电弧离子镀CrN_x薄膜的组织结构与性能研究

采用电弧离子镀技术在高速钢(HSS)基体上制备CrN_x薄膜,考察氮气气压对CrN_x薄膜的表面形貌、结构、显微硬度及摩擦系数的影响。用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、摩擦磨损试验机等分别测试分析薄膜的表面形貌、薄膜的结构、显微硬度以及摩擦系数。结果表明,氮气气压较低时(0.1Pa),薄膜以Cr相为主;随着氮气气压的升高(0.5~4.0Pa),薄膜中出现了Cr_2N和Cr的混合相,薄膜以Cr_2N相为主;随着氮气气压的升高,薄膜的显微硬度在氮气气压为0.5Pa和4.0Pa时出现极值,CrN_x薄膜的最大摩擦系数和平均摩擦系数都有所减少。     

Si含量对CrAlSiN薄膜抗氧化性能的影响

采用磁控溅射方法在高速钢上制备CrAlSiN薄膜,通过控制Si靶的功率来改变薄膜中Si元素含量;然后将样品在800℃和1000℃下,分别进行高温热处理1h。当Si含量为11.2at%时,CrAlSiN薄膜硬度值较高,随着Si靶功率和Si含量升高,薄膜硬度开始下降,高比例的非晶氮化硅相是薄膜硬度降低的原因。CrAlSiN薄膜在800℃大气热处理下,薄膜保持面心立方结构,当热处理温度升到1000℃时,出现了Cr、Al、Fe的氧化峰,表明薄膜面心立方结构发生改变,氧化现象加重,抗氧化效果显著降低。     

含过渡层TiAlN和CrAlN硬质膜的制备及其抗氧化性能研究

采用磁控溅射技术制备TiAlN、CrAlN及含Ti、Cr过渡层的TiAlN、CrAlN四种薄膜,并对其进行850℃大气热处理实验,通过激光共聚焦显微镜、纳米压痕仪对热处理后的试样进行测试。表征结果显示:热处理后的TiAlN薄膜及含有Ti过渡层的TiAlN薄膜硬度及弹性模量都大幅降低,前者比后者的表面粗糙度小、抗氧化性能更优;热处理后CrAlN薄膜的硬度和弹性模量大幅下降,而含Cr过渡层的CrAlN薄膜热处理后的硬度、模量相对较高,表面粗糙度也相对较小。     

溶胶凝胶法制备纳米TiO2薄膜及其性能的研究

目的 制备纳米TiO2薄膜并研究涂膜层数与催化性能的关系.方法 采用溶胶凝胶法并利用提拉技术制备纳米TiO2薄膜.应用朗伯-比尔定律分析其光催化活性,利用金相显微镜观察单层和多层薄膜的表面形貌,用红外光谱和XRD分析所制备薄膜材料的结构,利用甲基橙溶液研究该薄膜的光催化性能.结果 溶胶凝胶法在500℃的热处理温度制备了结晶良好的锐钛矿相结构的纳米TiO2薄膜材料,晶粒尺寸为40～80 nm;控制提拉速度和加入乙酰丙酮,能使薄膜的缺陷减少;涂膜层数为5层时光催化性能比1层到4层时好,这是由于5层时薄膜表面更均匀、更致密,但是层数增加也使薄膜的内应力增加,致使表面产生裂纹.结论 涂膜层数增加均使TiO2光催化性能得到提高,镀膜层数较少时,膜层较好,5层镀膜时膜层产生了裂纹.     

溅射Al涂层对Ni基合金热腐蚀性能的影响

采用磁控溅射方法在镍基合金表面制备Al涂层并对部分试样进行真空扩散,研究其在900℃空气中涂敷25%NaCl+75%Na_2SO_4(质量分数)盐时的热腐蚀行为.采用SEM/EDX及XRD进行分析,结果表明:无涂层镍基合金形成了疏松、不完整的Cr_2O_3和NiO的混合氧化物,且发生了内硫化;具有Al涂层的镍基合金形成了完整的Al_2O_3和Cr_2O_3的混合氧化膜,并且氧化膜较薄,在一定程度上提高了合金的耐腐蚀性能;扩散退火后形成FeAl相,使涂层与基体具有更好的结合强度,腐蚀24 h后Al_2O_3膜保持完整,具有继续保护作用.     

