高功率脉冲和脉冲直流磁控共溅射CrAlN薄膜的研究

目的通过掺杂适量Al元素来固溶强化Cr N薄膜,从而提高薄膜的抗氧化性能和热稳定性。方法采用高功率脉冲磁控溅射和脉冲直流磁控溅射复合镀膜技术制备了Cr Al N薄膜,利用XRD、纳米压痕仪、应力仪、摩擦磨损试验机系统地研究了不同基体偏压对CrAlN涂层结构和力学性能的影响。结果所有CrAlN涂层均以fcc-(Cr,Al)N相为主,且随着基体偏压的增加,沿(111)晶面生长的衍射峰逐渐减弱,并向小角度偏移;薄膜压应力显著增加,最大值为-2.68GPa;薄膜硬度先上升后下降,在基体偏压为-30V时,硬度达到最大值22.3 GPa;H/E值和H~3/E~(*2)值随着基体偏压的增加,近似线性增大,当偏压为-120 V时,均达最大值0.11、0.21 GPa,同时摩擦系数和磨损率逐渐减小。结论当基体偏压为-120 V时,CrAlN薄膜具有最佳的耐磨性能,H/E和H~3/E~(*2)在一定程度上可评价涂层的耐磨性。     

不同靶材料的高功率脉冲磁控溅射放电行为

选择具有不同溅射产额的靶材料(Cu,Cr,Mo,Ti,V和C),研究了其高功率脉冲磁控溅射(HPPMS)放电靶电流波形随靶电压的演化行为.发现所有材料都满足5个阶段顺序放电特征,但是不同溅射产额的材料的相同放电阶段所需要的靶电压呈现先增加后下降的趋势,根据放电难易的不同分别表现出一定阶段的缺失.对其靶电流平均值、峰值和平台值的统计显示,溅射产额高的靶材料自溅射容易,平台稳定,对靶电流的贡献主要为平台值(金属放电),比较适用于HPPMS方法沉积薄膜;而溅射产额低的靶材料气体放电明显,靶电流主要由峰值(气体放电)贡献,不利于薄膜沉积.     

直流偏压对铝合金表面高功率脉冲磁控溅射沉积钒薄膜耐蚀性的影响

采用高功率脉冲磁控溅射(HPPMS)法,在工业纯铝基体上生长得到V薄膜,研究不同直流偏压对薄膜相结构、形貌及不同温度处理对耐蚀性的影响。结果表明,薄膜相结构为单一的V(111)相。薄膜表面光滑、平整,且随偏压的增大,薄膜表面粗糙度先减小后增大,最小仅为0.488nm。薄膜沉积过程中离子吸引效应和溅射效应的竞争导致薄膜沉积速率随着偏压的增大先减小后增大。20℃时镀V薄膜样品在偏压为-100V时耐蚀性最佳,其腐蚀电位比基体提高了0.425V,腐蚀电流下降了2个数量级以上。镀V薄膜样品经过200和300℃加热处理后,其耐蚀性提高,但是与基体相比,经200℃处理后的镀V薄膜样品腐蚀电流最大降低了1个数量级,而经300℃处理后的镀V薄膜样品耐蚀性与基体相比提高并不明显。     

PMMA表面高功率脉冲磁控溅射制备ITO涂层的研究

采用高功率脉冲磁控溅射技术在PMMA基体上制备了ITO涂层。利用XRD、SEM对涂层进行了相结构的分析,并进行了划痕实验、光电性能测试,结果表明：偏压、氢氩流量比等工艺参数对涂层的相结构、膜基结合力、光电性能均有影响。增大偏压,膜基结合力将增强,偏压达到240 V时,膜基结合力最好（56.5N）。偏压由0 V增加到160 V的过程中,涂层晶粒增大,透射率变高（ 由82.24% 增至 89.82%）,电阻率变低（由0.006571 减至 0.000543 Ω.cm）。氢氩流量比由0增至0.05,透射率变低（由89.82%减至56.12% )。氢氩流量比由0增至0.03,电阻率变低(由0.000543减至0.000212 Ω.cm ) ;氢氩流量比由0.03增至0.05,电阻率变高由0.000212 增至0.000373 Ω.cm)。     

