CrN基复合薄膜研究进展

主要综述了CrN基多元复合薄膜、多层薄膜及多元多层复合薄膜的研究进展,详细叙述了多元复合、多层结构设计及多元多层复合设计对薄膜力学性能、摩擦学性能和耐腐蚀性能的影响,并重点阐述了薄膜的腐蚀机理及其耐磨损机制.指出了多元复合、多层结构设计和多元多层复合设计,均可一定程度上提高CrN薄膜的力学性能、耐磨损性能和耐腐蚀性能.一般而言,多元多层设计可通过非晶/纳米晶微观结构调控、晶粒细化、界面强化、提高致密度、降低内应力等,使复合薄膜呈现出优异的耐腐蚀和耐磨损性能.最后对CrN基复合薄膜的发展及应用前景进行了展望,表明CrN基复合薄膜将继续朝着多元多层复合化、纳米多层化及超晶格等方向发展,其制备技术也更加多元复合化.随着CrN基复合薄膜综合性能的不断提高,其应用领域也将更加广泛.     

TiN/CrN多层薄膜微观结构与力学性能的研究

近些年来,TiN/CrN多层薄膜由于其优良的力学性能被广泛应用于表面防护,提高零部件性能和使用寿命等方面。为了研究TiN/CrN多层薄膜微观结构与力学性能的关系,本文采用磁控溅射技术制备了TiN、CrN单层薄膜和三种不同调制周期的TiN/CrN多层薄膜。通过原子力显微镜和X射线衍射分析了膜的表面形貌和相结构。使用纳米压痕仪测试薄膜的硬度和压入塑性,曲率法测定薄膜的残余应力。结果表明,TiN/CrN的多层薄膜是由TiN和Cr2N两相组成,随着调制周期的增大TiN层与CrN层之间的界面区域变小,界面平滑且明显。力学性能方面,多层薄膜的硬度和压入塑性比单层膜好,并且多层薄膜随调制周期的减小硬度和压入塑性越大,残余应力随周期性的增加而逐渐增大。综上可见,TiN/CrN多层薄膜的力学性能的改善取决于界面区域的大小和形貌,即调制周期,该结论与Hall–Petch理论相吻合。     

TiN/CrN多层薄膜的微观结构与力学性能（英文）

为了研究TiN/CrN多层薄膜微观结构与力学性能的关系,采用磁控溅射技术制备了TiN、CrN单层薄膜和3种不同调制周期的TiN/CrN多层薄膜。通过原子力显微镜和X射线衍射仪分析了膜的表面形貌和相结构。使用纳米压痕仪测试薄膜的硬度和压入塑性,用曲率法测定薄膜的残余应力。结果表明,TiN/CrN的多层薄膜是由TiN和Cr_2N两相组成,随着调制周期的增大,TiN层与CrN层之间的界面区域变小,界面平滑且明显。力学性能方面,多层薄膜的硬度和压入塑性比单层膜好,并且多层薄膜随调制周期的减小,硬度和压入塑性增大,残余应力随周期的增加而逐渐增大。综上可见,TiN/CrN多层薄膜的力学性能的改善取决于界面区域的大小和形貌,即调制周期。该结论与Hall-Petch理论相吻合。     

调制周期对Cr/CrN多层膜结构及性能的影响

采用电弧离子镀技术在6Cr13Mo低碳马氏体不锈钢基材表面沉积不同调制周期的Cr/CrN多层膜。利用扫描电镜、显微硬度仪、划痕仪、压痕仪、摩擦磨损试验机、3D轮廓仪研究Cr/CrN多层膜的结构和性能。结果表明:调制周期的变化对Cr/CrN多层膜硬度影响较小;随着调制周期的减小,Cr/CrN多层膜致密性逐渐提高;不同调制周期下,Cr/CrN多层膜与基体结合力均在100 N以上,其中调制周期为321 nm的Cr/CrN多层膜的韧性及与基体结合性能最优;调制周期为569 nm的Cr/CrN多层膜的磨损率最低。     

钛基材纳米化对TiO2薄膜力学性能影响研究

采用直流磁控溅射法分别在纳米晶体钛(nano-grained Ti,NG Ti)和粗晶粒工业纯钛(coarse-grained commercial pure Ti,CG Ti)表面沉积TiO2薄膜,用扫描电镜、原子力显微镜和X射线衍射仪分析了薄膜的表面形貌和晶体结构,用摩擦试验机、划痕仪和纳米压痕仪测量两种基材表面薄膜的摩擦学性能、膜/基界面结合力、纳米硬度。系统研究了钛基材微结构纳米化对薄膜形核、生长、晶体结构和力学性能的影响规律。结果表明:钛基材微结构纳米化,显著提高薄膜形核率,细化薄膜晶粒;显著促进薄膜由锐钛矿相向金红石相转变;大幅度提高薄膜纳米硬度、界面结合力、摩擦学性能。     

