过滤式阴极电弧沉积类金刚石薄膜的特性分析

利用自行研制的过滤式阴极电弧沉积装置,在硅片和高速钢基体材料上获得了类金刚石薄膜,分别采用扫描电镜、原子力显微镜、喇曼光谱以及磨损实验等手段对薄膜进行了分析研究。结果表明,所获得的类金刚石薄膜为非晶态,sp3含量最高达70%;基体材料对成膜质量影响较大,在硅片上薄膜的摩擦系数可达0.08;同时偏压的变化会引起喇曼谱线中D峰和G峰位置向低频移动,半高宽σG增大、σD减小。     

热障涂层杨氏模量和泊松比的测试

为了降低航空发动机热端部件的温度,空气等离子喷涂已被广泛地应用。为确定热障涂层的残余应力、结合力、断裂韧性、疲劳裂纹扩展速率等性能和特性,需要知道其杨氏模量和泊松比。因为涂层厚度非常薄且使用时是结合在基体上的,所以需要一个能够在原处测量涂层的杨氏模量和泊松比的方法。采用等离子喷涂工艺在GH150高温合金上喷涂了MCrAIY和陶瓷层,利用一种改进的悬臂梁方法测量了热障涂层的杨氏模量和泊松比。这种无损测试方法为测定其他薄膜材料的杨氏模量和泊松比提供了借鉴。     

Effects of the Fabrication Processes of NC-Si:H Films on Their Mechanical Properties

Studies of nanoindentation were performed on nc-Si:H films to evaluate the effects of the fabrication processes on their mechani-cal properties. It is observed that with the decrease of the SiH4 contents, the grain size of the films increases gradually, and as does the crystalline volume fraction. The smaller the grains become, the more homogeneous the films, and the more even the hardness as well as the modulus will be. The hardness and the modulus will increase with the substrate’s temperature rising. The hardness and the modulus of the nc-Si:H films on the Si substrate prove to be higher than those on the glass substrate given the same technology parameters. How-ever, the films on the glass substrate appear to be more homogeneous.     

非连续湿热作用对T700/TR1219B复合材料宏细观性能的影响

为研究非连续湿热作用对碳纤维环氧树脂基复合材料性能的影响,对T700/TR1219B试样进行了吸湿-脱湿试验,测试了其拉神性能,并采用SEM观察试样侧面;通过原子力显微镜的峰值力纳米力学成像技术(PF-QNM)对树脂进行纳米压痕测试。结果表明:吸湿率从0变化到1.2%,T700/TR1219B复合材料的一次及二次吸湿行为均满足Fick定律;经吸湿-脱湿-再吸湿,试样的拉伸强度、弹性模量及树脂的硬度及弹性模量均呈现先上升后下降的变化趋势。     

动力传输齿轮表面闪温的部分弹流热分析

采用部分热弹性流体动力润滑理论对非修缘直齿轮的表面闪温进行了研究。通过数值计算过程,分析了齿轮在一个啮合循环中,表面粗糙纹理、表面粗糙度等形貌参数及工况参数对轮齿表面和油膜内闪温的影响规律。本文的研究方法对齿轮胶合机理和提高齿轮胶合承载能力的研究都是有意义的。     

铣削参数对7055-T6铝合金耐腐蚀性的影响

文摘研究了铣削工艺参数对切削力、表面粗糙度、轮廓与形貌、自腐蚀电位和电流密度的影响。结果表明:随着切削速度的增大,切削力与表面粗糙度呈现先增大后减小再增大的变化规律;随着轴向切深的增加,切削力与表面粗糙度都呈增大的趋势;铣削后刀面对已加工表面的挤压改善了铝合金的腐蚀性能;切削转速为4 000 r/min,轴向切深为0.25 mm时,加工表面耐腐蚀性能最优;在较大的轴向切深下,已加工表面易产生微裂纹,而导致腐蚀加剧。     

EB-PVD工艺中基板温度对材料形成过程的影响

针对电子束物理气相沉积（EB-PVD）设备的特点，研究基板温度对材料形成过程的影响。首先建立薄膜生长的基本扩散模型，然后用嵌入原子法（EAM）计算扩散激活能，以入射粒子跃迁概率表征入射原子在表面上的稳定程度，研究基板温度对低能Ni在Ni表面上扩散过程的影响。分别在较低（250～450K）和较高（750～1000K）两种温度下进行上述计算。研究结果表明，基板温度对跃迁概率的影响存在临界值，Ni为375K；当基板温度低于375K时，基板温度对跃迁概率影响很小，而当基板温度高于375K时，跃迁概率随基板温度增加呈指数增长；基板温度较低（Ni低于375K）时入射原子在表面上不扩散，易形成多孔疏松状材料，而较高的基板温度则有利于密实材料的形成。     

