Cu/X(X=Cr,Nb)纳米多层膜力/电学性能的尺度依赖性

利用纳米压痕实验以及四探针法,系统研究了相同层厚Cu/X(X=Cr,Nb)纳米金属多层膜的力学性能(强/硬度)和电学性能(电阻率)的尺度依赖性.微观分析表明:Cu/X多层膜调制结构清晰,Cu层沿{111}面择优生长,X层沿{110}面择优生长.纳米压入结果表明,Cu/X多层膜的强度依赖于调制周期,并随调制周期的减小而增加.多层膜变形机制在临界调制周期(λ~c≈25 nm)由Cu层内单根位错滑移转变为位错切割界面.多层膜的电阻率不仅与表面/界面以及晶界散射相关,而且在小尺度下受界面条件显著影响.通过修正的FS-MS模型可以量化界面效应对多层膜电阻率的影响.Cu/X纳米多层膜可以通过调控微观结构实现强度-电导率的合理匹配.     

Ni/Al纳米多层膜的界面扩散与电阻率

采用FS-MS模型研究了Ni/Al纳米多层膜的薄膜电阻率ρ及镜面反射系数P随周期数n、Ni/Al调制比R和调制波长L的演变规律,从而表征了多层膜界面扩散行为的尺度依赖性.结果表明t随着n减小,ρ基本恒定,多层膜界面扩散行为对调制周期数不敏感;而随着薄膜特征尺度R和L的减小,出现ρ异常增加和P明显减小的变化过程. P对薄膜特征尺度的依赖关系反映了多层膜界面扩散行为的尺寸效应,即多层膜界面非对称的互扩散行为只在低调制比与低调制波长尺度下加剧,此时界面互促效应凸现;在高于临界调制波长和调制比的情况下,互促效应弱化,薄膜界面扩散行为不明显.     

Cu/Nb纳米多层膜延性及其断裂行为

通过单轴拉伸试验研究恒定调制周期的聚酰亚胺基体Cu/Nb纳米金属多层膜的延性对调制比的依赖性,并采用聚焦离子束／扫描电子显微镜(FIB/SEM)截面定量表征技术深入分析多层膜的异质约束效应对断裂行为的影响.结果表明随着调制比的增加,多层膜的延性单调减小,出现由剪切型向张开型断裂模式的转变.当调制比小于某一临界值时,调制周期越小,多层膜延性越高;反之,则多层膜延性越差.这是由于软相Cu层对脆相Nb层中萌生的微裂纹扩展的约束作用.     

Cu-Cr纳米金属多层膜屈服强度/硬度的尺寸依赖性

采用磁控溅射方法分别在聚酰亚胺基体以及单晶硅基体上制备恒定调制比(η)以及恒定调制周期(λ)的Cu-Cr纳米金属多层膜;通过单轴拉伸试验以及纳米压痕试验系统研究Cu-Cr多层膜屈服强度及硬度的尺度依赖性。微观分析结果表明:基体对多层膜的微观结构无影响,Cu-Cr多层膜在生长方向上均呈现Kurdjumov-Sachs取向关系,即{111}Cu//{110}Cr和-110-Cu//-111-Cr。力学测试结果表明:调制比恒定的Cu-Cr多层膜的屈服强度及硬度随调制周期的缩短而增加;调制周期恒定的Cu-Cr多层膜的屈服强度/硬度随调制比的增加而增加。Cu-Cr多层膜变形机制在临界调制周期(λc≈25 nm)和临界调制比(ηc≈1)由Cu层内单根位错滑移转变为负载效应。     

