刀具表面超晶格TiN/AlN纳米多层膜的制备和研究

采用脉冲多弧离子镀技术制备TiN/AlN纳米多层膜,随着调制周期的减小,稳定态六方AlN相逐渐转变成亚稳态立方AlN相,形成以TiN/AlN超晶格结构为主的超硬薄膜。与标准图谱的对比可知,TiN/AlN超晶格是AlN在模板立方TiN材料的影响下,在TiN层上以亚稳态相立方结构外延生长所形成。试验表明TiN/AlN薄膜具有良好的耐腐蚀性能以及使用寿命。     

AlN/w-BN纳米多层膜的制备及其显微结构

用射频磁控溅射法在硅基片上制备了AIN、BN单层膜及AIN/BN纳米多层膜,采用X射线衍射仪、傅立叶变换红外光谱仪、小角度X射线反射仪、高分辨率透射电子显微镜和原子力显微镜等对其进行了表征.结果表明:AIN/BN多层膜具有(103)择优取向,并且当AIN层厚固定时,随着BN层厚的增加,(103)择优取向得到强化;AIN单层膜及AIN/BN纳米多层膜均呈岛状生长,多层膜界面粗糙度及表面粗糙度均随着BN层厚的增加而减小;多层膜中BN的结构与BN的层厚有关,当AIN层厚保持在4.0 nm且BN层厚为0.32～0.55 nm时,可获得晶态w-BN,当BN层厚增至0.74 nm时,BN呈非晶态.     

TiAlN／SiO2纳米多层刀具涂层的微观结构和超硬效应研究

通过磁控溅射方法制取了一系列不同SiO2厚度的TiAlN／SiO2纳米多层涂层,并用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、高分辨透射电镜（HRTEM）和纳米压痕仪分别对该涂层的微观结构和力学性能进行了表征和测量。研究表明：当非晶态的SiO2厚度约小于1nm时,SiO2在TiAlN模板作用下转变为晶体结构,并与TiAlN呈共格外延生长,出现超硬效应;当SiO2厚度为0．6nm时,其硬度和弹性模量分别高达37GPa和393GPa;当SiO2厚度超过lnm时,SiO2逐渐转变为非晶结构并且破坏了多层涂层的共格外延生长,硬度随之降低。因此,可以利用该方法制备出机械性能好且耐高温氧化性的刀具涂层,以满足现代切削的需要。     

电沉积铜／镍纳米多层膜及巨磁阻效应

以（110）高择优的Cu片为基体,在硫酸盐溶液中采用常规脉冲法制备了不同调制波长的Cu／Ni纳米多层膜。利用扫描电镜（SEM）分别对多层膜的断面及表面进行表征。结果表明,Cu／Ni纳米多层膜子层厚度均匀连续,且表面与调制波长有紧密联系。利用传统的四探针法对多层膜巨磁阻（GMR）进行测试。结果表明,在一定调制波长范围内GMR值随调制波长增大而减小。分别对铜和镍子层厚度及周期数进行优化,制备出GMR值高达34．4％的Cu／Ni多层膜。     

TiAlN/AlON纳米多层涂层的微观结构和力学性能研究

通过磁控溅射制取一系列不同AlON厚度的TiAlN/AlON纳米多层涂层,并用X射线衍射、扫描电镜、高分辨透射电镜和纳米压痕仪分别对微观结构和力学性能进行表征和测量。研究表明:非晶态的AlON在厚度约小于1 nm时,在TiAlN模板作用下转变为晶体结构,并与TiAlN呈共格外延生长,出现超硬效应,当AlON厚度为0.7 nm时,硬度和弹性模量分别最高可达38.1 GPa和385.6 GPa。当AlON厚度超过1 nm时,逐渐转变为非晶结构并且破坏了多层涂层的共格外延生长,硬度随之降低。因此利用这种机制可以制备出力学性能好、耐高温氧化性的刀具涂层,满足现代切削的需要。     