SnO2/Cr2O3聚酰亚胺复合薄膜的制备和光催化性能研究

采用离子交换方法制备掺杂SnO_2/Cr_2O_3的聚酰亚胺复合薄膜,利用XRF,XRD,SEM和TG等测试方法对其进行表征和分析,并以亚甲基蓝为目标降解物考察其光催化活性,研究了Sn、Cr掺杂量以及热处理温度、时间对薄膜光催化性能的影响.结果表明,Sn~(2+)和Cr~(3+)的物质的量比为1:9、总离子浓度为0.1 mol/L、热处理温度为480℃,保温4 h时制得的复合薄膜对亚甲基蓝光催化降解效率最高为95%.     

PLD方法制备α—DLC薄膜硬度与应力研究

用脉冲激光沉积(PLD)方法,在单晶Si(100)面上制备超硬非晶类金刚石薄膜(α-DLC),研究了α-DLC的表面形貌、结构、应力、硬度及杨氏模量.原子力显微镜(AFM)和扫描电镜(SEM)图像显示,薄膜表面平整、致密且光滑(最大均方根粗糙度仅为0.877nm).小角衍射(XRD)分析表明薄膜中的结构为非晶态并且有巨大的残余应力,计算表明,最大残余应力可达34.9GPa,并且与激光重复频率和能量密度成正比,一定温度的原位退火可以有效降低薄膜的残余应力;纳米压痕测试表明薄膜硬度>20GPa,弹性模量>200GPa.     

稀土对激光熔覆Co基合金组织及性能的影响

为了提高热镀锌生产线关键部件的使用寿命,采用激光熔覆技术在316L不锈钢表面制备了具有不同稀土氧化物含量的Co基熔覆层.利用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪和显微硬度计研究了稀土氧化物对Co基合金熔覆层显微组织、相结构、显微硬度的影响.结果表明,稀土氧化物使得Co基合金熔覆层的组织更为细化,且硬度更高.添加质量分数为0.5%的CeO_2后,Co基合金熔覆层的显微硬度高达900 HV.Co基稀土合金熔覆层主要由γ-Co、Cr_7C_3及相应稀土氧化物组成.稀土氧化物的加入有效延缓了由锌液沿微裂纹扩展引起的溶解腐蚀.添加质量分数为0.5%的CeO_2后,Co基合金熔覆层的腐蚀深度约为12μm,锌蚀过渡层平直且完整,耐锌蚀性优异.     

直流反应磁控溅射氧化物光学薄膜及其性能研究

本文报道了应用直流反应磁控溅射技术淀积透明的TiO 2、Ta_2O_5、ZnO、Al_2O_3等氧化物光学薄膜。研究了这些氧化物薄膜的光学和机械等性能;讨论了反应溅射的SiO_x薄膜其光学吸收的反应动力学原因;摸索了TiO_2薄膜的性能与溅射镀膜条件的关系;研究了TiO_2薄膜的晶相结构;观察了TiO_2和ZnO薄膜的表面微观形貌。     

Al涂层对Ni基合金高温氧化性能的影响

为了研究Al涂层对Ni基合金高温氧化性能及氧化机理的影响,采用磁控溅射方法在Ni基合金表面制备了Al涂层,在600℃下对涂层进行了真空扩散退火和预氧化处理,并研究了涂层在1 100℃下的高温氧化性能.利用扫描电子显微镜和能谱仪分析了氧化膜的截面形貌及组成.结果表明,Ni基合金氧化动力学曲线近似服从抛物线规律,且合金的氧化增重最大.经过1 100℃高温氧化后,Ni基合金表面形成三层氧化膜,外层为Ni O、Cr_2O_3、Al_2O_3的混合氧化物和少量尖晶石氧化物,中间层主要为Ni的氧化物,内层为Al_2O_3.Al涂层试样的氧化增重相对较小,表明Al涂层在一定程度上提高了Ni基合金的抗氧化性能.     