调制周期对Cr/CrN纳米多层膜的结构与性能的影响

采用多弧离子镀技术在65Mn钢表面制备了不同调制周期的Cr/CrN纳米多层膜.采用俄歇能谱仪(AES)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、纳米硬度仪、轮廓仪和划痕仪,分析了不同调制周期Cr/CrN纳米多层膜的成分分布、微观结构、力学性能、残余应力和结合强度.结果表明,Cr/CrN纳米多层膜的表面平整致密,截面层状调制结构清晰,其调制结构为Cr层-过渡层-CrN层的"三明治"结构,调制比约为1∶ 1.多层膜由CrN、Cr2N和Cr相组成,在CrN(200)方向上出现择优取向.当调制周期为80 nm时,多层膜的硬度值相对较高.随调制周期的增大,Cr/CrN多层膜的残余应力值减小,结合强度值先增大后减小.当调制周期为120 nm时,涂层的划痕临界载荷值相对较高,为69 N.     

双槽电沉积法制备Cu/Ag纳米多层膜

双槽电沉积法制备了不同调制波长的Cu/Ag金属多层膜(Cu膜和Ag膜等厚),用扫描电子显微镜观察了多层膜的层状结构,并研究了不同调制波长下多层膜的显微硬度变化.结果表明:双槽电沉积法制备的Cu/Ag多层膜层状结构明显.当调制波长大于100 nm时,显微硬度随调制波长减小而增加;当小于100 nm时,硬度随调制波长减小而...     

TC4钛合金表面沉积CrSiN/SiN纳米多层膜在3.5%NaCl溶液中的腐蚀磨损性能

为了研究纳米多层膜的耐腐蚀性能以及腐蚀磨损机理,采用离子源辅助磁控溅射在TC4钛合金表面制备不同调制周期的CrSiN/SiN纳米多层膜。使用扫描电子显微电镜、能谱仪表征涂层的微观结构、腐蚀形貌以及元素分布;使用划痕仪、纳米压痕仪、维氏硬度计测量涂层的膜基结合力、硬度、弹性模量及断裂韧性,采用电化学工作站以及销盘磨损仪测量涂层耐腐蚀性和腐蚀磨损性。结果表明:调制周期为90 nm与360 nm时涂层耐腐蚀性能较好,腐蚀电流密度分别为1.31×10~(-8)A·cm~(-2)和1.20×10~(-8)A·cm~(-2)。此外,调制周期为45nm时,涂层硬度及弹性模量最大,分别为(22.5±0.6)GPa和(226.4±6.3)GPa,且腐蚀磨损率最低,为9.67×10~(-7)mm~3·N~(-1)·m~(-1)。多层膜结构显著改善了TC4钛合金的耐腐蚀及腐蚀磨损性能。     

调制周期对CrAlN/ZrN纳米多层膜韧性的影响

目的研究调制周期对纳米多层膜性能的影响。方法采用磁控溅射方法制备了CrAlN与ZrN的固定厚度比为2.6,不同调制周期(Λ为6,8,10,20 nm)的CrAlN/ZrN纳米多层膜。利用场发射扫描电镜(FESEM)表征薄膜的形貌、结构。用Dektak150型台阶仪测薄膜表面粗糙度。用Agilent Technologies G200纳米压痕仪检测涂层的硬度和弹性模量。用划痕仪测薄膜/基材的结合力,同时,引入抗裂纹扩展系数(CPR)表征纳米多层膜的韧性。结果 CrAlN/ZrN纳米多层膜断面皆为穿晶柱状结构,调制周期为20 nm时,多层膜层与层之间的界面清晰;多层膜表面呈致密的花椰菜状,厚度均约为2μm。调制周期为8 nm时,硬度为20.4 GPa,进一步增大调制周期,硬度下降。调制周期为8 nm的多层膜临界载荷L_(c2)为18 N,CPR值为73.2,L_(c2)与CPR值均高于其他调制周期的多层膜。在临界载荷L_(c2)处,裂纹扩展导致薄膜发生了严重的片状剥落,露出了亮白的热轧钢基底,薄膜失去了保护作用。结论实验表明,在多层膜厚度、调制比不变的条件下,改变调制周期能够改变多层膜的韧性。随着调制周期的增大,韧性呈先上升、后下降的趋势。调制周期为8 nm时,纳米多层膜的硬度最高,韧性最好,综合性能良好。     

