γ-TiAl基合金用Al2O3-SiC-AlPO4复合涂层抗高温氧化性能研究

目的 通过表面涂层提高γ-TiAl基合金的抗高温氧化性能。方法 采用常规喷涂涂料法在γ-TiAl合金基体上制备Al2O3-SiC-AlPO4磷酸盐复合抗高温氧化涂层。研究γ-TiAl合金和涂层样品在900 ℃、静态空气条件下的准等温氧化动力学行为。用XRD和SEM/EDS分别对涂层样品氧化前后的物相组成、组织形貌和微区成分进行表征分析;用电子探针(EPMA)分析涂层样品的元素分布情况。结果 900 ℃恒温氧化动力学研究结果表明,γ-TiAl基合金初期氧化速率常数为32.501×10⁻² mg/(cm².h^1/2),与后期氧化速率常数28.113× 10⁻² mg/(cm².h^1/2)基本接近,呈直线规律,不具有抗氧化性能;而Al2O3-SiC-AlPO4磷酸盐复合涂层样品氧化后期氧化速率常数为5.967×10⁻² mg/(cm².h^1/2),与氧化初期8 h内氧化速率常数23.941×10⁻² mg/(cm².h^1/2)相比,明显降低,遵循典型抛物线规律,具有抗氧化性能。微观分析结果表明,原始涂层与γ-TiAl合金基体结合紧密,涂层主要相组成为Al2O3、SiC、SiO2;AlPO4以无定形状态构成涂层连续相。氧化后,AlPO4演变成晶态,形成涂层致密的网络结构;部分基体钛元素扩散进入涂层中疏松部位,氧化后形成TiO2弥散分布在涂层中,填补了涂层疏松部位,使涂层更加致密;在涂层与基体界面2 μm区域内形成连续致密Al2O3膜,阻挡了空气中的氧进一步扩散进入基体。结论 Al2O3-SiC-AlPO4复合涂层有效降低了γ-TiAl基合金氧化速率,有助于形成保护性Al2O3膜,明显改善了900 ℃ γ-TiAl基合金抗高温氧化性能。     

添加Al(NO3)3对镁合金表面水滑石蒸汽涂层耐蚀性能的影响

目的 研究原位蒸汽法制备层状双金属氢氧化物(LDH)的反应机理,以及添加Al(NO3)3对AZ91D镁合金表面水滑石蒸汽涂层耐蚀性的影响和耐蚀机理。方法 在蒸汽源中添加不同浓度的Al(NO3)3,以提供Al³⁺,采用原位蒸汽法在150 ℃下进行5 h水热反应,在AZ91D镁合金表面制备水滑石蒸汽涂层。使用XRD、FT-IR、SEM、EDS 等测试手段对水滑石蒸汽涂层进行表征,通过动电位极化、电化学阻抗和盐雾试验,研究水滑石蒸汽涂层的生长机理及腐蚀机理。结果 基于不同浓度梯度的Al(NO3)3,在AZ91D镁合金表面成功制备了水滑石蒸汽涂层,涂层的主要组成物相为Mg(OH)2、Mg-Al-NO3⁻LDH、Mg-Al-CO3²⁻LDH。Al(NO3)3/LDH相较于未添加Al(NO3)3得到的LDH,其生长均匀、结构致密,耐腐蚀性能由大到小的顺序为LDH-100、LDH-200、LDH-50、LDH-20、LDH、AZ91D镁合金。水滑石蒸汽涂层的腐蚀产物主要为Mg(OH)2、MgCO3。结论 在添加100 mmol/L的Al(NO3)3作为蒸汽源时,充足的Al³⁺保证了合成结构致密水滑石的需要,副产物最少,且耐蚀性最好。最后,讨论了水滑石蒸汽涂层的生长机理和腐蚀机理。     

