钒氮合金对激光熔覆钴基合金涂层组织和耐磨性的影响

利用5 kW CO2连续激光,在低碳钢表面熔覆钴基合金和添加钒氮合金的钴基合金涂层.采用光学显微镜(OP)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)研究了熔覆层的显微组织和相结构;利用显微硬度计及滑动磨损试验机测试了熔覆层的硬度和抗磨损性能.结果表明,Co基合金涂层主要组成相为γ-Co与碳化物Cr23C6;加入钒氮合金后,出现了σ-FeV和VN等相,涂层凝固组织明显细化,熔覆层硬度提高,凡界面处硬度均比表层高;熔覆层的耐磨性随钒氮合金的加入及激光扫描速度的增加而提高,同时对熔覆层的磨损机制进行了分析.     

激光摆动模式对铝/钢焊接接头成形特征及组织、强度的影响

铝、钢金属在物理化学性质上的巨大差异使得铝/钢异种接头的优质连接成为焊接领域的难点。采用摆动激光热源实现了6061铝合金和316L不锈钢搭接接头的良好连接,研究了激光摆动模式、摆动频率对接头成形质量、界面组织结构及拉剪强度的影响。结果表明:摆动激光能够增加铝/钢界面的连接面积,减小接头的熔深,有效抑制焊缝中的气孔、裂纹等缺陷;同时,摆动激光能使界面温度均匀并增强对熔池的搅拌作用,降低界面处的冶金反应,有效抑制界面脆硬金属间化合物的产生;摆动激光焊接接头的界面组织主要为Fe(Al)固溶体及少量弥散分布的针状FeAl3相;摆动激光焊接接头的最大拉剪强度可达117.5 N/mm,相比于常规激光焊接接头提高了约45%,接头断裂位置为不锈钢与焊缝交界处。     

Electronic and Magneto-Transport Across the Heusler Alloy (Co2FeAl)/p-Si Interfacial Structure

Electronic and magneto-transport across the Heusler alloy Co₂FeAl (CFA)/ p-Si structure have been studied. The morphology of the Heusler alloy film surface has also been characterized by atomic force microscopy and magnetic force microscopy (MFM). X-ray diffraction data revealed formation of the CFA alloy phase with the L2₁ structure. MFM results revealed formation of a fine domain structure of average size ～10 nm and magnetic signal strength 0.23°. The I–V characteristics are strongly temperature-dependent between ～80 K and 300 K for forward bias, compared with weak temperature dependence on reversing the polarity. At low temperature the I–V characteristics have the features of a backward diode. The observed strong temperature dependence is because of thermionic emission of carriers across the interface. The weak temperature dependence is because of dominant field-emission tunnelling of carriers across the interface. Large magnetic field sensitivity of the reverse current has also been observed. The observed magnetic field sensitivity for the reverse current shows the involvement of electronic spin in transport across the interface, from the Heusler alloy to the silicon. An MR of ～35% in the presence of a magnetic field was estimated from the I–V data. The study has shown that spin-dependent tunnel transport from the CFA alloy to silicon across the interface results in the observed value of MR, which seems to be because of spin scattering.     

镀锌钢激光添粉焊接的等离子体监测机理

采用CO2激光器对1.6mm厚的B340/590DPD+Z镀锌钢板间添加不同量铜粉进行了激光搭接焊。基于光谱仪采集的焊接等离子体光信号,分析添加铜粉对焊接过程产生的等离子体光信号的影响,以及焊接气孔与等离子体光信号的关系。焊后采用扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)对焊缝截面扫描,检测铜元素的平均含量及气孔内壁主要元素的分布变化。研究结果表明,添加铜粉较未添加铜粉激光搭接焊时,等离子体温度振荡显著降低,平均温度下降约5000K;气孔内壁存在着铜锌固溶体合金,且焊缝中的气孔缺陷与CuI324.8nm谱线强度存在着关联。此结果为镀锌钢添加粉末激光焊接监测提供了理论依据,并为等离子体控制技术提供了一种新的方法。     

激光熔覆Co基合金温度场的数值模拟

为了分析Co合金熔覆的温度场,采用有限元法建立了低碳钢表面上激光熔覆预置钴基合金粉末过程的3维模型,考虑温度变化对热物理参量的影响以及表面对流换热和辐射散热等影响因素,使用SYSWELD软件对激光熔覆过程中的温度场进行了分析,并进行了验证。结果表明,激光熔覆过程中的温度场变化是由非稳态到稳态的过程,光斑附近等温面较为密集,远离光斑处等温面较稀疏;在其它工艺参量不变的情况下,扫描速率为5mm/s时熔覆过程的稀释率为8.26%,可以获得良好的冶金结合;利用SYSWELD软件的校核功能,获得了扫描速率为3mm/s和4mm/s时熔覆过程中较为合适的功率分别为1.6kW和1.87kW。研究结果对工艺参量的优化和控制熔覆层稀释率提供了借鉴和指导作用。     

