脉冲射流电铸纳米晶铜的组织与性能

采用射流电铸快速成型方法,在脉冲电流条件下制备了铜铸层,研究了脉冲电流频率和峰值电流密度对铜铸层表面形貌、微观组织结构、晶粒大小以及力学性能的影响。结果表明：在高电流密度下制备出的块体纳米晶铜,晶粒尺寸为32-65nm;提高脉冲电流频率和峰值电流密度有利于获得颗粒细小、表面平整的纳米晶铜铸层;制备的纳米晶铜最大抗拉强度高达590MPa,是普通粗晶铜的4．5倍,纳米晶铜的最大伸长率为10％．     

纳米结构碳基薄膜的制备及性能研究

利用单极脉冲等离子体增强化学气相沉积技术在单晶硅衬底上沉积含氢碳薄膜,用高分辨透射电子显微镜和激光拉曼光谱仪研究薄膜的微观结构,用X射线光电子能谱分析薄膜的化学键状态,并用纳米压痕仪测定薄膜的硬度和弹性模量,在CSM往复式摩擦磨损试验机上考察薄膜的摩擦学性能。结果表明:在单极脉冲等离子体增强化学气相沉积系统上成功制备出在非晶基体上镶嵌弯曲类富勒烯纳米结构的含氢碳薄膜,其独特的类富勒烯纳米结构赋予薄膜良好的力学性能,其弹性恢复系数和硬度分别高达86%和26.37 GPa;与非晶结构薄膜相比,制备的纳米结构含氢碳薄膜在室温环境下摩擦学性能更为优异,在机械摩擦表面具有广阔的应用前景。     

喷射电沉积纳米晶镍机理及工艺研究

采用极化曲线、循环伏安法研究了喷射电沉积制备纳米晶镍的阴极极化行为及其机理。并根据电化学测试结果,选取一定范围内的电流密度,利用扫描喷射电沉积在45钢基体表面制备了纳米镍涂层。用扫描电镜、X射线衍射仪和显微硬度计研究了电流密度对镍涂层表面形貌、微观组织结构、晶粒尺寸及表面显微硬度的影响,并进行了耐磨性试验。结果表明,喷射电沉积可以显著提高镍沉积的极限电流密度,并在高的过电位下促进晶体的形核,有利于获得纳米晶镍镀层;随着电流密度的增大,纳米晶镍的平均晶粒尺寸先变小再变大,当电流密度为130A/dm2时涂层最致密,平均晶粒尺寸最小,表面显微硬度也最高;经过喷射电沉积后,试样耐磨性能有了较大的提高。     

电流密度对碳纤维—铜—石墨复合材料接触电压降的影响

研究了碳纤维－铜－石墨复合材料在电磨损条件下，电流密度的变化94－16A／cm62）对复合材料接触电压降的影响。结果表明，碳纤维－铜－石墨复合材料电刷与换向器之间的接触电压降具有非线性特征，即电流密度在一定范围内变化对接触电压降影响不大；用扫描电子显微镜观察了磨面形貌，发现在电刷与换向器之间形成的润滑膜保证了接触电压降的稳定，改善了换向性能；对复合材料接触电压降的变化机理进行了初步探讨。     

退火温度对纳米晶铜微观结构和力学性能的影响

采用电沉积法制备得到厚度约600μm的块体纳米晶铜,并在100～250℃下进行退火处理,研究了退火温度对纳米晶铜微观结构和力学性能的影响。结果表明：未退火及退火后纳米晶铜均呈现面心立方结构;随着退火温度从100℃增加至250℃,纳米晶铜(200)晶面的衍射峰强度逐渐增强。随着退火温度的升高,纳米晶铜的抗拉强度逐渐减小,断后伸长率先增大后减小,表面拉伸变形带和拉伸断口上大而深的韧窝数量均增加;200℃退火后纳米晶铜的拉伸性能较佳,抗拉强度高约500 MPa,断后伸长率近30.5%。     