超音速激光沉积Cu-Al2O3-石墨复合涂层微观结构及耐磨损性能

目的 研究不同石墨含量对超音速激光沉积Cu-Al2O3-石墨复合涂层的微观组织、显微硬度、耐磨损性能的影响。方法 利用扫描电子显微镜、能量色谱仪、维氏硬度计、激光共聚焦扫描显微系统、X射线衍射仪、摩擦磨损测试对复合涂层的微观组织、显微硬度、耐磨损性能及磨损机制进行分析。结果 随着原始粉末中镀铜石墨质量占比的增加,Cu-Al2O3-石墨复合涂层的沉积效率逐渐降低。基于Al2O3颗粒的原位喷丸效应及激光辐照的加热软化效应,复合涂层具有致密的微观组织,且复合涂层与基体界面结合良好。单一添加Al2O3颗粒可以将Cu涂层的硬度从108.19HV0.2提高至121.82HV0.2。随着石墨含量的增大,涂层的显微硬度逐渐降低,镀铜石墨在原始粉末中的质量分数从5%增至15%,Cu-Al2O3-石墨复合涂层的硬度从116.09HV0.2降至94.17HV0.2。添加石墨能够在复合涂层表面形成固体润滑层,降低复合涂层的摩擦因数,提升涂层的耐磨损性能。CuAlGr10复合涂层具有最优的耐磨损性能,磨损率为0.7×10⁻⁴ mm³/(N.m)。此外,由于激光辐照促进了复合涂层内部颗粒间的界面结合,均匀分散在石墨润滑相中的Al2O3颗粒作为负载支撑和耐磨相,可进一步降低复合涂层的磨损率。结论 Cu-Al2O3-石墨复合涂层优异的耐磨性能是润滑相石墨颗粒和硬质增强相Al2O3颗粒共同作用的结果,石墨的添加能够降低复合涂层的摩擦因数,提升涂层的耐磨损性能,但过量的石墨颗粒会对涂层产生割裂作用,导致增强相Al2O3颗粒脱离涂层,从而加剧涂层的磨损。     

P110钢冲刷腐蚀预测模型的构建及其机理研究

目的 探究高温高压环境下P110钢在不同冲刷速度和角度下的腐蚀行为规律,揭示其冲刷腐蚀机理,建立腐蚀预测模型,以期指导油气田材料腐蚀防护与腐蚀预测。方法 采用电化学工作站和高温高压反应釜,开展高温高压冲刷腐蚀实验。采用金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪等对冲刷腐蚀前后材料的微观组织结构、化学成分及物相进行表征。此外,通过调研文献数据,基于随机森林(Random Forest,RF)算法构建了P110钢的冲刷腐蚀预测模型,并开展了预测准确性研究。结果 在3 m/s的冲刷速度下,随着冲刷角度的增加,自腐蚀电流密度由30°的2.19×10⁻⁴ A/cm²降低到90°的1.449×10⁻⁴ A/cm²。在30°的冲刷角下,随着冲刷速度的增加,自腐蚀电流密度由0 m/s的6.30×10⁻⁵ A/cm²增加到3 m/s的2.19×10⁻⁴ A/cm²。腐蚀产物具有双层膜结构,外层主要由FeCO3组成,内层主要为Fe2O3。腐蚀预测模型分析结果表明:温度对P110钢的腐蚀速率影响程度最大,其次是CO2和冲刷速度。结论 在高温高压环境下,P110钢能够产生Fe2O3和FeCO3的双层腐蚀产物膜,随着冲刷速度的增加和角度的降低,腐蚀产物膜完整性破坏,腐蚀加剧。腐蚀预测模型具有良好的性能,能够有效预测腐蚀速率。     

超高频脉冲电流作用下纳米Al2O3颗粒对Mg-Gd-Y-Zr合金微弧氧化涂层的影响

目的 进一步提高Mg-Gd-Y-Zr合金微弧氧化涂层的耐腐蚀性能。方法 采用超高频微弧氧化技术在含有Al2O3纳米颗粒的溶液中制备了微弧氧化涂层。利用扫描电子显微镜(FESEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对微弧氧化涂层的表面形貌、截面形貌、成分和晶体结构进行分析。利用极化曲线和电化学阻抗谱(EIS)测试了涂层的耐腐蚀性能。结果 频率由0.5 kHz提升至20 kHz后,涂层表面放电孔洞面积由0.07~24.4 μm²降低至0.08~6.3 μm²,涂层的孔隙率由6.47%减小至3.35%。Al2O3纳米颗粒的添加使超高频涂层表面形成大量自封闭孔洞结构,进而进一步降低了涂层表面的孔径面积(0.1~ 4.63 μm²)和孔隙率(0.97%)。极化试验表明,提高频率至20 kHz,涂层的自腐蚀电流密度由4.7×10^‒6 A/cm²降低至4.7×10^‒7 A/cm² ,添加 Al2O3纳米颗粒,涂层的自腐蚀电流密度进一步降低至1.7×10^‒7 A/cm²,表明其耐蚀性能显著提高。阻抗谱显示,20 kHz-Al涂层具有最大的阻抗,说明该工艺可有效提高微弧氧化涂层的耐蚀性能。 结论 超高频可有效降低放电孔洞尺寸,提高微弧氧化涂层的致密性,改善涂层的耐腐蚀性能。超高频与Al2O3纳米粒子的协同作用使涂层表面形成自封闭孔洞结构,进一步提高微弧氧化涂层的致密性和耐腐蚀性能。     