肖特基接触的机理及不均匀性研究

对一般情况下肖特基接触的机理和肖特基势垒高度的影响因素做了系统分析,研究了肖特基接触特性的不均匀性及其原因,指出多晶界面势垒高度比同种材料的要低。通过实验,研究了金属/n-poly-Si0.83Ge0.17肖特基结的I-V-T特性,得到了势垒高度及影响因子与测试温度和外加偏压的依赖关系。研究发现:随着测试温度升高,表观理想因子变小,肖特基势垒高度变大;外加偏压增大,表观势垒高度和理想因子均变大。基于肖特基接触的不均匀性进行建模,得到了退火样品的表观势垒高度和理想因子近似为线性负相关的结论。     

Surface and interface properties of PdCr/SiC Schottky diode gas sensor annealed at 425°C

The surface and interface properties of Pd_0.9Cr_0.1/SiC Schottky diode gas sensors both before and after annealing are investigated using Auger electron spectroscopy (AES), scanning electron microscopy (SEM), and energy dispersive spectroscopy (EDS). At room temperature the alloy reacted with SiC and formed Pd_xSi only in a very narrow interfacial region. After annealing for 250 h at 425°C, the surface of the Schottky contact area has much less silicon and carbon contamination than that found on the surface of an annealed Pd/SiC structure. Palladium silicides (Pd_xSi) formed at a broadened interface after annealing, but a significant layer of alloy film is still free of silicon and carbon. The chromium concentration with respect to palladium is quite uniform down to the deep interface region. A stable catalytic surface and a clean layer of Pd_0.9Cr_0.1 film are likely responsible for significantly improved device sensitivity.     

炭基/锌掺杂铁磁体复合材料制备及其消光性能研究

为了实现抗红外烟幕高效环保的要求,同时实现质轻、宽波段吸波性能,采用一步水热法制备了炭基-锰锌铁氧体/镍锌铁氧体/钴锌铁氧体复合材料的前驱体,并在500~900 ℃的温度区间进行焙烧得到了炭基/锌掺杂铁磁体复合材料。通过X射线粉末衍射仪（XRD）、傅里叶红外光谱仪（FT-IR）、扫描电子显微镜（SEM）等表征方法,分析了复合材料的物相和形貌。根据朗伯比尔定律,采用傅里叶红外光谱仪的KBr压片法测试并计算了各材料在2.5~25 μm区间的红外消光系数,并且研究了焙烧温度对材料消光性能的影响。研究结果表明:炭基/锌掺杂铁氧体前驱体焙烧后生成的炭基/锌掺杂铁磁体复合材料的红外消光性能均有所增强,经过700 ℃焙烧后的炭/钴锌铁磁体红外消光系数最大,为0.25 m2/g,具有较好的红外消光性能。     

激光淬火及熔覆层性能与物相变化的拉曼光谱研究

利用拉曼光谱研究了45#钢激光淬火层的抗氧化性能和碳在淬火层内的状态,同时研究了镍基合金激光熔覆层内碳的结构形态转变和抗氧化性能。研究结果表明,45#钢中的碳主要表现为纳米非晶石墨和类金刚石结构,激光淬火可以明显提高45#钢表面的抗氧化性能并使碳颗粒细化。随着测试激光功率的增大,激光淬火层表面和次表面的拉曼光谱保持不变,而激光淬火层内部和基体的拉曼光谱发生非常明显的变化,出现了很强的-αFe2O3的拉曼信号。这表明45#钢激光淬火层的表面具有非常优异的高温抗氧化性能。发现在激光熔覆Ni02合金层与基体的接合部非晶碳可以转化为金刚石结构。熔池底部高的温度梯度和快速凝固过程中在界面处产生巨大的瞬间压力,可能是在该区域内非晶碳直接转化为金刚石的主要原因。     