调制比对Cr/CrN/Cr/CrAlN多层膜结构及性能的影响

目的 探究Cr/CrN/Cr/CrAlN多层膜的最佳调制比.方法 利用电弧离子镀技术,在TC4钛合金上制备了不同调制比的Cr/CrN/Cr/CrAlN多层膜.利用扫描电子显微镜观察膜层表面和截面形貌;用Image-Pro分析软件对表面的大颗粒进行定量分析;利用X射线衍射法表征膜层的晶体结构;采用维氏硬度计测量膜层的显微硬度;采用划痕试验仪测量膜层与基体之间的结合力(临界载荷);通过基片弯曲法测量并计算得到膜层的残余应力;利用根据ASTM G76-05标准特制的AS600-喷砂试验机进行了抗冲蚀性能测试;采用三维表面轮廓仪测量冲蚀坑深度.结果 膜层表面质量和生长取向与LCr/CrN:LCr/CrAlN调制比密切相关,随着Cr/CrN比例的增加,膜层表面质量越来越好,择优取向由(111)晶面转为(200)晶面.多层膜的硬度随Cr/CrN比例的增加,呈下降趋势,结合力、残余应力和韧性则随之呈先升后降的趋势,并在LCr/CrN:LCr/CrAlN为1:2时,达到最佳.多层膜的抗砂粒冲蚀性能变化与力学性能变化一致,在LCr/CrN:LCr/CrAlN为1:2时达到最佳,其抗冲蚀能力是TC4基材的3倍以上,多层膜呈典型的脆性断裂失效形式.结论 在调制比LCr/CrN:LCr/CrAlN=1:2时,膜层获得最佳的抗冲蚀性能.     

不同退火温度下Cu/Ni纳米多层膜的结构与力学性能稳定性

为研究不同退火温度下Cu/Ni纳米多层膜的结构与力学性能稳定性,采用电子束蒸发镀膜技术在Si(100)基片上沉积不同周期(Λ为4,12,20 nm)的Cu/Ni多层膜,在真空条件下对试样进行温度为200℃和400℃,时间为4 h的退火处理,分析了沉积态(未退火态)与退火态Cu/Ni多层膜纳米压痕硬度、弹性模量与微结构的演变,讨论了不同调制周期Cu/Ni多层膜的热稳定性。结果表明:200℃下4 h退火后,Λ为4,12和20 nm的Cu/Ni多层膜均保持了硬度与弹性模量的热稳定性。而在400℃下4 h退火后,Λ为12 nm的Cu/Ni多层膜出现了硬度和弹性模量的软化现象,硬度由6.21 GPa降低至5.83 GPa,弹性模量由190 GPa降低至182 GPa。这是由于共格界面被破坏,界面共格应力对Cu/Ni多层膜力学性能贡献作用削弱导致的。     

Cu/WCu/Cu复合薄板的组织和性能研究

为减少传统工艺制备的钨/铜薄板在压力加工过程中产生过多缺陷,提高板材的力学和电学性能,设计了一种新型的具有Cu/WCu/Cu三明治结构的超薄板,对比分析了两种结构板材在轧制过程中组织和性能的变化。结果表明:与传统结构试样相比,三明治结构试样表面覆铜层能够完成对基体表层钨颗粒的包覆和孔隙的填充,进而实现表面改性;三明治结构试样在轧制过程中产生缺陷相对较少,加工硬化不明显,抗拉强度和导电性能也优于传统试样。     