高引燃脉冲新HiPIMS模式对TiN/CrN多层膜结构和性能的影响EI北大核心CSCD

多层TiN/CrN薄膜能显著改善复杂环境下部件的性能和寿命,为获得性能良好的TiN/CrN多膜层,提出一种高引燃脉冲新HiPIMS模式(高功率脉冲磁控溅射技术)的新放电技术,在一到四引燃脉冲个数条件下制备TiN/CrN多层薄膜。结果表明,随着引燃脉冲个数的增加,TiN/CrN薄膜膜基结合力增加,三引燃脉冲条件下结合力达到HF1(压痕法结合力指标,HF1为性能良好)压痕边缘膜层出现碎裂但膜层并未崩裂,在四引燃脉冲条件下膜基结合力也为HF1,且相较三引燃脉冲膜层碎裂也消失,膜基结合力最佳。同时,随着引燃脉冲个数的增加,膜层的粗糙度下降,磨痕变窄,硬度增强,硬度的波动范围减小,薄膜摩擦因数逐渐降低,四引燃脉冲条件下摩擦因数为0.25,膜层厚度呈先增加后减小的趋势,在三引燃脉冲个数条件下达到最大值332.1 nm试验结果表明引燃脉冲能够强化膜层与基体之间的结合力,硬度以及摩擦磨损的性能,细化晶粒。     

65Mn钢基体CrTiAlN微纳米复合膜的制备与抗高温磨损性能研究

采用多弧离子镀在活塞环65Mn钢基体表面制备CrTiAlN微纳米复合膜,研究了CrNx过渡缓冲层与工作负偏压对CrTiAlN微纳米复合膜性能的影响规律,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、划痕仪、纳米硬度仪和发动机台架试验装置,系统分析了薄膜相结构、表面形貌、纳米硬度和抗高温摩擦磨损性能。结果表明:当N2含量为45%时,CrNx薄膜中主要以CrN(220)相为主,此时复合膜结合强度相对较高;复合膜厚度随负偏压增大而减小,纳米硬度随负偏压增大而增大,当偏压为–200V时,CrTiAlN微纳米复合膜的晶粒较为细小。采用优化工艺沉积的CrTiAlN复合膜具有优异的抗高温粘着磨损性能,优于CrN膜和电镀Cr,最后对3种活塞环涂层的抗高温磨损机理进行了分析讨论。     

316L不锈钢表面Ni-Ti合金薄膜的力学特性研究

目的提高316L不锈钢表面的硬度及耐磨性能。方法采用磁控溅射法在316L不锈钢表面制备Ni-Ti合金薄膜,并通过纳米压入法对316L不锈钢表面、Ni-Ti合金薄膜和Ni-Ti合金材料的力学性能进行测试,分析不锈钢基Ni-Ti薄膜的耐磨性能。应用有限元反演分析方法求解基体和薄膜的弹塑性幂本构关系。结果316L不锈钢与Ni-Ti合金抵抗载荷的能力较弱,但316L不锈钢表面Ni-Ti薄膜抵抗外加载荷的能力较强,且抵抗塑性变形的能力得到强化。Ni-Ti薄膜、316L不锈钢基体和Ni-Ti合金的硬度分别为8.2795、5.2405、2.9498 GPa,薄膜的硬度明显大于基体和Ni-Ti合金,说明Ni-Ti薄膜使得316L不锈钢的耐磨性显著提高。薄膜的弹性性能较基体与Ni-Ti合金有明显优势。为研究薄膜的弹塑性性能,建立ABAQUS二维有限元模型,考虑Berkovich压头和试样之间摩擦系数为0.16,通过纳米压入实验和有限元分析的对比,反演分析分别计算得到基体和薄膜的特征应力、特征应变、应变强化因子,继而确定初始屈服应力,得到Ni-Ti合金薄膜和316L不锈钢基体的弹塑性幂本构关系。结论 Ni-Ti薄膜具有良好的力学特性,使316L不锈钢表面的硬度显著提高,因此有效提高了不锈钢的耐磨性能。     