a-C∶H和ta-C涂层对7075铝合金的摩擦学特性

为了评估 a-C ∶H 和 ta-C 涂层应用于铝合金干式切削刀具表面防护的可行性,在 M2 高速钢基底上,用 RFPECVD 方法沉积 a-C ∶H 涂层,用磁过滤阴极真空电弧方法沉积了 ta-C 涂层。 通过热重试验观测两种涂层在升温过程中的质量变化。 将这两种涂层在大气环境退火,用拉曼光谱等方法表征涂层的结构,用纳米压痕法测量涂层硬度。 通过大气环境下的球盘摩擦磨损试验,比较 a-C ∶H 和 ta-C 涂层的对7075 铝合金摩擦学性能。 结果显示:经过 400 ℃退火,a-C ∶H 涂层硬度从24. 8 GPa 下降至 20. 0 GPa,ta-C 涂层硬度从 28. 7 GPa 增加至 30. 8 GPa;a-C ∶H 涂层对7075 铝合金的摩擦因数从 0. 17 下降至 0. 14,ta-C 涂层摩擦因数保持不变为 0. 12;a-C ∶H 涂层磨损率从1. 9×10 ^-15 m ²·N ^-1上升至 2. 4×10 ^-15 m ²·N ^-1 ,ta-C 涂层磨损率从 8. 0×10 ^-16 m ²·N ^-1上升至 9. 2×10 ^-16 m ²·N ^-1 。当采用 7075 铝合金为对偶摩擦件时,ta-C 具有比 a-C ∶H 涂层更低的摩擦因数和磨损率,而且随温度变化更稳定,因此 ta-C 是一种更有前途的铝合金干式切削刀具防护涂层。     

电流密度对ZK60镁合金表面超疏水涂层的制备及耐腐蚀性的影响

为了提高镁合金的耐腐蚀性能,基于层状双氢氧化物（LDHs）膜在ZK60镁合金表面制备了超疏水（SH）涂层。涂层制备过程中引入电场辅助,研究了工作电流密度对涂层性能的影响。结果表明,工作电流密度显著影响LDHs膜的微观结构,这对SH涂层的疏水性具有重要影响。当工作电流密度为25 mA/cm²时,SH涂层表面呈现均匀的微纳米结构,并表现出超疏水性。超疏水涂层的腐蚀电流密度（I_corr=9×10^-7 A·cm^-2）比ZK60基体的腐蚀电流密度（I_corr=3×10^-5 A·cm^-2）低了2个数量级,表现出优异的耐腐蚀性。     

激光热喷涂Co30Cr8W1.6C3Ni1.4Si涂层在PAO+2.5%MoDTC油中摩擦学特性

为了提高TC4合金的耐磨性能,采用激光热喷涂技术在其表面制备了Co₃₀Cr₈W_1.6C₃Ni_1.4Si涂层。通过扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）分析了涂层的形貌和物相,并通过摩擦磨损实验研究了涂层在PAO+2.5% MoDTC（质量分数）油中的磨损行为。结果表明,激光热喷涂的Co₃₀Cr₈W_1.6C₃Ni_1.4Si涂层主要由Ti、WC_1-x、CoO、Co₂Ti₄O和CoAl相组成,在涂层界面形成冶金结合。在激光功率为1000、1200和1400 W时所制备的涂层平均摩擦因数分别为0.151、0.120和0.171,其对应的磨损率分别为1.17×10^-6、1.33×10^-6和2.80×10^-6 mm³?N^-1?m^-1,磨损机理为磨粒磨损,其枝晶尺寸对降磨起主要作用。     