AZ31镁合金表面磁控溅射TiO2薄膜的表面特性的研究

利用射频磁控溅射工艺在AZ31镁合金表面溅射了TiO₂薄膜,并对薄膜的特性进行了研究。扫描电镜观察显示制备态的TiO₂薄膜结构致密,表面无缺陷。对薄膜经过200℃保温30分钟、常温冷却或者85℃保持一小时后放到常温保持15分钟,连续实施4次该操作的两种热处理工艺后,观察到薄膜表面致密结构没有发生变化,表面也没有缺陷生成。这表明了薄膜具有热稳定性。薄膜表面硬度特性研究表明薄膜表面的显微硬度为1.51 GPa。最后,研究了表面镀有TiO₂薄膜的AZ31镁合金在模拟人体体液环境下的腐蚀（降解）特性。结果表明,在7天腐蚀过程中,AZ31镁合金基底没有被腐蚀,因此TiO₂薄膜对AZ31镁合金基底具有很好的保护作用。     

CaO——Al_2O_3——SiO_2系统中复合晶核剂(CaF_2+Cr_2O_3)的作用研究

本文采用DTA、STEM、ESR、XRD、IR等测试方法,研究了复合晶核剂(CaF_2+Cr_2O_3)对CaO——Al_2O_3——SiO_2系统玻璃的分相析晶行为和显微结构形貌的影响。结果表明,当CaF_2含量不大于5％时或Cr_2O_3含量小于3％时,二者单独引入基玻璃只能产生表面析晶;Cr_2O_3和CaF_2组成复合晶核剂共同引入玻璃时却能获得整体析晶,析晶的显微结构为放射状球晶,主晶相为β—硅灰石,通过控制该组成玻璃的析晶热处理制度。作者研制出了新型建筑饰面和艺术品材料——晶花玻璃[C·P·G]。     

p-n型CuO/α-Fe_2O_3复合半导体材料的制备与气敏性能研究

采用化学沉淀法制备了纯态CuO和α-Fe_2O_3颗粒,并采用沉积-沉淀法将p型半导体CuO负载到n型半导体α-Fe_2O_3表面,制备了p-n型复合半导体氧化物气体敏感材料CuO/α-Fe_2O_3.对所合成的材料进行了XRD、SEM、TEM和XPS表征.结果显示:负载量较低时,CuO高分散在α-Fe_2O_3载体表面,当负载量达到30%时,形成了新的CuFe_2O_4晶相;所合成的样品由粒径大小约10 nm的纳米颗粒组成.气敏性能测试结果显示:该材料在100℃的较低温度下,对CO的灵敏度相对纯α-Fe_2O_3提高了几十倍.     

a-C基底对WS_x薄膜组织结构及摩擦学性能的影响

采用磁控溅射法在不同气压下溅射石墨靶制备多种a-C基体并在其上沉积WS_x薄膜.采用扫描电镜、能谱仪、原子力显微镜、X射线衍射仪、Raman光谱仪和X射线光电子能谱对薄膜的形貌、成分、组织结构和元素价态等进行了表征.采用纳米压痕仪、划痕仪和球盘式摩擦磨损试验机对薄膜的硬度、结合力和摩擦学性能进行了测试.结果表明:a-C基底上WS_x薄膜呈微晶或非晶结构,a-C沉积气压1.0Pa时WS_2薄膜出现(101)晶面衍射峰.随着a-C基底沉积气压的升高,WS_x薄膜表面先逐渐致密,后略有下降,n_s/n_w比呈下降趋势,显著低于硅基底WS_x薄膜,WS_x薄膜的硬度在6~8.5GPa之间.在大气环境下,基底沉积气压为0.6Pa的WS_x的摩擦系数最低,耐磨性最差.     