溅射工艺对TiAlN薄膜摩擦学性能的影响

研究利用反应磁控溅射法在高速钢基体上制备TiAlN薄膜材料,采用XRD测试薄膜晶体结构,用UMT显微力学测试仪测试薄膜摩擦系数.在此基础上讨论铝含量、直流偏压及后期处理对薄膜摩擦系数的影响.结果表明,不同铝含量的TiAlN薄膜中都存在面心立方相和六方相,随着铝含量的增高,面心立方相比例逐渐减小,六方相增多.铝的引入使膜层的硬度明显提高.随着Al含量增加,GCr15与TiAlN膜层之间的摩擦系数下降.另外,直流偏压和后期处理亦可显著改善薄膜的抗摩擦性能.     

航空轴承表面合成DLC薄膜的结构特征和滚动-接触疲劳物理模型

利用等离子体浸没离子注入与沉积（PIIID）复合强化技术,在AISI440C航空轴承钢表面合成了类金刚石碳（DLC）薄膜。Raman光谱分析揭示出所制备的DLC膜层主要是由金刚石键（sp³）和石墨键（sp²）组成的混合无定形碳膜,且sp³键含量大于10%。原子力显微镜（AFM）形貌表明,DLC膜层表面光滑,结构致密均匀,与基体结合良好。被处理薄膜试样在90%置信区间下的疲劳寿命L₁₀,L₅₀,特征疲劳寿命L_a和平均寿命较基体分别延长了10.1,4.2,3.5和3.6倍。ANSYS模拟结果显示,最大剪切应力出现在膜基结合处并且靠近膜层内部,最大值达到2 150 MPa。结合ANSYS模拟结果和扫描电镜（SEM）观察形貌分析发现,膜层内部存在的微观缺陷是滚动接触疲劳裂纹产生的诱因,循环载荷所形成的最大剪切应力和润滑油中污染颗粒的共同作用是疲劳磨坑最终形成的外在动力。建立了循环载荷条件下PIIID DLC/AISI440C轴承接触疲劳破坏的5阶段物理模型。     

钛表面阳极氧化处理对TA2/聚醚醚酮（PEEK）粘结性能的影响

为了改善TA2/C_f/PEEK纤维金属混杂层板中TA2/PEEK的界面粘结性能,利用NaTESi恒压阳极氧化法对TA2板进行表面改性。首先通过正交试验对阳极氧化工艺进行优化,对不同处理工艺的TA2板表面进行了XRD、SEM分析以及粗糙度的表征;其次,研究了钛板表面改性对TA2/PEEK界面结合强度及断裂韧性的影响。结合扫描电镜图进行表面粗糙度及剪切强度的极差分析,发现随着阳极氧化时间的增长,表面粗糙度减小,TA2/PEEK接头的单搭剪切强度下降。对不同工艺下单搭接头的拉伸剪切强度进行比较后,确定了利于提高TA2/PEEK界面结合强度的最优工艺为恒压10 V、在35℃下阳极氧化10 min;该种工艺处理后的钛板表面粗糙度为1.34 μm,其表面形貌为纳米颗粒,粒径尺寸为100~200 nm,在阳极氧化时间为10 min、电压为10 V时,其表面纳米颗粒分布最为均匀,该种形貌下制备的TA2/PEEK界面剪切强度达到19 MPa,失效模式为混合破坏;通过载荷-位移曲线、R曲线,对此工艺下TA2/PEEK界面I型层间断裂韧性进行了表征,发现其平均能量释放率为188.1 J/m²,相比于未经表面处理的试样增加了103.1%,阳极氧化工艺处理后的TA2/PEEK界面抗分层能力更好。     

