铝靶电流对TiAlN薄膜组织结构与性能的影响

采用非平衡磁控溅射离子镀技术在YG6硬质合金表面沉积Ti Al N薄膜,研究Al靶的溅射电流对TixAl1-xN薄膜组织结构与性能的影响。利用X线衍射仪、扫描电子显微镜和显微硬度仪等分析仪器对制备的TixAl1-xN薄膜的相结构、表面形貌和显微硬度进行测试分析。测试结果表明:膜层中存在Ti3Al N、Al N相,且Ti3Al N沿(220)晶面择优取向。SEM测试表明,随Al靶功率的提高,膜层晶粒结构变得更致密。显微硬度仪测得薄膜平均硬度最高可达2 980 HV。     

脉冲N离子束轰击对TiAlN膜层显微硬度影响的研究

采用俄罗斯UVN 0.5D2I脉冲离子束辅助电弧离子镀沉积设备,在高速钢W18Cr4V基材上沉积TiAlN膜层。研究了膜层沉积之前N离子束轰击基材以及膜层沉积过程中N离子束辅助轰击对TiAlN膜层显微硬度的影响。结果表明:膜层沉积之前,N离子轰击得到高度洁净的表面,使基材的显微硬度由原来的900HV0.01提高到1230HV0.01。膜层沉积过程中,脉冲N离子束轰击,消除了膜层中的硬度"软点"及阴影效应,增加(Ti,Al)N相的含量,膜层的内部产生了压应力,这些因素显著提高了膜层的硬度,膜层的最高硬度为2530HV0.01。但轰击能量不能过高,否则会降低膜层的显微硬度。     

中频非平衡磁控溅射TiAlN薄膜的结构与性能

采用中频非平衡磁控溅射离子镀设备在YG10硬质合金表面制备(Ti_1-xAl_x)N薄膜,运用X线衍射仪、扫描电子显微镜、显微硬度计和材料表面性能测试仪等对薄膜进行表征,分析氮气分压、直流偏压和Al含量对薄膜的力学性能、薄膜成分和组织结构的影响。结果表明:薄膜呈柱状多晶组织,主要组成相为(Ti, Al)N相;随着氮气分压增大,膜层中氮原子增多,而铝、钛原子含量减少,膜层中r_Al/(Al+Ti)与r_(Al+Ti)/N均下降,薄膜(111)晶面取向减弱,(220)和(200)晶面取向增强。力学性能测试表明,随着膜层中的Al含量和直流偏压升高,薄膜硬度、膜厚和膜-基结合力均呈现先升高后降低的趋势,薄膜显微硬度最高2 915 HV,膜-基结合力最高达73 N。     

TiC、TiN和Al_2O_3涂层硬质合金结构和磨损研究

用化学气相沉积方法,研究了沉积到C-6硬质合金基体上的Ti C,Ti C/Ti CN/Ti N,Ti C/Al2O3和Ti C/Al2O3/Ti N涂层的显微结构和磨损特性。涂层后硬质合金的高温化学稳定性、抗氧化性能、硬度和切削性能明显提高,Al2O3的加入进一步提高了CVD多层涂层硬质合金的抗氧化性能、硬度和切削性能、隔热和阻碍氧扩散的作用;通过提高涂层硬质合金的抗氧化性能和硬度能提高涂层硬质合金的切削性能。同时也研究了Ti C/Al2O3涂层厚度与磨损以及温度之间的关系。     

热处理工艺对Ca0.7Ti0.7La0.3Al0.3O3陶瓷微观组织形貌及微波介电性能的影响研究

本文通过传统固相反应法制备了Ca0.7 Ti0.7 La0.3 Al0.3 O3(CTLA)陶瓷,研究了不同烧结气氛对Ca0.7 Ti0.7 La0.3 Al0.3 O3(CTLA)陶瓷的致密度、晶体结构、显微组织形貌和微波介电性能的影响.烧结气氛分别为:1)空气;2)N2气氛下,氧分压:0.01 ppm;3)N2气氛...     