磁控溅射制备Ti-Si-N纳米薄膜的摩擦磨损性能

采用磁控溅射方法在1Cr18Ni9Ti不锈钢基体上沉积Ti-Si-N纳米薄膜。结果发现：随着Si含量增加，薄膜的晶粒尺寸逐渐变小，晶粒尺寸范围在3nm～20nm之间。薄膜的显微硬度相对于TiN有明显增加，最大硬度可达43．5GPa。Si元素的加入亦改善了膜基结合强度。同时发现，Ti-Si-N纳米薄膜的摩擦系数和比磨损率随着Si含量的增加先减小后增加，其高温摩擦系数明显低干常温，但比磨损率却有显著提高。     

有限元法分析不锈钢基体对Ti及Cr薄膜的影响

基于纳米压入的有限元模拟即正向分析,研究304不锈钢(AISI-304SS)基体对Ti及Cr2种金属薄膜的影响。Ti膜相对于AISI-304SS基体为软膜硬基,Cr膜相对于AISI-304SS基体为硬膜软基。为了能反映实际工况,模拟时,基体与膜均采用幂律强化本构模型,弹塑性性能参数已知,压深与膜厚比(hmax/t)介于0.05与0.5之间,步长为0.05。作为对照,对2种薄膜对应的块状材料以及不锈钢基体均作了相应的模拟。模拟发现,基体对薄膜弹性模量的影响相应于对薄膜硬度的影响更为敏感,软膜硬基易于在压痕周围产生径向裂纹,硬膜软基易于在压痕周围产生环向裂纹。     

胫骨生物陶瓷复合材料的微结构增韧机理

扫描电镜观察显示胫骨是一种由羟基磷灰石和胶原蛋白组成的自然生物陶瓷复合材料.羟基磷灰石具有层状的微结构并且平行于骨的表面排列.观察也显示这些羟基磷灰石层又是由许多羟基磷灰石片所组成,这些羟基磷灰石片具有长而薄的形状,也以平行的方式整齐排列.基于在胫骨中观察到的羟基磷灰石片的微结构特征,通过微结构模型分析及实验,研究了羟基磷灰石片平行排列微结构的最大拔出能.结果表明,羟基磷灰石片长而薄的形状以及平行排列方式增加了其最大拔出能,进而提高了骨的断裂韧性.     

面向零件形状的计算机图形库的开发

论述了CAD技术中参数化设计的三种建模方法，重点介绍了基于特征的参数化建模原理。在此基础上，分析机械设计中的机构结构，归纳出其零件的几何特征构成。设计了机构CAD图形库，并提出了该图形库生成步骤和人机交互界面。     

FeCrAIW电弧喷涂层组织的致密化研究

采用激光辐照对FeCrAlW电弧喷涂层的组织进行致密化处理,借助扫描电镜和X衍射对涂层的组织进行了分析.测试了涂层的显微硬度.结果表明:涂层组织致密度提高,孔隙率明显降低.随着激光扫描速度的增加,涂层的显微硬度降低.在较低的扫描速度下,涂层与基体之间形成互熔区,涂层与基体之间产生良好的冶金结合.     

高等教育国际化与中国高等教育施化力培育

本文从化层、化型、化向与化力等方面考察高等教育国际化的应然本质属性 ,描述与分析中国高等教育在国际化潮流中表现出的发展态势 ,针对种种态势提出中国高等教育核心施化力培育战略 ,以使中国高等教育乃至世界高等教育真正地走向国际化     

Comparative analysis of functional possibilities of methods of pulse treatment of a melt

This paper describes the general features of the functional methods of electrohydropulse, pulse electrocurrent, and magnetic pulse treatment processes of the melt in order to positively vary its crystallizaton ability.     

Effect of solidification rate of the structure of alloys of the system Fe-W

Conclusion In alloy Fe-42% W atomized with a cooling rate during solidification within the limits from 5·10³ to 1·10⁵°C/sec with the maximum cooling rate (not less than 10⁵°C/sec) precipitation of -phase (Fe₇W₆) from the liquid melt is suppressed. In granules of alloy obtained with a high solidification rate it is possible to achieve total dissolution of tungsten in solid solution (42%). Subsequent heating causes precipitation of -phase in dispersed form.I. P. Bardin Central Scientific-Research Institute of Ferrous Metallurgy (TsNIIChERMET) Moscow. Translated from Metallovedenie i Termicheskaya Obrabotka Metallov, No. 9, pp. 34–36, September, 1990.