抗固体粒子冲蚀物理气相沉积涂层的研究进展

压气机是航空发动机核心部件之一,其叶片常用钛合金制成。但钛合金本身质地较软,抗击固体粒子冲蚀能力较弱,空气中固体粒子在高速气流作用下将对压气机前级叶片造成严重冲蚀,从结构及航空动力学上降低发动机性能。同时,也使得发动机的寿命大幅下降。为提高压气机叶片的抗固体粒子冲蚀能力,通常在叶片上沉积具有一定硬度和韧性的抗冲蚀涂层。本文综述了国内外近年来抗固体粒子冲蚀物理气相沉积涂层的研究进展。指出多组元、多层膜结构涂层在拥有较高硬度的同时,可以获得较高韧性,具有良好的综合机械性能,是抗冲蚀涂层的理想选择。     

调制周期对CrAlN/ZrN纳米多层膜韧性的影响

目的研究调制周期对纳米多层膜性能的影响。方法采用磁控溅射方法制备了CrAlN与ZrN的固定厚度比为2.6,不同调制周期(Λ为6,8,10,20 nm)的CrAlN/ZrN纳米多层膜。利用场发射扫描电镜(FESEM)表征薄膜的形貌、结构。用Dektak150型台阶仪测薄膜表面粗糙度。用Agilent Technologies G200纳米压痕仪检测涂层的硬度和弹性模量。用划痕仪测薄膜/基材的结合力,同时,引入抗裂纹扩展系数(CPR)表征纳米多层膜的韧性。结果 CrAlN/ZrN纳米多层膜断面皆为穿晶柱状结构,调制周期为20 nm时,多层膜层与层之间的界面清晰;多层膜表面呈致密的花椰菜状,厚度均约为2μm。调制周期为8 nm时,硬度为20.4 GPa,进一步增大调制周期,硬度下降。调制周期为8 nm的多层膜临界载荷L_(c2)为18 N,CPR值为73.2,L_(c2)与CPR值均高于其他调制周期的多层膜。在临界载荷L_(c2)处,裂纹扩展导致薄膜发生了严重的片状剥落,露出了亮白的热轧钢基底,薄膜失去了保护作用。结论实验表明,在多层膜厚度、调制比不变的条件下,改变调制周期能够改变多层膜的韧性。随着调制周期的增大,韧性呈先上升、后下降的趋势。调制周期为8 nm时,纳米多层膜的硬度最高,韧性最好,综合性能良好。     

矿物掺和料-水泥浆体电学特性与其微结构的关系

采用循环伏安法和交流阻抗法系统研究了粉煤灰、矿渣粉和石灰石粉水泥浆体的电学特性,通过等效电路对电学测试结果进行拟合,并将拟合所得浆体电学参数与浆体化学结合水和压汞所测孔结构之间的相关性进行比较。结果表明：浆体的化学结合水与其电阻率具有较好的正相关性,即化学结合水越多,水化程度越大,浆体电阻率越高;粉煤灰和矿渣粉可以提高浆体电阻率,而石灰石粉在5%掺量下对浆体电阻率无影响;随着水化龄期的延长,浆体孔溶液电阻增大,其变化规律与浆体电阻率一致;浆体凝胶电容和凝胶电阻与C-S-H凝胶含量有关,二者有很好的负相关性;随着水化龄期的延长,浆体孔结构曲折程度提高,交流阻抗法所测得常相角指数减小,压汞测得的分形维数增大。     

透明导电ZnO:Al(ZAO)薄膜的结构及光电特性研究

ZAO薄膜是一种n型氧化物半导体材料,由于其大的载流子浓度和光学禁带宽度而表现出优良的光电特性。本实验采用射频磁控溅射工艺在无机玻璃衬底上制备ZAO薄膜,靶材为ZAO(3wt%Al2O3)陶瓷靶。系统研究了各工艺参数,如工作气压、射频功率、衬底温度和热处理条件对其结构和光电特性的影响。X射线衍射谱表明ZAO薄膜的(002)衍射峰的位置与纯ZnO晶体相比向低角度方向移动,薄膜中各晶粒具有六角纤锌矿晶体结构且呈c轴择优取向。原位制备的ZAO薄膜经热处理后电阻率降至7 5×10-4Ω·cm,可见光透过率在85%以上。     

多层平板单元组合沉淀池的三维两相流数值模拟

针对多层平板单元组合沉淀池,使用计算流体力学软件建立三维模型,对固液两相流进行了数值模拟,并从理论上解析了平板单元内部流场和污泥颗粒浓度场的情况。结果表明,平板单元的理论最佳平板数目为4,此时同等水量下可使沉淀池面积缩小为原面积的66%。在不同污泥浓度和不同池长情况下,该工艺理论上可使沉淀池面积缩小为原面积的59%~68%,并且能够发挥较好的强化沉淀效果。     

