥有最高的焊点剪切强度。证实了Cu-Cr 合金UBM层有利于提高焊接可靠性。     

二元铜合金对碳材料的润湿和粘结行为的研究

本文是对部分二元铜合金粘结和润湿碳材料行为的综述。对按相图划分的三类二元铜合金粘结和湿碳材料的行为作了定性的讨论：着重对Cu-Cr、Cu-Ti、Cu-V三种合金进行了量化讨论；并对W、Mo、Ti进行了重点评述，文中也就试验结果发生的合金金属学和热力学方面作了初步的描述。