两种陶瓷薄膜的透射电镜研究

采用高分辨透射电镜技术对两种硬质薄膜（AlTiN多层薄膜和AlCN非晶薄膜）样品的显微结构进行了研究。结果表明：在高速钢基体上制备的AlTiN多层薄膜由两种氮含量交替变化的膜层构成,尽管交替的两层中氮含量不同,但每一单层都为纳米晶包含在非晶点阵中的纳米复合结构,不同之处是低氮含量层中纳米晶密度较小;生长在单晶硅基体（100）晶面上的非晶AlCN薄膜,在膜基界面处硅基体上出现应力畸变层,应力畸变层厚度很薄,约3～5个原子层。比较Si的应变层和非应变区的傅里叶变换结果,片状的应变层产生形状效应,使得傅里叶变换图中斑点沿垂直于片状应变层方向拉长成线状。     

射流电铸快速成型纳米晶铜的组织与性能

采用射流电铸快速成型方法制备了纳米晶铜铸层,并用SEM、XRD等方法对纳米晶铜铸层表面形貌、微观组织结构以及晶粒大小进行了分析,对纳米晶铜铸层的力学性能进行了测试.结果表明:在电铸电流密度为300 A·dm-2时,制备的纳米晶铜平均晶粒尺寸为47.4 nm,纳米晶铜铸层的抗拉强度为470 MPa,伸长率为14%,抗拉强度是粗晶铜的3.6倍.     

电流密度对碳纤维－铜－石墨复合材料接触电压降的影响

研究了碳纤维－铜－石墨复合材料在电磨损条件下,电流密度的变化（4～16A/cm2）对复合材料接触电压降的影响。结果表明,碳纤维－铜－石墨复合材料电刷与换向器之间的接触电压降具有非线性特征,即电流密度在一定范围内变化对接触电压降影响不大;用扫描电子显微镜观察了磨面形貌,发现在电刷与换向器之间形成的润滑膜保证了接触电压降的稳定,改善了换向性能;对复合材料接触电压降的变化机理进行了初步探讨。     

AlN/VN纳米多层膜的共格生长与超硬效应

研究了亚稳相立方AlN(c-AlN)在AlN/VN纳米多层膜中的形成条件以及c-AlN对纳米多层膜力学性能的影响。一系列不同调制周期的AlN/VN多层膜采用反应磁控溅射法制备,多层膜的微结构采用小角度X射线衍射和高分辨电子显微镜表征,利用微力学探针测量了多层膜的力学性能。结果表明：亚稳的c-AlN因VN的“模板”作用生成于小调制周期的纳米多层膜中,并与VN形成共格外延生长的超晶格柱状晶,从而使多层膜产生硬度和弹性模量升高的超硬效应。随调制周期的增大,c-AlN转变为稳定的六方结构(h-AlN),使多层膜形成纳米晶的“砖墙”型结构。此时多层膜的硬度和弹性模量与混合法则所得值相当。AlN/VN纳米多层膜在小调制周期下产生的超硬效应与c-AlN形成带来的性质变化以及c-AlN与VN形成共格结构所产生的界面交变应变场有关。     

Fe基非晶纳米晶电弧喷涂层的摩擦磨损行为

利用超电弧喷涂技术在20#钢基体上制备含有非晶纳米晶的铁基涂层。采用扫描电镜分析涂层的组织形貌,用X射线衍射分析涂层的相结构,并对涂层与基体20#钢在干摩擦条件下的摩擦学性能进行对比研究。结果表明:Fe基非晶纳米晶涂层中含有非晶相和纳米相,孔隙率较低,具有较高的硬度;相同条件下,涂层的摩擦因数较小,磨损量较小,涂层的耐磨性优于20#钢;20#钢基体的磨损失效形式为黏着磨损,而Fe基非晶纳米晶涂层的失效形式开始时是疲劳磨损,随着粒子的脱落,失效形式就变为磨粒磨损。     

高能离子束辅助沉积制备钛纳米膜

用离子束溅射沉积和高能离子束辅助沉积方法制备了具有择尤性的钛纳米薄膜,并采用原子力显微镜、X射线衍射仪和俄歇电子谱仪研究了试样表面预处理、离子束流和温度等离子束工艺参数对钛薄膜结构的影响。结果表明：离子束溅射沉积的钛膜在[002]和[102]晶向上呈现出明显的择尤生长现象,并分别在该两个晶向上表现出纳米晶型和非纳米晶型结构;当用高能离子束辅助沉积时,[102]晶向择尤生长现象消失,且钛膜的结构对束流变化较为敏感,束流较低时,钛膜为纳米结构且择尤生长现象减弱,而束流增加时晶粒长大,择尤生长现象叉增强。另外钛膜容易受到氧的污染,并随辅助离子强度增加而增强。     