高功率脉冲磁控溅射等离子体放电特性研究现状

高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)因其较高的靶材原子离化率和优异的薄膜成形性能,逐渐成为PVD领域的热点镀膜技术。靶材原子的高度离化宏观表现为较大的放电电流。介绍了等离子体放电靶电流的构成及其形成原理,分析了HiPIMS放电过程中磁场、靶电压、工作气压对靶材原子离化率的影响,及其相应放电靶电流曲线。空间磁场可以束缚电子,增长靶前电子运动轨迹,同增大工作气压一样,都可以减小粒子运动平均自由程,增大粒子碰撞几率,提高原子离化率,增大放电靶电流。升高靶电压可以提高离子碰撞能量,靶电压越高,放电靶电流越大。分析了各种靶材在不同电压下的放电靶电流曲线。优异的薄膜成形性能得益于对离子运动的良好控制,阐述了等离子体空间电荷分布状况、靶材自溅射和"气体循环"过程、二次电子发射及其促进离化机制、等离子体碰撞引起的气体稀薄现象,以及预鞘层对二次电子和等离子体电子的焦耳加热效应等微观机理,论述了这些微观机理对粒子离化的作用效果。最后展望了研究HiPIMS等离子体放电特性可能的研究方向。     

高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)等离子体 放电时空特性研究进展

高功率脉冲磁控溅射（HiPIMS）放电凭借着高离化率优势,已经成为物理气相沉积（PVD）领域的核心技术。鉴于HiPIMS放电具有复杂的物理场配置和兆瓦级的峰值功率,其产生的不均匀等离子体严重影响着薄膜的性能。从HiPIMS放电等离子体的时间和空间特性角度出发,结合放电靶电流、等离子体阻抗、离子饱和电流的特性,以及各种粒子在不同时刻和空间位点对应的相互作用和运动轨迹,综述了近年来国际上关于HiPIMS脉冲放电过程中等离子体参数的时空演变特性以及脉冲等离子体动力学行为,主要包含了等离子体物理量的时间演变规律,复杂物理场的空间分布行为,粒子密度、能量的扩散传输机制,靶材粒子离化程度的表征方法等,并全面地叙述了气体原子稀释效应、气体循环、双极扩散、等离子体波、旋转的spoke等不稳定传输特性。此外,依据等离子体时空特性,总结出HiPIMS放电沉积速率低的内因,介绍了提高沉积速率的方法和机理。最后,指出了目前关于HiPIMS时空特性研究方面存在的问题和发展方向。     

高功率脉冲反应磁控溅射CrNx涂层的放电特性与组分结构

高功率脉冲反应磁控溅射技术具有放电等离子密度高、溅射材料离化率高和绕镀性好的特点,已被广泛用于金属氮化物强化涂层的设计制备,但受沉积过程实时在线诊断困难,决定涂层结构性能的关键等离子体特性尚不清晰。基于自主研制的高功率脉冲磁控溅射装备,采用 Langmuir 探针研究不同 N₂流量下 CrN_x涂层的反应等离子体放电特性与组分结构变化。固定溅射功率为 3 kW,随着 N₂流量从 10 mL / min 增加至 75 mL / min,放电峰值功率密度和电子能量分布函数中的高能电子比例均呈现先上升后降低趋势,在 55 mL / min N₂流量时达到最高值,其峰值功率密度为 320 W / cm² 。分析表明,当通入过量 N₂时,靶中毒程度加剧,因表面生成 CrN_x化合物的二次电子发射系数低于 Cr,近基体区电子密度从 3.9×1017 / m³逐渐下降至 2.2×1017 / m³ ,低密度离子入射降低了沉积粒子的热扩散迁移长度,使得涂层呈现 CrN(220)晶面择优柱状生长。     

复合高功率脉冲磁控溅射技术的研究进展

高功率脉冲磁控溅射技术(HIPIMS)是一门新兴的高离化率磁控溅射技术.概述了HIPIMS的技术优势,包括高膜层致密度和平滑度、高膜基界面结合强度以及复杂形状工件表面膜层厚度均匀性好等.同时归纳了HIPIMS存在的问题,包括沉积速率及低溅射率金属靶材离化率低等.在此基础上,重点综述了近年来复合HIPIMS技术的研究进展,其中复合其他物理气相沉积技术的HIPIMS,包括复合直流磁控溅射增强HIPIMS、复合射频磁控溅射增强HIPIMS、复合中频磁控溅射增强HIPIMS、复合等离子体源离子注入与沉积增强HIPIMS等;增加辅助设备或装置的HIPIMS,包括增加感应耦合等离子体装置增强HIPIMS、增加电子回旋共振装置增强HIPIMS,以及增加外部磁场增强HIPIMS等.针对各种形式的复合HIPIMS技术,分别从复合HIPIMS技术的放电行为、离子输运特性,及制备膜层的结构与性能等方面进行了归纳.最后展望了复合HIPIMS技术的发展方向.     