磁控溅射沉积Al/AlN纳米多层膜的摩擦学性能

纳米多层膜因具有优异的力学性能与抗摩擦磨损性能使其在摩擦学领域具有重要的应用价值。采用磁控溅射沉积法制备了Al、AlN单层薄膜与Al/AlN纳米多层膜,探讨了纳米多层化对薄膜的力学性能和摩擦学性能的影响。采用纳米压痕仪和摩擦磨损试验机测量评价薄膜的纳米硬度和摩擦学性能。结果表明:Al/AlN纳米多层膜具有良好的周期调制结构,多层膜中的大量界面能显著提高薄膜的力学性能与摩擦学性能。多层膜的硬度为8.8GPa,高于采用混合法则计算出的硬度值6.6GPa;多层膜具有软质Al层和硬质AlN层的交替结构,在摩擦过程中,硬质AlN层可以起到良好的承载作用,软质层可以起到良好的减摩作用。相对于Al单层薄膜或AlN单层薄膜,Al/AlN纳米多层膜具有较低的摩擦因数(0.15)和优异的抗磨损性能。     

纤维结构W/Cu触头材料电弧烧蚀性能的研究

研究了W／Cu系列触头材料的电弧烧蚀性能。在相同条件下，对粉末冶金W／Cu触头材料及纤维结构的W／Cu触头材料电弧烧蚀性能以及不同直径纤维结构的W／Cu触头材料电弧烧蚀性能进行了对比。研究发现细纤维结构的W／Cu触头材料抗电弧烧蚀性能最好。     

Cu/Nb纳米金属多层膜延性及断裂行为的尺寸效应

通过单轴拉伸实验并结合原位电阻测量法系统研究了恒定调制比下调制波长(λ=10-250 nm)对聚酰亚胺基体上Cu/Nb纳米金属多层膜延性和断裂韧性的影响.微观分析表明,Cu/Nb的调制结构清晰,不存在明显的互混现象.实验结果表明,随着调制波长的减小,多层膜的延性和断裂韧性均呈现非单调演变趋势,在调制波长为50 nm左右...     

离子束溅射制备Co／Pt多层膜的磁性研究

室温下采用ＶＳＭ测定了离子束溅射（ＩＢＳＤ）技术制备的Ｃｏ／Ｐｔ多层膜垂直方向的Ｍ－Ｈ回线。研究结果表明：Ｃｏ／Ｐｔ多层膜中单位体积Ｃｏ的饱和磁化强度ＭｓＣｏ小于块状Ｃｏ的饱和磁化强度;Ｃｏ／Ｐｔ多层膜的饱和磁化强度（Ｍｓ）与厚度有关：随Ｃｏ层厚度ｔＰｔ和多层膜总厚度ｔｆ的增加而增大,随Ｐｔ层厚度ｔｐｔ的增加而减小;外推结果表明当ｔＣｏ小于一个原子层厚（≈０２５ｎｍ）时,室温下Ｃｏ／Ｐｔ多层膜的饱和磁化强度为零,呈顺磁性     

离子束溅射制备Co／Pt多层膜的结构

采用高角Ｘ射线衍射（ＨＸＲＤ）和ＴＥＭ研究用离子束溅射（ＩＢＳＤ）技术制备的Ｃｏ／Ｐｔ多层膜的晶体结构和显微组织形貌,结果表明：Ｃｏ／Ｐｔ多层膜的晶体结构与Ｃｏ、Ｐｔ层厚度ｔＣｏ、ｔＰｔ密切相关。当ｔＣｏ＜ｔＰｔ＜２１０时,Ｃｏ、Ｐｔ层为共格ｆｃｃ结构,随ｔＣｏ、ｔＰｔ增加,逐渐向非共格关系转变,同时,Ｐｔ、Ｃｏ层晶格发生了严重畸变。ＴＥＭ发现Ｃｏ／Ｐｔ多层膜的组织形貌明显受基底影响,与沉积在Ｓｉ基底表面上的Ｃｏ／Ｐｔ多层膜相比,沉积在ＮａＣｌ上的Ｃｏ／Ｐｔ多层膜的晶粒出现择优取向且呈条纹状分布,晶粒明显粗化