激光深熔钎焊车用铝/钢异种金属试验研究

为了实现车用铝/钢异种金属良好连接,采用光纤激光对车用铝合金与镀锌钢对接接头进行了激光深熔填丝钎焊工艺试验,并对焊缝接头的成形、界面金属间化合物层,以及力学性能进行了分析。结果表明,铝合金一侧是激光深熔焊接接头,而镀锌钢一侧是钎焊接头;在镀锌钢与钎焊缝中间界面存在金属间化合物层,厚度小于10μm;金属间化合物主要为Al7.2Fe2Si和（Al,Si）13Fe4;拉伸试样主要断裂于铝合金热影响区处,平均抗拉强度为145MPa;接头的断裂方式主要是韧窝断裂。     

镍基高温合金激光熔覆涂层组织及性能研究

为了研究高温合金激光熔覆涂层组织演变及力学性能,采用激光熔覆技术在2Cr25Ni20耐热奥氏体不锈钢表面制备镍基NiCrFeMo高温合金涂层。使用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、能量色散光谱仪、显微硬度计等微观分析测试手段对该镍基高温合金涂层的微观组织形貌、物相种类、界面元素分布与偏析、各区域的硬度进行分析。结果表明, 基材与熔覆层结合位置至熔覆层顶部,依次由多种晶粒形态生成;Nb与Mo元素在熔池金属液体对流作用下向基材发生扩散,其它元素基本无扩散;熔覆层存在物相有γ-Ni和Cr₂Fe₁₄C,熔覆层结合位置包含物相Fe₂Ni₃, γ-(Fe, Ni)和Ni_0.9Nb_0.1;基材显微硬度平均值为252HV_0.3左右,熔覆层显微硬度平均值为285HV_0.3左右;经常温拉伸试验,与2Cr25Ni20钢力学性能比较,2Cr25Ni20钢修复件抗拉强度升高,强度增大,断后伸长率明显下降,塑性降低。此研究为后续钢炉转轴修复提供了可行性方案。     

Ni基合金/45#钢宽、窄带熔覆Co基合金的组织

利用 5kWCO2 激光器在Ni基铸造高温合金 4 5 #钢基体上宽带、窄带激光熔覆了H¨ogan¨as钴基合金 ,制备了无缺陷的涂层。用金相显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪对比分析了熔覆层的显微组织特征和相结构。结果显示 ,熔覆层均为由初生相γ Co枝晶和γ Co +Cr2 3C6 共晶组成。宽带熔覆层界面为垂直于界面生长 ,窄带熔覆层界面结晶方向受热流控制 ,为多方向结晶。 4 5 #钢熔覆层界面具有明显的白亮过渡层且宽带熔覆比窄带宽 ;Ni基合金熔覆层界面区很宽且不规则 ,无白亮色过渡层。沿熔覆层中心线的纵截面取样可见平行生长的枝晶     

碳纳米管对Ni60激光熔覆层的耐蚀性影响

利用自动送粉激光熔覆技术,在A3钢表面进行了Ni60合金添加碳纳米管的激光熔覆实验,采用静态浸泡法对相同工艺条件下获得的纯Ni60熔覆层和碳纳米管/镍基熔覆层的耐腐蚀性进行研究,在光学显微镜下观察样品表面腐蚀形貌,并对碳纳米管/镍基熔覆层的腐蚀机理进行了分析.结果表明:当碳纳米管的含量为0.3 wt%时,碳纳米管/镍基激光熔覆层的耐腐蚀性能最好,与纯Ni60激光熔覆层相比,耐腐蚀性提高1倍多.碳纳米管/镍基激光熔覆层耐腐蚀的原因在于熔覆层保留的碳纳米管使熔覆层更加致密,隔离了腐蚀介质,促进了镍基合金的钝化,从而提高了熔覆层的耐蚀性;同时,熔覆层中保留下来的碳纳米管和被分解的碳纳米管与金属基体形成碳化物,作为增强相均匀弥散在熔覆层中,它们的存在阻止了腐蚀坑的长大,因而蚀坑较小,耐腐蚀性得到提高.     