Ti基板上磷酸钙薄膜的电沉积

主要研究电沉积条件如何影响沉积产物磷酸钙涂层的晶相。实验采用金属Ti作为基板,电解液为Ca(NO3)2(45mmol/L)与NH4H2PO4(25mmol/L)的稀混合液,通过改变沉积温度、沉积时间、电解液的pH值等参数,利用XRD、SEM表征沉积产物。结果显示:温度对晶相转变的影响最大,37℃时获得的晶相只有DCPD(CaHPO4·2H2O),当沉积温度升高到60℃时,HAP(Ca10(PO4)(OH)2)相含量增加。沉积时间对沉积产物的晶相类型没有影响。随着pH值的升高,DCPD和OCP(Ca8(HPO4)2(PO4)4·5H2O)相含量均在增加,证明高pH值不仅能影响晶相生长,而且能诱导晶相转变。SEM结果表明,在3V的沉积电压下,都能够得到厚度均匀的沉积涂层,但是以45℃为沉积温度并沉积15min时,Ti基板上得到的磷酸钙盐涂层最均匀,并且得到的HA前躯体比较有利于实验后处理,以得到质量较好的HA涂层。     

微弧氧化镁表面钙磷生物涂层的制备及性能

为改善镁合金的骨植性能,采用微弧氧化处理和电沉积钙磷涂层相结合的方法在纯镁表面制备具有生物活性的复合涂层,研究了复合涂层在模拟体液和细胞培养液中的组织结构演化、腐蚀行为、骨形成能力和细胞粘附行为。 微弧氧化镁表面沉积的钙磷相为二水合磷酸氢钙(DCPD)。 电沉积过程中 DCPD 优先在微弧氧化层的通孔和放电通道处形核、随后长大并覆盖微弧氧化层而起到封孔作用。 涂覆后镁的低频阻抗模值在浸泡初期超过了 10⁵ Ω·cm² ,且在 120 h 内基本保持稳定;腐蚀电流密度与纯镁相比下降了约 3 个数量级,复合涂层显著地提高了镁的耐蚀性。 复合涂层在模拟体液和细胞培养液中均表现出了诱导羟基磷灰石(HA)沉积的能力,在细胞培养液中浸泡 14 d 后涂层表面出现球状类骨 HA 组织;细胞黏附试验中,活细胞几乎黏附在整个涂层表面,表现出良好的骨形成能力和细胞活性。     

一种基于点压技术的新型晶圆键合方法

金金热压键合法在半导体制造领域中应用广泛，为了进一步改进该键合方法，首次提出了一种基于点压技术的新型晶圆键合方法，并研究了工艺温度、压强以及时间对点压键合法单点键合面积的影响. 通过超声扫描显微镜图像，着重比较了传统金金热压键合法与点压键合法的键合面积比. 对点压键合法的可选择键合性进行了讨论. 结果表明，点压键合法工艺步骤简单，工艺稳定性较好，且具有一定的可选择键合特性，在半导体制造领域中将具有广泛的应用前景.     

BONDING PROCESS AND MECHANISM OF ALUMINUM ALLOY BONDING SHEET

１ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴｈｅｔｈｒｅｅｌａｙｅｒａｌｕｍｉｎｕｍａｌｏｙｂｏｎｄｉｎｇｓｈｅｅｔ（ＡｌＳｉ／ＡｌＭｎ／ＡｌＳｉ）ａｓｏｎｅｏｆｔｈｅｋｅｙｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒａｌｕｍｉｎｕｍｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒｓｈａｓａｗｉｄｅａ...     

铜与45钢扩散接合的研究

利用自制小型真空扩散接合装置研究了铜与45钢的扩散接合,并对接合区的原子迁移行为及组织和硬度变化进行了分析。结果表明:铜与45钢实现扩散接合的最佳工艺参数为:T=800～850℃,p=3MPa,t=15～30min。     

键合时间对粗铝丝超声引线键合强度的影响

试验研究了不同超声功率条件下,键合时间对粗铝丝引线键合强度的影响规律.试验中记录了每种键合试验的键合时间,采集了每一个键合点的剪切测试力作为键合点抗剪强度的表征,记录了每个键合点的状态.结果表明:(1)在小超声功率条件下,键合强度对键合时间敏感;在大超声功率条件下,敏感性下降;(2)短键合时间条件下主要键合失败形式为剥离和无粘接,表明键合界面的原子扩散不够;(3)大超声功率长键合时间条件下的键合失败形式多为根切,表明键合界面的原子扩散虽然足够,但长时间的超声振动也会使粗铝丝产生疲劳断裂,形成过键合.     