反应合成层状多孔TiAl复合板材的组织演变

以纯Ti箔、纯Al粉、纯Nb粉为原材料,首先采用粉末冶金工艺制备Al-Nb复合箔材,再采用箔箔冶金工艺制备层状多孔TiAl合金板材。研究结果表明:真空热压后,Ti/Al-Nb复合板材无新相生成,Ti箔与Al-Nb复合箔材结合方式为机械结合,板材厚度均匀。分步热处理后的薄板由Al_3Nb、TiAl_3、TiAl_2、TiAl、AlNb_2和Ti_3Al六种相层组成,其中TiAl相层厚度约为100μm,Ti_3Al相层厚度约为12μm,(Ti, Nb)Al_3相层厚度约为80μm,TiAl_2相层厚度约为2μm。AlNb_2分布于(Ti, Nb)Al_3相层中,并在(Ti, Nb)Al_3相层中形成了不规则分布的孔洞。     

碳钢Cr-Ti共渗及Al-Ti共渗层的组织和性能

为了提高碳钢构件的硬度、耐磨性和耐蚀性，对35钢及20钢实施Cr—Ti共渗及Al-Ti共渗，用X射线、EPMA、显微硬度及摩擦磨损实验等分析测试方法，研究了渗层的组织和性能．结果表明，35钢Cr—Ti共渗层外侧富Cr、内侧富Ti，在3．5％NaCl和10％H2SO4溶液中有良好的耐蚀性；渗层表面硬度HV0.2=1900，耐磨性比17Cr2Ni2Mo渗碳钢对比试样提高3倍．35钢Al—Ti共渗层外侧富Ti、内侧富Al，在10%H2SO4溶液中的耐蚀性较差；渗层表面硬度为HV0.2=400，但耐磨性仍比对比试样提高近一倍。     

不同Al含量的Ti/Al合金靶对磁控溅射离子镀TiAlN薄膜力学性能的影响

采用不同Al含量的Ti/Al合金靶材在硬质合金刀具上沉积TiAlN薄膜,研究靶材中不同的Al含量对TiAlN薄膜表面粗糙度、硬度以及膜基结合力等性能的影响,通过显微硬度仪、划痕仪、金相显微镜和XRD等仪器分别对薄膜的硬度、结合力、组织结构等主要性能进行测试分析。实验结果表明:随着Ti/Al合金靶中Al含量的增加,TiAlN薄膜的硬度先增加后减小,膜基结合力逐渐增加;当Al在Ti/Al合金靶材中所占的比值为2:3时,TiAlN薄膜的硬度、耐磨性等综合力学性能最佳。     

非平衡磁控溅射TiCxN1-x薄膜微结构及性能分析

为了研究不同沉积条件下TiCxN1-x(0≤x≤1)薄膜的相结构、显微硬度及摩擦性能的影响因素,用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪分析薄膜的形貌和相结构,用HXD-1000数字式显微硬度计、MCMS-1摩擦磨损仪测试薄膜的硬度和摩擦系数.研究结果表明:TiN,TiC薄膜显示出〈111〉择优取向生长趋势,Ti(C,N)有较强的〈200〉取向,Ti(C,N)衍射峰涵盖了TiN峰和TiC峰,薄膜存在TiN和TiC两相共存.与TiN,TiC相比,Ti(C,N)薄膜具有更高硬度,当C原子含量x＝0.582时,Ti(C,N)薄膜硬度达到最大值为33.6 GPa,且表现出更低的摩擦系数和更好的耐磨性能.     

电弧离子镀制备TiAlN膜工艺研究

采用阴极电弧离子镀技术在1Cr18Ni9Ti不锈钢基材上制备TiAlN膜层,镀膜装置为俄罗斯科学院UVN 0.5D2I电弧离子镀膜机,该设备由一个大功率的气体离子源和两个金属蒸发源组成.气体离子源具有气体离子轰击和辅助沉积的特点.研究了电弧电流、负偏压和气体离子源功率等工艺参数对膜层的影响规律.实验结果表明:气体离子源具有明显的细化金属颗粒的作用.提出了制备TiAlN膜层的最佳工艺,得到了厚度为5 ～10μm、相结构为Ti0.5Al0.5N、显微硬度为1200HV0.01的TiAlN膜层.     

