氮化和喷涂MoS2涂层的不锈钢试样振动后抗咬死性能分析

目的 研究氮化和喷涂MoS2涂层的异种不锈钢试样,经振动试验后的抗咬死性能及失效原因.方法 利用三角级数法转化得到了振动参数,对底座(Ⅰ型不锈钢)和拉杆(Ⅱ型不锈钢)的模拟件进行了气体氮化和常温喷涂MoS2涂层处理,采用三维显微镜、XRD、SEM、EDS和模拟振动试验平台对试样进行了表征.结果 Ⅰ型和Ⅱ型不锈钢氮化后的表面物相主要是γ′-Fe4N、ε-Fe2-3N和CrN.Ⅰ型不锈钢和Ⅱ型不锈钢表面的MoS2涂层厚度分别为30～40μm、20～30μm,氮化层的总厚度分别约为165、230μm.在模拟振动平台上,底座与拉杆咬死失效时间在30～45 min之间.底座和拉杆的上、下接触面磨损较严重,内接触面发生了轻微磨损.拉杆的下接触面发生旋转,上接触面继续保持接触,上下接触面的摩擦力大于拉杆的重力,从而发生了咬死现象.结论 底座和拉杆局部表面粗糙度增加、拉杆直径比底座内表面高度方向尺寸大0.28 mm、互溶性大且含立方晶体结构氮化物的氮化层之间直接接触,是振动45 min并旋转后试样发生咬死的主要原因.建议改进底座和拉杆的尺寸、表面处理层和工艺参数.     

基于飞秒激光和自组装技术提高树脂涂层疏水性的工艺

目的 针对超疏水涂料功能持久性差的问题,提出一种将飞秒激光加工技术与微球近场效应原理相结合在氟化有机硅树脂表面制备微纳米仿生结构的解决方案。方法 模仿蝴蝶翅膀鳞片微结构特征,以平滑的氟化有机硅树脂表面为基体,采用纳米自组装技术在其表面生长一层二氧化硅微球薄膜,然后设置飞秒激光器的参数,利用激光脉冲能量加工单层二氧化硅微球薄膜,二氧化硅微球颗粒对激光能量有进一步的聚焦加强作用,可以加工微纳米尺寸的结构。重点研究激光功率和扫描速度等参量对氟硅树脂图案形貌及疏水性的影响,并对比分析超疏水涂料和仿生微纳米表面的疏水功能持久性。结果 激光扫描速度和功率参量对仿生表面疏水性能的影响较大,在激光功率为9 mW、扫描速度为10 mm/s、加工间距为10μm时可以获得最佳疏水性能,其接触角达到150°以上,通过常用的摩擦磨损测试实验,对比分析实验结果发现,氟硅树脂层经历200～1000次摩擦后,其接触角（CA）的下降幅度低于传统涂料组,说明具有仿生纳米坑结构的表面的耐磨性更强。结论 利用飞秒激光加工的纳米微孔阵列结构可以明显提高氟硅树脂的疏水特性,并具有优异的持久性。     

电镀Zn-Ni工艺探索及涂层性能的研究

现役航空领域钢质紧固件通常使用锌镀层进行防护,该镀层性能较好,但单一锌镀层很难提供更高的抗腐蚀、抗磨损性能。以30CrMnSiA表面电镀Zn-Ni层作为研究对象,分别采用彩色钝化复合处理（ZnNi-C工艺）、ZnNi-A工艺和ZnNi-B工艺制备Zn-Ni镀层,研究工艺参数对Zn-Ni镀层的宏微观形貌、机械及耐环境性能的影响。结果表明：以二乙二胺、三乙醇胺等作为电镀液,彩色钝化复合处理（ZnNi-C工艺）优于ZnNi-A和ZnNi-B工艺;彩色钝化复合处理（ZnNi-C工艺）制备的镀层性能最佳,镀层表面光滑（摩擦系数约0.15）,镀层中Ni含量约13.8%（质量分数）,镀层耐中性盐雾寿命约1384 h。因此,Zn-Ni镀层可应用于飞机的钢质起落架、紧固件、销钉、碳钢附件等,并且起到腐蚀防护的作用。     

钽掺杂对多层Ta-DLC薄膜摩擦及腐蚀行为的影响

目的 解决316L不锈钢在苛刻海洋环境中易磨损、易腐蚀的问题。方法 采用中频磁控溅射技术在316L不锈钢上沉积了Ta/TaN/TaCN/Ta-DLC薄膜。通过扫描电子显微镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱、X射线衍射、纳米压痕、往复摩擦磨损试验和电化学测试等手段,重点研究了DLC膜层中Ta元素掺杂含量对薄膜结构、组成成分、力学性能、摩擦学性能和耐腐蚀性能的影响规律。结果 随着Ta元素含量(原子数分数)从2.04%增到4.16%,薄膜中的sp³键含量呈现先升高后降低的趋势,当Ta原子数分数为3.60%时,薄膜中sp³键含量最高,且薄膜的硬度及弹性模量达到最大,分别为7.01 GPa和157.87 GPa。随着Ta元素含量的增加,薄膜的平均摩擦因数逐渐减小,在4.16%(原子数分数)时达到最小0.21。Ta元素含量对薄膜的结合力影响较小,且所有薄膜结合力总体在10 N左右。当Ta原子数分数为3.60%时,薄膜的腐蚀电流密度及钝化电流密度最小,分别为0.006 μA/cm²和0.63 μA/cm²,比其他薄膜的低1~2个数量级,并且薄膜电阻及电荷转移电阻最大,展现出最为优异的耐腐蚀性能。结论 Ta元素的掺杂提高了薄膜的耐摩擦性能,且适当的Ta元素掺杂能够提高Ta/TaN/TaCN/Ta-DLC薄膜的耐磨耐蚀性能。     