室温磁控溅射制备(Ti,Zr)N薄膜及其性能研究

采用直流反应磁控溅射工艺,在载波片和Al基材上制备出金黄色的(Ti,Zr)N薄膜.(Ti,Zr)N薄膜具有比TiN薄膜更高的硬度和更强的耐腐蚀性能.用XRD衍射方法和扫描隧道显微镜对薄膜的晶体结构、微观表面形貌和电子结构进行了测试分析.XRD结果表明,(Ti,Zr)N薄膜为多晶态,存在TiN和ZrN两种分离相;从表面形貌可知,薄膜表面平整,晶粒排列致密且无连接松散的大颗粒;STS谱表明,Zr掺杂后,禁带宽度仍为1.64eV,但在禁带内增加了新能级,新能级的宽度分别为0.33eV和0.42eV,这也正是掺杂Zr后,薄膜仍呈现金黄色的主要原因.     

Zr掺杂类金刚石薄膜摩擦性能及耐腐蚀性能的影响

目的改善不锈钢摩擦性能及耐腐蚀性能。方法通过线性阳极层离子源辅助非平衡磁控溅射法,制备了不同Zr含量的类金刚石(DLC)薄膜,采用扫描电子显微镜、拉曼光谱仪、纳米硬度仪、高温销盘磨损仪、电化学工作站,对薄膜的化学成分、显微结构、纳米硬度、薄膜摩擦性能及耐腐蚀性能进行测试研究。结果随着Zr靶功率的增大,Zr含量线性增加。Zr含量从4.9%增加至16.3%时,I_D/I_G增大,薄膜硬度从12.1 GPa逐渐下降至8.4 GPa;Zr含量增大至21.2%时,I_D/I_G减小,薄膜硬度增大至11.4 GPa。涂镀类金刚石薄膜的不锈钢基体比无涂层的不锈钢基体有更低的摩擦系数,更好的耐磨损性能。Zr掺杂DLC薄膜的最小摩擦系数为0.07。Zr含量从4.9%增加至16.3%,DLC薄膜的耐腐蚀性能减弱;Zr含量继续增加,DLC薄膜的耐腐蚀性能增强。当Zr含量不大于11.9%时,沉积Zr掺杂DLC膜的不锈钢基体的耐腐蚀性能比不锈钢基体的更强。结论 Zr含量不大于11.9%时,Zr掺杂类金刚石薄膜既可以有效地改善不锈钢基体的摩擦磨损性能,又可以大幅提高耐腐蚀性能。     

工艺参数对RF磁控溅射沉积铝掺杂氧化锌薄膜特性的影响

ZnO :Al(ZAO)是一种N型半导体薄膜材料 ,具有优良的光电特性 ,如低的电阻率和高的可见光透过率。本文利用射频磁控溅射技术在无机玻璃衬底上制备了ZAO透明导电薄膜 ,研究了工艺参数对其结构和光电特性的影响。结果表明原位制备的薄膜经热处理后具有c轴择优取向的六角纤锌矿结构 ,晶粒垂直于衬底方向柱状生长。薄膜的最小电阻率和可见光透过率分别为 8 7× 10 - 4 Ωcm和 85 %以上     

磁控溅射制备非晶态TiO2-V薄膜的光催化性能研究

采用磁控溅射方法,在玻璃基片上制备v掺杂非晶态TiO2薄膜,研究了射频掺杂功率、基片温度以及薄膜厚度等因素对薄膜光催化性能的影响.x射线衍射(XRD)及x光电子能谱(XPs)分析表明:薄膜为非晶态,薄膜主要成分为钛(Ti)和钒(V),其比例为8.7:l.光催化降解10mg/L的亚甲基蓝溶液实验表明:随着薄膜厚度的增加,光催化降解率递增,当厚度达129nm时,薄膜对亚甲基蓝的降解率为83.36%.     

纳米氮化锆薄膜的光学性能研究

采用射频磁控溅射法在载玻片和硅片上制备了纳米氮化锆薄膜。结果表明,纳米氮化锆薄膜(10～29nm)呈非晶态,其光学特性在波长380～2700nm的范围内平均可见光透过率为82.86%,平均反射率低至10.78%。扫描隧道谱(SIS)分析表明薄膜禁带宽度E_g为2.99 eV,在可见光范围内光子多为透过,反射和吸收较弱。从薄膜的X光电子能谱图(XPS)可知,薄膜表面存在大量的ZrO_2,对于纳米级的氮化锆薄膜而言,表面相ZrO_2对整体光学性能的影响较大。