热处理对铜基化学镀镍层结构和性能的影响

采用化学镀技术在紫铜表面制备化学镀镍层,结合OLYMPUS、XRD、HVS-1000等方法研究不同热处理温度对镀层结构和性能的影响,分析不同热处理温度与镀层表面形貌、微观结构、显微硬度和耐磨性的关系。结果表明,经500℃热处理后,镀层出现明显晶界,形成了大量与Ni相共格的高硬质相Ni3P,镀层硬度和耐磨性均达到最佳,此时镀层显微硬度为1 284 HV,磨损量为2.6 mg。     

新发展的实验方法观察的Ni—20Cr合金氧化、还原表面结构形成的电子理论

用俄歇(Auger)电子扫描微观分析法,X-光光电子谱仪,氩离子溅射剥层法等最新发展的方法结合电镜、X-光分析,前人曾观察到Ni-20Cr合金在氧化和还原的气氛中形成的表面层结构。它包括有NiO,NiCr_2O_4,Cr_2O_3、α-Al_2O_3四种氧化物。作者根据这些氧化物的晶体结构和Ni、Cr实验原子磁矩数,应用作者所发展的经验电子理论得到的NiO的高、低温相,Cr_2O_3、α-Al_2O_3的详细价电子结构以及NiCr_2O_4的同型尖晶石型结构如Fe_3O_4、NiFe_2O_4………所共有的价电子结构的一般结果,对氧化层特别对还原层的表面层结构进行了价电子键结合深度的分析。很简单而自然地说明了这种表面固体化学的实验。     

退火温度对Nb掺杂TiO_2薄膜结构与性能的影响

采用磁控溅射法在玻璃衬底上制备了Nb掺杂TiO_2透明导电薄膜,通过X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、紫外可见光谱(UV-Vis)及双电测四探针仪对薄膜的结构和性能进行了表征.结果表明:退火温度250℃以上时,得到锐钛矿相Nb掺杂TiO_2薄膜,且薄膜结构和光电性能随温度升高而改善;300℃时薄膜可见光透过率最高可达80%,电阻率降至2.5×10-3Ω·cm;当温度升至350℃时,薄膜晶体开始出现金红石相,光电性能也随之下降.另外,Nb掺杂有利于降低TiO_2薄膜晶体的晶相转变温度;掺杂后TiO_2薄膜的吸收限发生蓝移现象,并且随着退火温度改变,薄膜吸收限产生蓝移的程度有所不同.     

退火温度对BZT薄膜微结构的影响研究

采用Sol-gel法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了Ba(Zr0.2Ti0.8)O3(BZT)薄膜.X射线衍射分析表明,该BZT薄膜为钙钛矿结构而无其他物相存在.光学显微镜分析结果表明,退火温度为900℃时,BZT薄膜表面光滑平整,无裂纹产生.     

Eu^3＋掺杂TiO2发光薄膜制备及其发光性能

为了寻找实用、廉价、性能良好的TiO2∶Eu3＋发光薄膜,采用溶胶-凝胶法制备了TiO2∶Eu3＋纳米发光薄膜.通过原子力显微镜与PL、PLE对样品薄膜的表面形貌和发光光谱进行了表征.研究结果表明：800℃退火的样品薄膜表面起伏不平,无开裂,且颗粒大小比较均匀,表面起伏度约为32nm,用540nm激发光源对800℃退火的TiO2∶Eu3＋发光薄膜进行激发时,样品显示出强红光发射,对应于Eu3＋的5 D0→7F2超灵敏跃迁;且荧光强度随着烧结温度的升高先增强再减弱,800℃时达到最大值,表明存在最佳的热处理温度.     

基体粗糙度和硬度对TiAlCN附着力的影响

在不同粗糙度和硬度的GCr15轴承钢基体上,利用多弧离子镀技术低温(175℃)沉积TiAlCN涂层.利用扫描电子显微镜(SEM)、AFM、EPMA、XRD和附着力测试仪等研究了薄膜形貌和性质.结果表明:基体越平整,制备的涂层表面也就越平整;薄膜附着力随着表面粗糙度的增大而减小,在基体粗糙度为0.01μm时,薄膜附着力达到最大值42.8N;基体硬度越高,膜/基附着力越大,在基体硬度为835HV0.01时,附着力达到最大值31.2N;在涂层中,发现了晶体结构为fcc-TiN结构,衍射图中没有AlN相出现,这是TiN相优于AlN相而形成的缘故.