超疏水仿生表面制造及其应用

采用等离子体反应气相沉积和飞秒激光技术分别对低表面能薄膜和方柱形微结构在钛合金上进行了制备。利用扫描电镜(SEM)对样品的表面形貌进行了表征。使用滴定角法对样品的疏水性能进行了评估。同时也对薄膜材料的力学性能进行了检测,获得了最佳工艺,并将上述2种技术复合,在钛合金上制备了仿生超疏水表面。结果表明:采用低表面能薄膜与微结构复合的方法,可以获得超疏水性能优异的钛合金表面,带有Cu薄膜的方柱形微结构水接触角可以达到156°,滚动角可达到8°。     

气压及偏压对磁控溅射TaN薄膜力学性能影响

采用电子回旋共振增强磁控溅射在不锈钢基体上制备六方相TaN薄膜,并研究了气压及偏压对TaN薄膜结构、力学性能的影响.利用X射线衍射、扫描电镜、原子力显微镜分析薄膜化学结构及形貌,利用纳米压痕、划痕实验仪对薄膜力学性能进行测定.研究表明,制备气压上升影响六方TaN相择优取向,气压、Ar/N2流量比及偏压改变对TaN薄膜力学性能有较大影响.实验证明在1.1×10-1 pa,偏压100 V下制备的TaN薄膜具有最高硬度32.4 GPa,最高结合力极限载荷27N.     

等离子体在零件表面强化与改性中的应用

离子注入与沉积技术在诸多领域有着广泛的应用.文章主要介绍微波ECR与MEVVA等离子体源及其相关设备的工艺特点,同时也介绍了它们在材料表面改性等方面的一些实际应用情况.     

基体偏压对316L不锈钢表面多层Ti-DLC薄膜摩擦及腐蚀行为的影响

在严苛海洋环境下,传统单一的Ti掺杂类金刚石薄膜（DLC）无法满足减摩耐磨及耐腐蚀性能的要求,仍须进一步探索。为促进DLC薄膜在严苛海洋环境下的应用,采用中频磁控溅射技术在316L不锈钢上制备Ti/TiN/TiCN/Ti-DLC复合薄膜。通过SEM、拉曼光谱、XPS、纳米压痕测试、摩擦磨损试验及电化学测试等方法,重点研究基体偏压对薄膜结构、力学性能、摩擦性能及耐腐蚀性能的影响规律。结果显示：随着基体偏压从-60V到-120V,薄膜中sp3-C/sp2-C比值逐渐增大,薄膜硬度及弹性模量逐渐增大;薄膜结合力呈现先增大后减小的趋势,在-80 V时达到最大24.5 N;在7 N的法向载荷下,薄膜磨损失效时间先增大后减小,偏压为-80 V时磨损寿命最长;316L不锈钢和所有薄膜的阳极极化曲线都表现出明显的钝化现象,在偏压为-120V时,薄膜的维钝电流密度比316L不锈钢低两个数量级,表现出优异的耐蚀性;薄膜电阻Rf和电荷转移电阻Rct逐渐增大,薄膜的耐腐蚀性能逐渐增强。Ti/TiN/TiCN/Ti-DLC复合薄膜的多层结构和元素掺杂相结合的设计有效提高了316L不锈钢的耐腐蚀性能和减摩耐磨性能...     

微纳结构超疏水表面的浸润性及防冰性能

以Ti合金为基体材料,通过超快激光加工微结构并复合纳米SiO₂/氟化聚氨酯涂料,获得微纳结构的涂层表面,并与涂料喷涂获得的纳米涂层表面和未处理的Ti合金表面进行对比分析。分别采用扫描电镜、超景深显微镜、接触角和冰结合力测量仪,研究分析未处理Ti合金表面、纳米结构表面、微纳结构表面的形貌、疏水性、防覆冰性能。结果表明:具有微纳结构的涂层表面具有最佳的超疏水性,接触角为158.9°;与未处理Ti合金表面、纳米结构表面相比,微纳结构表面冰结合力显著降低,表面冰结合强度约为410 kPa。      

类金刚石膜Ti,Zr掺杂对DLC性能的影响EI北大核心

主要针对类金刚石膜存在的内应力大、热稳定性差等缺点,通过反应磁控溅射技术制备了掺杂Ti,Zr金属元素的DLC薄膜,将掺杂Ti,Zr金属元素的DLC薄膜与未掺杂DLC薄膜进行了比较,结果表明掺杂金属的DLC膜能够明显降低薄膜内应力,提高薄膜热稳定性,对于含氢DLC膜,金属的掺杂还提高了薄膜的硬度,但掺杂后的摩擦系数变大。