磁控溅射沉积TiB_2/DLC纳米多层膜的结构及其机械性能研究

采用非平衡磁控溅射系统在P(100)硅片和304不锈钢基底上制备TiB_2/DLC纳米多层膜。利用FESEM、TEM、XRD和AFM观察多层膜的微观结构和表面形貌;利用纳米压痕仪、维氏硬度计和CSM球-盘摩擦磨损试验机考察TiB_2靶电流对多层膜的机械性能和摩擦学性能的影响。结果表明:TiB_2/DLC多层膜具有良好的多层调制结构,多层膜沿TiB_2(101)晶向择优生长;多层膜的表面粗糙度随着TiB_2靶电流增加而增加;多层膜中的大量异质界面能显著提高薄膜的硬度及韧性,而且当TiB_2靶电流为2.0 A时,多层膜的硬度约为单层DLC薄膜的两倍;多层膜中具有硬质TiB_2层和软质DLC层的交替结构,在摩擦过程中,硬层TiB_2起到良好的承载作用,软层DLC起到良好的润滑作用,使多层膜具有比单层DLC薄膜更低的摩擦因数。     

刀具表面超晶格TiN／AIN纳米多层膜的制备和研究

采用脉冲多弧离子镀技术制备TiN／AIN纳米多层膜，随着调制周期的减小，稳定态六方AIN相逐渐转变成亚稳态立方AIN相，形成以TiN／AIN超晶格结构为主的超硬薄膜。与标准图谱的对比可知，TiN／AIN超晶格是AIN在模板立方TiN材料的影响下，在TiN层上以亚稳态相立方结构外延生长所形成。试验表明TiN／AIN薄膜具有良好的耐腐蚀性能以及使用寿命。     

自支撑Cu/Zr纳米多层膜的制备研究

自支撑纳米多层膜可用作轻型反射镜面材料,自支撑薄膜的制备技术是目前应用中存在的主要问题之一。利用磁控溅射方法在抛光石英玻璃基片上复制了直径70mm厚约100μm自支撑Cu/Zr纳米多层膜,使用显微硬度计、表面轮廓仪分析了自支撑薄膜的力学性能和表面粗糙度。研究结果表明:自支撑Cu/Zr纳米多层膜面密度0.5kg/m2,显微硬度5.7GPa,屈服强度1562MPa,复制面表面粗糙度1.33~1.93nm。复制的自支撑薄膜具有优异的力学及表面性能。     

TiO2/Ag/TiO2纳米多层膜的研究

设计和制备了用于平面显示器透明电极的纳米多层薄膜TiO2/Ag/TiO2,它的明视透光率Tlum约为89.3%,在2 500nm波长处的反射率R2 500>95%,方块电阻为3.0Ω/cm2,在550nm波长处的电气性能评价指标FTC=137×10-3Ω-1.发现顶层介质折射率的变化将会引起膜系透射峰的水平移动,而底层介质折射率的变化将仅仅影响膜系透射峰的高低.     

TiAlN膜层的研究进展

介绍了TiAlN基多层膜的发展及其它元素对薄膜性能的影响。其中薄膜多层化及添加其它元素都是获得具有优良的结合强度、硬度、耐磨性和高温抗氧化性能薄膜的重要手段 ,是今后TiAlN膜的重要发展方向     

Tribology and oxidation behavior of TiN/AlN nano-multilayer films

In this study, a series of TiN/AlN nano-multilayer films were prepared using a new sputtering setup, which features a medium frequency (MF) twin unbalanced magnetron sputtering system (UBMS) and a DC balanced magnetron sputtering system (BMS). The MF (6.78 MHz) twin UBMS, which is a modification of single RF power source system, is a special design of this deposition machine. The UBMS was employed to deposit the AlN film, and the BMS the TiN film. The aim of this study was to obtain, through controlling the deposition conditions, a group of TiN/AlN nano-multilayer films with various periods (λ). Then a series of experiments were conducted to understand their wear and oxidation properties.The results revealed that through controlling of the deposition parameters, the TiN/AlN nano-multilayer films with λ ranging from 2.4 to 67.6 nm were obtained. At λ3.6 nm, the nano-multilayers had extremely high hardness and excellent adhesion. The oxidation tests found that the multilayers had obviously better anti-oxidation property, as compared with the single-layer TiN film. The high hardness and good oxidation resistance contributed to very good wear performance of the TiN/AlN nano-multilayer films.     

TEM-EELS study of low-friction superlattice TiAlN/VN coating: the wear mechanisms

A 20–50 nm thick tribofilm was generated on the worn surface of a multilayer coating TiAlN/VN after dry sliding test against an alumina counterpart. The tribofilm was characterized by applying analytical transmission electron microscopy techniques with emphasis on detailed electron energy loss spectrometry and energy loss near edge structure analysis. Pronounced oxygen in the tribofilm indicated a predominant tribo-oxidation wear. Structural changes in the inner-shell ionization edges of N, Ti and V suggested decomposition of nitride fragments.     