金属Y掺杂Mo -N薄膜的机械性能和摩擦学性质研究

利用射频磁控和直流磁控共溅射的方法制备了金属Y掺杂的 Mo -N 薄膜.对制备的薄膜样品进行元素组成、微观结构、表面形貌、摩擦学性质分析显示:薄膜的择优取向由未掺杂时的γ -Mo₂N(111)改变为Y掺杂后的γ -Mo₂N(200).与未掺杂的 Mo -N 薄膜相比较,所制备的MoYN薄膜的硬度明显降低,但耐磨性和平均摩擦系数均有所改善.其中Y掺杂含量为9.44at%时,薄膜的耐磨性为最佳,平均摩擦系数为最小(0.283),硬度为(24.13±3.15)GPa.     

金属Y和Cr共掺杂W2N薄膜的力学及摩擦学性能研究

采用磁控溅射法,通过改变氩氮比率,在Si(100)衬底上成功制备了W₂N薄膜,当氩氮比率为20:6时薄膜的结晶性最好.为了改善W₂N薄膜的力学和摩擦学性能,采用射频和直流磁控共溅射方法分别在Si(100)和A304不锈钢衬底上制备了软质金属Y和硬质金属Cr共掺杂的W₂N(Y-Cr:W₂N)薄膜.在掺杂功率20～50 W范围内,当掺杂功率为30 W时,薄膜具有最大硬度,为23.71 GPa,此时样品的弹性模量为256.34 GPa; 当掺杂功率为20 W时,薄膜的平均磨擦系数最小,为0.37.这表明,金属Y和Cr的掺入使W₂N薄膜的力学和摩擦学性能有了很大的改善.     

Low cycle fatigue behavior of high strength gun steels

The low cycle fatigue (LCF) behavior of two high strength steels, with nominal chemical compositions (mass fraction, %) of 0.40(2-1.5Cr-3Ni-0.4Mo-0.2V (PCrNi3MoV) and 0.25C-3Cr-3Mo-0.8Ni-0.1Nb (25Cr3Mo3NiNb), was investigated by using the smooth bar specimens subjected to strained-controlled push-pull loading. It is found that both steels show cyclic softening, but 25Cr3Mo3NiNb steel has a lower tendency to cyclic softening. 25Cr3Mo3NiNb steel has higher fatigue ductility, and its transition fatigue life is almost three times that of PCrNi3MoV. 25Cr3Mo3NiNb steel also shows higher LCF life either at a given total strain amplitude above 0.5% or at any given plastic strain amplitude, despite its lower monotonic tensile strength than that of PCrNi3MoV. It also means that 25Cr3Mo3NiNb steel can endure higher total strain amplitude and plastic strain amplitude at a given number of reversals to failure within 10^4. 25Cr3Mo3NiNb steel is expected to be a good gun steel with high LCF properties because only several thousand firings are required for gun barrel in most cases.     

马氏体不锈钢等离子堆焊铁基合金组织及磨损性能

为了研究马氏体不锈钢的表面性能,采用等离子堆焊技术在Z5CND16-04不锈钢表面制备铁基合金堆焊层.采用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪、显微硬度计及销盘磨损实验机等检测设备,对堆焊层的组织结构、成分、硬度和磨损性能进行了研究.结果表明,铁基合金堆焊层主要由α-Fe、(Fe,Cr,Mo)7C3和(Fe,Cr,Mo)23C6相组成,添加稀土元素后相组成无明显变化.铁基合金堆焊层的硬度和耐磨性均明显高于马氏体不锈钢基材.添加适量的CeO2后,明显细化了堆焊层的显微组织.     