送粉激光熔覆结合界面组织结构与特性

采用OM、SEM、EDS等先进表面检测技术，研究了送粉激光熔覆Ni60自熔合金涂层与基体材料（45钢）间的结合界面区的一种固溶体组织结构特征，并分析了该组织形成的原因。     

双金属带锯条异种接头的CO2激光焊接实验研究

利用CO2激光对50CrNiMoVA超高强度合金带钢和W2Mo9Cr4VCo8高速钢扁丝构成的双金属带锯条进行了对接焊。分析讨论了激光束与对接缝的相对偏移量对焊缝成形的影响，通过金相实验、显微硬度实验和弯曲实验，对焊接接头的显微组织、显微硬度及韧性进行了分析，并讨论了焊后热处理对焊接接头组织、硬度及抗弯性能的影响。在不加过渡层情况下，得到成形平滑、无明显外观缺陷的异种金属焊缝，焊后经过1190 ℃分级淬火和560 ℃,2 h的3次回火热处理工艺，使得双金属带锯条的CO2激光焊缝经90°折弯而不发生开裂，其性能达到工业应用水平。     

激光熔覆高温合金及其应用

高温工模具的失效方式主要为工作面的热磨损和氧化热疲劳。针对这一特点，选用镍基高温合金＋ＷＣ和ＭＣｒＡＩＹ合金（Ｍ＝Ｎｉ，Ｃｏ）＋ＷＣ进行激光熔覆试验，并对激光熔覆层进行组织性能测试。结果表明，镍基高温合金＋ＷＣ有较高的热强性，而ＭＣｒＡＩＹ＋ＷＣ则有较佳的抗氧化性。将两类合金激光熔覆层应用于无缝钢管顶头上提高使用寿命１～４倍。其中以ＭＣｒＡＩＹ合金＋１０％ＷＣ激光熔覆顶头寿命最长。     

Low-temperature annealing of (Hg,Cd)Te

Many methods for the employment of (Hg,Cd)Te alloys employ anneals at temperatures <300°C to convert the p type left over from the growth process or to adjust the concentration of the native acceptors. An investigation of the kinetics of this annealing process has been performed as functions of (1) vacancy concentration; (2) composition, or the CdTe mole fraction in the alloy; and (3) temperature. If these anneals are carried out under mercury-saturated conditions, the tellurium precipitates in the material, which result either from the growth process or from specific thermal histories, are annihilated by in-diffusing mercury, which results in a significant multiplication of dislocations. This interface, delineated by defect etching, has been employed to investigate the kinetics of the annealing process. These results will be unaffected by the uncertainties introduced in determining this interface by electrical measurements, which arise from incomplete ionizations of the metal vacancies at 77 K for Hg_1−xCd_xTe with CdTe mole fractions exceeding ∼0.26. The annealing rate appears to be strongly dependent on both the temperature and composition of the alloy, decreasing with increasing CdTe mole fraction, within 0.15 and 0.5, with the behavior resembling a composition-dependent, activated-diffusion process. The depth of the interface appears to vary inversely as the root of the metal-vacancy concentration.     

铝/钢异种金属无钎剂激光填粉熔钎焊接

采用宽带激光光斑和填粉焊接技术,在不使用钎剂的情况下进行6061铝合金/镀锌钢板的熔钎焊接实验。分析测试了接头成形、焊缝组织和接头强度,并探讨了影响接头强度的因素。结果表明,采用此方法可实现6061铝合金/镀锌钢板的熔钎焊连接。选用优化的焊接工艺参数获得了成形饱满,无裂纹、气孔等缺陷的焊缝。焊缝熔宽和金属间化合物层厚度随焊接热输入量的增加而增大。熔钎焊缝中金属间化合物由Al-Fe和Al-Fe-Si系统化合物组成。拉伸试样均断裂在钎料/镀锌钢界面,接头最大机械抗力为152.5 N/mm,断口呈脆性断裂特征,钎料/镀锌钢界面为接头的薄弱环节。拉伸试样铝一侧断裂面由Al5Fe2Zn0.4和α-Al组成。焊缝熔宽、金属间化合物层厚度共同决定了接头的机械抗力水平。     

III-V alloy heterostructure high speed avalanche photodiodes

Heterostructure avalanche photodiodes have been successfully fabricated in several III-V alloy systems: GaAlAs/GaAs, GaAlSb/GaSb, GaAlAsSb/GaAlSb, and InGaAsP/InP. These diodes cover optical wavelengths from0.4 to 1.8 mum. Early stages of development show very encouraging results. High speed response of <35 ps and high quantum efficiency >95 percent have been obtained. The dark currents and the excess avalanche noise will also be discussed. A direct comparison of GaAlSb, GaAlAsSb, and InGaAsP avalanche photodiodes is given.     

不锈钢化学镀Ni-P合金镀层的性能研究

讨论了不锈钢上化学镀Ni-P合金镀层的工艺,重点是不锈钢基体的前处理工艺、镀液温度和PH值.对镀层成分和结构的分析、结合力测试表明,用文中提出的前处理工艺对不锈钢基体处理后,再进行化学镀能获得性能可靠的Ni-P合金镀层.