阳极氧化膜厚度对TB8钛合金表面特性及其粘结性能的影响

采用以酒石酸钠为主盐的电解体系对TB8钛合金进行阳极氧化,研究阳极氧化膜厚度对TB8钛合金表面特性及其与环氧树脂粘结性能的影响。采用SEM、XRD和EDS分析了阳极氧化膜的微观形貌和晶体结构,采用角接触测量仪和三维视频显微镜分别对阳极氧化膜的表面润湿性和粗糙度进行测量。研究了不同厚度TB8钛合金阳极氧化膜的粘结性能与表面形貌、相组成、润湿性及粗糙度的关系。结果表明:采用以酒石酸钠为主盐的电解体系对TB8钛合金进行阳极氧化处理,氧化时间为15 min,电压为1~30 V时,能够在钛合金表面形成一层1~4μm厚的阳极氧化膜;氧化膜主要由金红石型和锐钛型TiO₂混合晶体组成,其表面具有微纳多孔的粗糙结构;随着厚度的增加,阳极氧化膜对水的润湿性能逐渐增强。当氧化膜厚度为3μm时,可获得最大粘结强度为19.6 MPa,相对于母材提高了88.5%,同时,水接触角为43.2°,相对于其母材减少了56.1%;粗糙度为2.14μm,相对于母材提高了137.8%。     

过滤式阴极电弧沉积类金刚石薄膜工艺研究

研究了过滤式阴极电弧沉积系统的稳弧工艺参数,通过正交试验获得最佳稳弧参数。并且研究了弯管内置挡板对宏观粒子过滤效果的影响。采用喇曼光谱研究了偏压对生成的类金刚石薄膜性能的影响,证明－１００Ｖ偏压下获得的类金刚石薄膜有最佳的ＳＰ３含量。扫描电镜测试表明,在（１１１）硅基片上获得致密的膜,但在高速钢基体上沉膜堆积现象比较严重,不易获得优质类金刚石膜。同时也给出了类金刚石的原子力显微照片（ＡＦＭ）,表明稳弧参数对类金刚石薄膜表面形貌有较大的影响。     

电参数对 7075铝合金微弧氧化膜硬度的影响

通过使用直流双脉冲电源对 7075铝合金进行微弧氧化试验,研究了正向电压、占空比和脉冲频率等电参数对铝合金微弧氧化膜层硬度的影响。通过正交试验,研究了单一水平因素下的膜层硬度平均值的变化规律,发现了通过电参数提升膜层硬度的方法;通过相对极差分析,发现正向电压对膜层影响程度最大,脉冲频率对膜层影响程度最小。提出了针对 7075铝合金微弧氧化膜硬度提升的电参数优化方案:提升氧化膜硬度,应优先考虑增大正向电压;保证氧化膜硬度的同时兼顾其他表面性能,应优先调整对膜层硬度影响最小的脉冲频率。     

工艺参数对2A12铝合金微弧氧化陶瓷层生长的影响

研究了正／负向电流密度、频率和正／负向占空比对铝合金微弧氧化陶瓷层生长的影响,采用扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）,分析了不同氧化时间陶瓷层表面和截面形貌、成分和相组成,讨论了陶瓷层的生长过程。研究表明,正／负向电流密度相同时,随电流密度的增加膜层厚度增大;而当正向电流密度相同时,负向电流密度增加有利于膜层的生长;成膜速率随脉冲频率和负向占空比增加,均呈现先增大后减小的趋势;陶瓷层总厚度随氧化时间接近于线性增长,致密层占总膜层的比例先快速增加,其后略微下降。SEM结果显示,随氧化时间延长,样品表面膜厚度趋于均匀,界面处氧化膜变得比较平坦。陶瓷层主要由α—Al2O3和γ-Al2O3相组成,随氧化时间的延长,γ-Al2O3相在陶瓷层中的相对含量逐渐减少。而α-Al2O3相的含量逐渐提高。     

沉积含Si过渡层对于不锈钢上沉积的DLC薄膜的性能影响

本文介绍了采用RF-PECVD法在3Cr13不锈钢基体圆片上沉积制备类金刚石多层膜,其内层薄膜为掺Si的过渡层,外层为不同厚度的在50～1000 nm之间的类金刚石薄膜（DLC）。实验结果表明沉积过渡层可以有效提高薄膜与基体的结合力。类金刚石薄膜的摩擦系数和薄膜在摩擦过程中的损坏情况都与外层薄膜的厚度有关。     