基于电纺直写的图案化微纳结构喷印技术

研究了利用电纺直写技术进行图案化微纳结构可控喷印沉积的方法,该方法利用喷头与收集板之间的稳定直线射流来实现有序纳米纤维的直写制造。分析了电纺直写射流在静止收集板和移动收集板上的沉积行为;探究了工艺参数对电纺直写微纳结构定位误差的影响规律。实验显示:在内部应力和电荷排斥力的作用下,射流会产生弯曲螺旋从而引导纳米纤维在静止收集板上逐层叠加形成三维微结构;提高收集板运动速度可克服射流螺旋鞭动,获得无螺旋结构的直线纳米纤维。根据设计图形分别电纺直写了方波、多圈矩形纳米纤维图案,分析了直写图案尺寸与设计图案尺寸间的误差。结果显示:电纺直写纤维图案定位误差随着收集板运动速度、喷头至收集板距离、施加电压、收集板运动距离的升高而增加;优化实验条件和试验参数,电纺直写微纳结构定位误差可优于10μm。实验验证了微纳结构图案的精确喷印沉积有助于提高电纺直写技术的控制水平。     

中阶梯光栅铝膜纳米压痕材料隆起研究

在光栅机械刻划加工过程中,光栅铝膜的隆起对机刻光栅槽形质量影响十分明显。为了研究光栅铝膜的隆起特性,采用了纳米压痕试验的方法,对光栅铝膜的纳米压入过程进行了理论建模和仿真分析,发现在光栅铝膜纳米压痕过程中,材料的隆起高度随着压入深度的增加而呈线性增加,随着摩擦因数的增加而减小;材料的相对隆起量在压入深度范围内基本保持不变。此外,仿真结果与理论计算结果的误差范围随着摩擦因数的增加而增加,当摩擦因数一定时,在最大压深处取得最小值。     

含氢类富勒烯碳薄膜制备及超滑性能研究进展

类富勒烯碳薄膜是一种由弯曲石墨烯镶嵌的非晶网络复合结构,正是由于这种弯曲石墨烯结构(类富勒烯结构)的存在,赋予了薄膜高的硬度,优异的弹性恢复和超低摩擦性能(摩擦因数为0. 002～0. 009)。综述含氢类富勒烯碳薄膜制备方法、纳米结构调控机制、超低摩擦学机制及后处理对薄膜摩擦学性能的影响;探讨含氢类富勒烯碳薄膜在汽车发动机方面的应用,指出其可有效降低发动机部件的摩擦磨损,有利于发动机的节能减排;总结氢类富勒烯碳薄膜未来工程应用的潜在挑战,指出类富勒烯碳薄膜虽在可控范围内具有超滑性能,但未来如何实现全工况范围超滑和固油复合超滑将是一个主要研究方向。     

拉伸法制备β型聚偏二氟乙烯薄膜工艺研究

研究了拉伸法制备β型聚偏二氟乙烯薄膜的工艺以及在不同工艺条件下聚偏二氟乙烯薄膜的组织结构情况。结果表明：溶液淬水初始膜有较高的结晶度、良好的拉伸和电击穿性能。拉伸促使初始膜中的球晶α相向片晶β相转变，降低拉伸温度，增大拉伸比，有利于相变。α→β转变完全后进一步拉伸可促使部分非晶相向β相转变。拉伸及退火均使薄膜电击穿强度有明显提高。     

纳米级正十六烷润滑膜分子排列方式的实验研究

针对厚度为纳米量级的液体正十六烷润滑膜，在球－盘点接触区内的分子排列结构开展实验研究。采用自行研制的在线测量系统，基于偏振拉曼光谱技术和相对光强膜厚测量技术分析处于不同润滑状态下的润滑膜分子排列结构和成因。结果表明:接触区内十六烷静态液膜的分子主链平行于固体表面，但在摩擦平面内的取向随机分布;较低速度下液膜分子排列结构与静态液膜相近;进入弹流润滑状态后，液膜分子排列结构呈无序的流体状态；在膜厚处于薄膜润滑阶段时，液膜分子有沿滚动速度方向取向的趋势。     