等离子喷涂NiCr/Cr_2C_3、Ni/C及其复合涂层的耐磨性能

为了加强车辆机械零件的表面防护,采用等离子喷涂工艺在304N不锈钢表面分别制备了NiCr/Cr_2C_3涂层、Ni/C涂层以及NiCr/Cr_2C_3和Ni/C复合涂层,观察了涂层组织形貌,测试了涂层硬度和耐磨性,分析了涂层的摩擦磨损机理.结果表明,3种涂层中NiCr/Cr_2C_3和Ni/C复合涂层的耐磨性能最好.金属粘结相NiCr可以起到足够的支撑作用,从而防止涂层剥离与黏着磨损的产生.Ni/C作为固体润滑剂,通过自润滑作用降低了涂层的整体摩擦系数.     

QPQ工艺对低碳钢显微结构及极化性能的影响

用QPQ盐浴复合处理技术对低碳钢进行表面改性处理,对处理后的低碳钢表面进行系统表征。结果表明:QPQ氮化处理后低碳钢试样表面从外至内由Fe₃N/Fe₂₄N₁₀/FeN_0.0939组成,氧化处理后,试样表面从外至内的组成物变成了Fe₃O₄/Fe₂N/α-Fe,氧化处理使外层氮化层由Fe₃N转变成Fe₃O₄/Fe₂N,内层氮化层由Fe₂₄N₁₀/FeN_0.0939转变成α-Fe;氧化处理后,分别在外层氮化层和内层氮化层上出现大量的显微裂纹和孔状结构;与只进行过氮化处理的试样相比,氧化处理后试样的表面硬度降低了50~100 HV_0.025。通过极化曲线可以看出,与氮化试样相比氧化处理后腐蚀电流密度下降了0.055 μA.cm-2,腐蚀电位也降低了79 mV。这表明氧化处理能有效提升试样的耐腐蚀能力,而氧化过程中产生的表面缺陷可能导致了腐蚀电位下降。     

磁控溅射Ti掺杂NbN薄膜的机械和摩擦学特性研究

为研究Ti掺杂的NbN薄膜的机械和摩擦学特性,采用射频和直流磁控共溅射技术制备了Ti掺杂的NbN(Ti:NbN)薄膜.利用X射线衍射仪(XRD)、能量色散X射线光谱仪(EDX)、扫描电子显微镜(SEM)、纳米压痕仪、高温摩擦磨损实验机分别对Ti掺杂的NbN薄膜的微观结构、组成成分、表面形貌、机械和摩擦学性能进行了研究.XRD测试结果显示,薄膜的结晶性随着Ti靶掺杂功率的增加(从0 W逐渐升高到40 W)而呈明显增强趋势,晶粒尺寸也由18.010 nm增加到21.227 nm.当Ti靶的掺杂功率为30 W时,NbN薄膜的硬度由4.5 GPa(未掺杂)增加到20.4 GPa,弹性模量由145.8 GPa(未掺杂)增加到224.5 GPa; 当Ti靶的掺杂功率为40 W时,NbN薄膜的摩擦系数由0.73(未掺杂)下降到0.51,磨损率由3.3×10^-6 mm³/(N·mm)(未掺杂)下降到2.1×10^-6 mm³/(N·mm).这表明,掺杂Ti可使NbN薄膜的机械性能和摩擦学性能得到很大的改善.     

基于MXene气凝胶的微型超级电容器

刻蚀Ti₃AlC₂ MAX相陶瓷粉末得到单层和少层的Ti₃C₂T_x MXene纳米片，通过低温（-50 ℃）冷冻干燥，制备了具有多孔结构的Ti₃C₂T_x气凝胶（Ti₃C₂T_x aerogel）。利用光刻胶技术，在滤纸上刻出叉指状电极阵列，然后以Ti₃C₂T_x气凝胶为电极活性物质构建了全固态微型超级电容器（mSC）。电化学测试表明，当电流密度为0.5 mA/cm²时，基于Ti₃C₂T_x气凝胶的微型超级电容器的面积电容达到77.90 mF/cm²，是相同条件下纯Ti₃C₂T_x MXene微型超级电容器的4.17倍。功率密度和能量密度分别为0.29 W/cm3和9.89 （mW·h）/cm³，循环1 000次电容保持率为91.6%。因此，该高性能的微型超级电容器在柔性微电子器件中显示出巨大的应用潜力。