惯性效应对延性金属材料中孔洞长大行为的影响及敏感性分析

从能量守恒原理出发,得到考虑惯性效应的微孔洞增长方程,并以Gurson模型为基础,通过ABAQUS软件用户子程序VUMAT将微孔洞增长方程引入Gurson模型中,分析考虑惯性效应后的孔洞长大行为.结果表明,惯性效应抑制孔洞的长大,且随着加载速率的提高,这种抑制作用更加明最；惯性效应对材料的初始损伤和孔洞的分布密度十分敏...     

反应等离子喷涂TiN/AlN涂层的性能研究

TiN涂层可以通过传统的物理或者化学气相沉积（PVD及CVD）工艺制备,但其缺点是沉积速率低,涂层厚度过薄;这些都严重地限制了TiN涂层材料在磨、蚀服役条件下的应用.本文利用反应等离子喷涂的方法制备了TiN/AlN涂层并研究分析了涂层的组织及摩擦磨损性能.结果表明：TiN/AlN涂层韧性比TiN涂层有所提高;TiN/AlN涂层不仅有较低的摩擦系数,且在高载下的磨损性能比TiN涂层有较大的提高.     

金属/陶瓷复合材料的原位合成及其结构研究

以铝镁合金、高纯石英棒为原料，采用原位合成法在1473K氮气氛下保温2h制备了Al（Si）／AlN／MgAl2O4复合材料。采用XRD、SEM和EDX等方法分析了所得材料的相组成与显微结构。结果表明：复合材料的物相为MgAl2O4、Al-Si、AlN、Mg2Si和Si；在铝与SiO2界面上形成的Al2O3与基体合金中的镁反应生成块状的MgAl2O4尖晶石晶体，在复合材料内部发现均匀分布的AlN晶须，部分氧、铝、镁、铁形成化合物与硅一起均匀弥散分布于复合材料中。     

惯性效应对延性金属中微孔洞动态演化过程的影响及破坏分析

利用Abaqus提供的用户材料本构接口,将Gurson模型用UMAT(user defined material subroutine)和VUMAT(vectorized user defined material subroutine)分别实现。其中UMAT适用于Abaqus中的Standard计算模块,忽略惯性效应,而VUMAT适用于Abaqus中的Explicit计算模块,包含惯性效应。通过对二者的计算结果进行对比分析,考察惯性效应对孔洞长大的作用与影响。结果表明:(1)惯性效应对加载速率非常敏感,随着加载速率的提高,惯性效应先是抑制,继而促进孔洞的长大。(2)存在一个临界应变率,在临界应变率时,惯性效应不抑制也不促进孔洞的长大,对LY12CZ铝合金,临界应变率大约在1 740 s-1。(3)从惯性效应的角度,不但可以解释高应变率下断裂应变随应变率的增加而增大的现象,而且也能解释超高应变率条件下铝合金表现出的脆性特征。     

蠕虫状石墨的结晶生长和液态通道

液淬试验和扫描电镜观察证实了蠕虫状石墨是由凝固早期的石墨小球畸变而来的。在Fe－C－Si合金中加入磷元素后发现蠕虫状石墨在生长过程中其端部确实存在液态通道,Ni－C－P合金的试验结果也证实了这一结果。分析表明这些液态通道的存在对蠕虫状石墨的生长有较大的影响。作者还用微分热分析仪对铸铁结晶生长过程进行了一些研究。根据试验和分析结果作者提出了蠕虫状石墨的生长模型。     

车轮型面对轮轨滚动接触行为影响及选用

分析两种轨底坡情况下锥形踏面与磨耗型踏面车轮的滚动接触行为,结合钢轨损伤行为提出车轮型面的选用要求.结果表明,轨底坡从1∶40变为1∶20时,磨耗型和锥形踏面的滚动接触几何参数将发生很大的变化;轨底坡为1∶20时,磨耗型踏面的最大切应力和等效应力明显小于锥形踏面.磨耗型车轮踏面能减轻重载钢轨侧磨且等效锥度大于锥形踏面车轮;由于重载与高速铁路钢轨损伤形式的不同,建议优化设计高速铁路车轮踏面形状,以减轻高速钢轨疲劳损伤的发生.