氧含量对高功率脉冲磁控溅射AlCrSiON涂层高温摩擦学性能的影响

由于真空度的要求,制备氮化物涂层时将不可避免的会有氧的存在,因此了解氧元素对涂层性能的影响至关重要。采用高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)技术在Ar/N2/O2混合气氛下制备AlCrSiON涂层,研究氧含量(0%~30.4%,原子数分数)对涂层结构、力学性能和摩擦学性能的影响及作用机制。结果表明,AlCrSiN涂层由fcc-Cr N、β-Cr2N和hcp-Al N组成,AlCrSiON则由(Cr,Al)N、立方Cr2N和(Cr,Al)(O,N)组成。AlCrSiN涂层硬度为(14.3±1.8)GPa,随着氧含量增加至24.3%,涂层硬度增加至(20.1±3.0)GPa;继续增加氧含量则将导致涂层硬度下降。当环境温度由室温增加至400℃,涂层摩擦因数由0.6~0.7增加至0.9;温度升至800℃,涂层摩擦因数降至0.4。氧含量对涂层高温摩擦因数的影响较小,对涂层的磨损率却有着重要影响。当氧含量为30.4%时,AlCrSiON涂层具有最优耐磨损性能。     

基于高功率脉冲磁控溅射的Cr膜层研究进展EI北大核心CSCD

Cr膜层因其优异的耐高温、耐腐蚀和耐磨损性能,在航空航天、武器装备和核电能源等领域得到广泛应用。由于传统电镀硬铬技术具有一定的污染,人们一直致力于寻找一种无污染的高性能Cr膜层制备方式。具备清洁特性的物理气相沉积技术,尤其是具有高离化率和高结合力特点的高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术现已成为膜层研究领域的热点。介绍HiPIMS-Cr靶的放电特性,指出在Cr膜沉积过程中获得高Cr离化率的条件;对比HiPIMS-Cr膜层与传统工艺(电镀硬铬、直流磁控沉积溅射、电弧混合溅射等)制备的Cr膜层在表面形貌、微观组织和力学性能等方面的差异,概述不同工艺组合对Cr膜层沉积速率的影响,探讨不同影响因素对HiPIMS-Cr膜层的微观组织、力学性能的影响及相关研究进展。最后对HiPIMS-Cr膜层制备及其应用研究的趋势进行展望。     

用于材料表面改性的空气介质阻挡放电发射光谱研究

设计了一套材料表面改性试验装置，对其放电特性以及由丝状放电向准辉光放电转变的条件进行了试验。利用发射光谱技术和电压电流测试技术，研究了常温常压下空气介质阻挡放电所加电压和输入能量对N2（C^3Πu→B^3g）发射光谱强度的影响。N2（C^3Πu→B^3Πg）的发射光谱强度随放电电压及输入能量的增加而增强，当电压（频率）和输入能量增大某一值后，N2（C^3Πu→B^3g）的发射光谱强度增强速率变大，介质阻挡放电从丝状放电过渡到准辉光放电模式，产生均匀分布的发光现象，这非常有利于对薄膜和金属材料表面的改性。     

Electron Temperature and Density of the Plasma Measured by Optical Emission Spectroscopy in VLPPS Conditions

Measurements of electron temperature and electron density have been carried out on a plasma plume under very low pressure conditions (P = 1 mbar) using optical emission spectroscopy. The plasma torch was operated at a power level of 20-55 kW corresponding to an Ar/H₂ flow rate of 40/0 to 40/8 L/min and current intensity variation from 500 to 700 A. The electron temperature (T _e) was determined based on the calculation of the relative intensity of two spectral lines, H_α and H_β. It was found that T _e decreased from 0.2 to 0.9 eV with increasing detection distance from the nozzle exit from 40 to 60 cm. Changes in the current and the flow rate of H₂ also had a significant impact on it. There are significant fluctuations in the hydrogen emission intensity when using current intensity of 700 A or with increasing hydrogen fraction in the mixture. However, it seemed that there was no evident change in T _e when different powder sizes were injected. Correspondingly, electron densities ranged from 0.76 × 10¹⁴ to 1.41 × 10¹⁵ cm⁻³ and were obtained using Stark-effect broadening of the H_β (486 nm) line under the assumption of local thermodynamic equilibrium (LTE).     