Temperature effect in thermosonic wire bonding

1 Introduction Currently, thermosonic wire bonding and flip chip bonding are the main electrical packaging types in first level IC chip manufacture domain. Wire bonding is simple and somewhat mature, and nowadays it holds 75% in all electrical packaging …     

异种金属爆炸焊结合层的电子显微镜研究

用TEM研究了γ/α不锈钢、铜/碳钢和黄铜/不锈钢三对不同金属爆炸焊的结合层。观察表明爆炸焊是通过接触面之间的扩散及局部熔化实现的。结合层的组织不仅和两侧金属的成分有关,还与它们的热导、熔点及再结晶温度的差别有关。由于熔区小,冷却速度快,可得到非晶、微晶,形成稳定相或亚稳相等不同组织。扩散层很薄,从几个原子距离到10~(-1)μm量级。如两种金属的热导及再结晶温度相差较大,则再结晶和回复区在热导好、再结晶温度低的一侧比另一侧清楚。形变区的组织与晶体结构及层错能有关。     

TEM STUDY OF BONDING LAYERS IN DISSIMILAR ALLOY EXPLOSIVE BONDING JOINTS

The bonding layers in dissimilar alloy explosive bonding joints,γ/α stainless steels,copper/carbon steel and brass/γ-stainless steel have been studied by means of TEM tech-nique.The results show that the bonding is obtained by diffusion and local melting at the con-tact surface.The structure of bonding layer not only responds to the compositions of the bond-ing alloys,but also the difference between their thermal conductivities,melting points andrecrystallization temperatures,Because of the small molten region and fast cooling rate,thestructure of molten region could be amorphous or microcrystals,and both stable andmetastable phases exsist.     

TA2-1060-TA2复合板爆炸焊接试验及性能测试

为了解决钛-铝在爆炸焊接过程中可焊性低并容易产生脆性金属间化合物等技术难题，选用低爆速粉状乳化炸药为试验用药，下限装药厚度和上限基复板间距为工艺参数，成功获得了100%复合的“1 + 14 + 1”TA2 - 1060 - TA2双面金属复合板. OM， SEM， EDS测试结果表明，复合板界面呈良好小波状结合；基复板流在波峰阻挡以及复板挤压作用下形成漩涡结构，其内部存在包覆熔融金属的铸锭组织；结合界面附件发生不同程度的元素扩散. 力学测试结果表明，复合板的弯曲强度为288 MPa、抗拉强度为165.5 MPa、界面处显微硬度峰值为227 HV，满足工业生产要求.     

面向再制造的环境友好型连接技术

研究了面向再制造的环境友好型连接技术,讨论了摩擦焊、扩散焊、钎焊以及陶瓷薄片焊的方法.提出金属和弹性材料(如Al2O3)之间可以通过摩擦焊进行连接,考虑了压力、应变和温度在连接面的不均分布,确定了连接中Al扩散到Al2O3对自身应力状态的影响.Al扩散到Al2O3的系数约为1.8×1013(m/s),扩散引起的应力范围为0.2～0.8MPa.扩散焊连接金属合金(如Fe-Al)与结构钢可以得到高抗拉性,应力范围为304～362 MPa.Al2O3与添加钛的金属合金通过扩散焊进行连接,该方法适用于旋转设备上的轴类连接.上述连接方法不仅适用于实验室研究,还可用于工业生产.     

轧制参数对钛/铝轧制复合板的结合强度和剥离面SEM形貌的影响

研究了钛/铝的轧制复合工艺对轧后结合强度和剥离面形貌的影响。试验结果表明,钛的变形程度是控制结合强度和剥离面形貌的主要因素;轧制时铝的温度对结合也有重要的影响。在钛和铝的热轧复合中并存着3种结合机制。