电纺压电聚偏二氟乙烯有序纳米纤维及其在压力传感器中的应用

针对传统静电纺丝法制备聚偏二氟乙烯(PVDF)压电纤维工艺复杂和效率低等问题,提出了采用滚筒收集方式制备PVDF有序纳米纤维的方法。通过改变滚筒转速收集纤维,得到了有序程度不同的PVDF纤维膜。用傅立叶变换红外光谱(FTIR)分析了有序纤维膜β晶相的含量,并利用NI数据采集卡在相同条件下测试了纤维膜的压电特性。结果表明:随着滚筒转速提高,纤维有序度增强,β相的含量提高,压电电压输出也明显增大,由此得知滚筒转速变化对β晶相的含量及压电输出电压的影响规律基本一致。基于得到的结果,设计制作了利用该有序PVDF纤维膜的压力传感器,并在不同气压下进行了动态响应测试。结果显示:所制备的PVDF有序纤维压力传感器在0.145~0.165 MPa下的电压输出随气压的增加呈线性增大,表现出了良好的线性度,其灵敏度达179mV/kPa。采用该种方法制备PVDF纤维对研制动态压力传感器极有意义。     

激光熔覆碳纳米管增韧铁基非晶涂层的组织与力学性能

采用球磨工艺将镀镍碳纳米管与铁基非晶粉体混合后,以同轴送粉激光熔覆方法在钢板上制备涂层,确定了最佳的球磨时间,并探讨镀镍碳纳米管质量分数(0～1.00%)对涂层组织与力学性能的影响。结果表明:铁基非晶粉体与镀镍碳纳米管的球磨混合时间控制在30min较为适宜;涂层均包括非晶区、等轴树枝晶区和柱状树枝晶区,随着镀镍碳纳米管质量分数的增加,涂层中非晶相面积分数降低,析出的纳米晶尺寸增大;镀镍碳纳米管的含量几乎不影响涂层中柱状树枝晶区和等轴树枝晶区的硬度;随着镀镍碳纳米管质量分数的增加,涂层中非晶区的平均硬度由1 615.0HV降低到1 464.3HV,断裂韧度由5.75 MPa·m~(1/2)提高至7.67 MPa·m~(1/2)。     

GH4169合金磨削表面塑性变形层的微观结构

采用光学显微镜、透射电子显微镜和高分辨透射电子显微镜对航空发动机常用高温合金GH4169磨削表面变质层的微观组织结构进行研究。结果表明,GH4169合金磨削表面及亚表面发生了局部剧烈塑性变形,在表面变质层内形成了剧烈塑性变形层(Severe plastic deformation layer,SPDL)。通过分析选区电子衍射图特征,确定出本试验条件下磨削表面塑性变形层的深度略大于2.2μm。根据组织特点,磨削表面的SPDL进一步可分为表面非晶层、微观剪切带和纳米晶层。表面非晶层最靠近外表面,其内主要为非晶组织和高密度的空位,但仍存在一定量的直径为1~3 nm的有序结构。微型剪切带是位于表面非晶层和纳米晶层之间、平行于磨削表面、宽度约2 nm的一条带状区域,其内组织已经完全非晶化,不存在有序结构。纳米晶层紧邻基体,主要是直径为10~150 nm的纳米晶粒,纳米晶粒内部原子排列基本有序,但仍存在大量的晶格缺陷,主要为非晶化、位错、层错和孪晶。     

磁场下电沉积镍晶微铸件表面形貌与织构研究

磁场作用下电沉积制备镍晶微铸件,利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射图谱(XRD)分析了电流密度和磁场强度对镍晶微铸件的表面形貌及组织结构的影响。结果表明:随着电流密度的增加,镍晶微铸件电铸层的织构取向发生变化,由(111)方向变为(200)方向,微铸件的表面晶粒呈现出先减小后增大的规律。随着磁场强度的增加,镍晶微铸件电铸层(200)晶面织构得到抑制,(111)晶面织构得到加强,微铸件的表面晶粒随着磁场强度的增加得到持续细化。