等离子束表面冶金技术研究及其进展

等离子束表面冶金是一种新的表面涂层技术。本文综述了等离子束表面冶金设备、专用粉末设计、涂层的组织性能、熔池结晶特点以及应用方面的研究进展,并展望了等离子束表面冶金的发展方向。     

基于包络谱分析的滚动轴承内圈故障声发射诊断研究

滚动轴承的早期故障信号很微弱,常规的振动法很难检测。声发射检测法具有采集较宽频率范围信号的特点,采用声发射法对内圈缺陷滚动轴承进行检测,采集宽频的声发射信号,利用小波分析方法把信号分解在不同频带,对低频信号进行重构,将重构后的包络谱特征频带与内圈故障理论特征频率相比较,结果表明:在包络谱图上可以找到理论的故障特征频率范围,这说明包络谱分析法对滚动轴承内圈故障声发射诊断是有效的。     

钛表面辉光等离子制备Ti-Pd合金层耐蚀性能分析

采用辉光等离子冶金技术在纯钛表面制备了Ti-Pd合金层,并对Ti-Pd合金层的耐蚀性进行了研究。结果表明:合金层在100℃的NaCl饱和溶液+HCl溶液以及40℃下8.6%H2SO4溶液中的耐缝隙腐蚀性能优于Ti-0.2Pd合金;在室温80%H2SO4的条件下,腐蚀速率仅为0.682mm/a,是Ti-0.2Pd合金的18.2%;在室温30%HCl的条件下,表面Ti-Pd的腐蚀速率仅为0.004mm/a,是Ti-0.2Pd合金的12.5%。     

舰船缩比模型外加电流阴极保护系统表面电位的研究

采用缩比模型理论建立舰船外加电流阴极保护系统,研究船体表面电位分布的影响因素之间关系.结果表明,单区阴极保护系统辅助阳极位置决定船体表面电位曲线的形状,参比电极影响曲线电位值的大小.     

基材碳含量对离子渗W、Mo、Co的影响

研究了在离子渗金属中基材碳含量对离子渗W、Mo、Co的影响。结果显示，基材的碳含量对渗层的组织结构、组成相、渗层合金元素的分布都有相当大的影响。在离子渗W、Mo、Co时，工业纯铁和中、高碳钢的渗层断面都出现分层结构。工业纯铁的表层是由(FeCo)7（WMo)6型金属间化合物μ相，(FeCo)2(WMo)型laves相，和W(Mo)固溶体相组成的沉积层，中、高碳钢的表层是由MC型碳化物和M6C型碳化物组成的化合物层。随着基材碳含量增加，渗层变薄。对于中、高碳钢，离子渗金属中，碳原子向表层富集，形成化合物层，当越过渗层中的化合物层时，W、Mo含量锐减，而Co的分布受到的影响较小。     

基于声发射与关键帧选择的LSP表面硬度监测

目的 提高激光冲击强化(Laser Shock Peening,LSP)表面硬度的在线检测能力,探究声发射信号关键帧对LSP表面硬度分类识别性能的影响。方法 在LSP处理期间声发射弹性波(Acoustic Emission,AE)具有与材料内部晶格位错和塑性变形密切相关的动态信息,是激光冲击强化在线监测的一种极具潜力的手段。但其高采样频率导致大量的实时计算,对在线监测技术的工业应用提出了巨大的挑战。为解决这一问题,提出了注意力权重统计方法获取激光冲击强化过程中声发射信号的关键帧。结果 四通道传感器各自的关键帧信号长度相比原始信号的有效长度均大幅度减少,最大可减少83.74%,相比原始数据每一轮测试(350个冲击样本),最大可减少57.37%的测试时间。关键帧信号的模型识别准确率最高可达到97.04%,相比原始数据集提升了2.93%。结论 与原始声发射信号相比,关键帧信号得到了更高的测试准确率,同时有效地减少了数据量。基于关键帧数据集的最高准确率和最短测试时间,评价了4种不同传感器中信号采集的最佳传感器,其结果可作为LSP质量监测领域的参考。     

轴承故障诊断中的声发射检测技术

声发射技术是自20世纪60年代开始,到目前逐步成熟的一种无损检测技术。声发射以其灵敏度高、频响范围宽、信息量大和动态检测等特点,为轴承检测和故障诊断提供了一条新的途径,也是近年来轴承故障诊断研究领域的热点。综述了国内外声发射技术在滚动轴承和滑动轴承检测中的应用。通过分析,总结出轴承声发射检测技术下一步的研究方向,并指出轴承故障的声发射检测是振动检测的有力补充工具,特别是在轴承低转速和故障早期的检测中更能发挥作用。