有机硅改性聚氨酯的制备及其对有机-无机层合玻璃性能的影响

以聚丙二醇和异佛尔酮二异氰酸酯为合成单体,γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)为有机硅源,采用预聚体法合成有机硅改性聚氨酯,并以其为中间粘接层,制备有机-无机层合玻璃。研究不同有机硅含量对改性聚氨酯光学性能、机械性能以及有机-无机层合玻璃界面粘接性能的影响。结果表明:在相同聚合条件下,随着KH-550含量增加,聚氨酯聚合程度降低,导致透明度降低、雾度增大,表面硬度降低;改性聚氨酯初始储能模量先增大后减小,硬段的玻璃化转变温度先增大后减小,均在KH-550添加量为1%时达到最大值。以聚氨酯胶层作为层合玻璃中间层,未改性的层合玻璃界面剪切强度为6.7 MPa,含有0.5%KH-550的层合玻璃界面剪切强度达到7.7 MPa。     

基于萤火虫算法的CFRP材料铣削刀具结构优化

为了提高CFRP零件的加工表面质量和刀具寿命,针对其铣削加工的刀具结构进行了优化。设计了刀具结构参数与CFRP材料铣削加工表面粗糙度、后刀面磨损量之间的正交试验。应用极差分析法分析了刀具结构参数对CFRP材料加工表面粗糙度、后刀面磨损量的影响规律,并应用多元线性回归法建立了刀具结构参数与表面粗糙度、后刀面磨损量之间的数学模型。基于此模型,采用FA萤火虫算法,优化了刀具的结构参数,并进行了实验验证。结果表明:在试验参数范围内,刀具结构参数对于CFRP工件铣削表面粗糙度的影响程度依次为:后角、螺旋角、前角。当刀具的后角、螺旋角和前角增大时,工件的表面粗糙度都呈减小趋势,但减小的快慢程度不同;刀具结构参数对于后刀面磨损影响程度依次为:后角、螺旋角、前角。当刀具后角增大时,后刀面磨损量迅速上升,当螺旋角增大时,后刀面磨损量减小,当刀具的前角增大时,后刀面磨损量先减小后增大。采用FA萤火虫算法优化后的刀具结构对CFRP材料进行铣削实验,实验结果值与建立的模型预测值误差较小,表面粗糙度的误差率为3%,刀具后刀面磨损量的误差率为7.6%。     

纳秒激光构造锡青铜粗糙表面的工艺研究

为了在考虑表面粗糙度条件下,对表面织构影响润滑性能的理论计算结果进行试验验证,提出了一种通过纳秒紫外激光在锡青铜样片表面构造不同粗糙度参数的方法.通过改变激光加工参数制备了不同表面粗糙形貌,并采用白光干涉共聚焦显微镜以及粗糙度仪对表面粗糙形貌进行表征.试验结果表明,表面粗糙度随激光扫描速度的增大而减小;扫描间距等于光斑直径50μm、扫描速度300mm/s时,表面粗糙纹理方向清晰,便于粗糙度方向参数的控制.通过控制粗糙度方向参数以及微织构方向控制,实现了与表面粗糙方向成规定角度的微织构阵列的制备.     

化学镀镍层对30CrMo及LY12疲劳性能的影响

研究了两种不同磷含量化学镀镍层的组织结构、硬度及弹性模量,并着重研究了３０ＣｒＭｏ及ＬＹ１２经化学镀镍后的旋转弯曲疲劳性能。结果表明,低磷微晶镀层较高磷非晶镀层具有更高的硬度、弹性模量和疲劳抗力;化学镀镍层导致了３０ＣｒＭｏ疲劳强度的显著下降,但能提高ＬＹ１２的疲劳强度,表明化学镀镍层对基体疲劳性能的影响作用主要取决于基体本身疲劳抗力的高低。     

Experimental and numerical investigation on surface quality for two-point incremental sheet forming with interpolator

The unsatisfied surface quality seriously impedes the wide application of incremental sheet forming (ISF) in industrial field. As a novel approach, the interpolator method is a promising strategy to enhance the surface quality in ISF. However, the mechanism for the improvement of surface quality and the influence of interpolator properties on surface roughness are not well understood. In this paper, the influences of process variables (i.e. tool diameter, step size and thickness of interpolators) on the forming process (e.g. surface roughness, forming force and geometric error) are investigated through a systematic experimental approach of central composite design (CCD) in two-point incremental sheet forming (TPIF). It is obtained that the increase in thickness of interpolators decreases the surface roughness in direction vertical to the tool path while increases the surface roughness in direction horizontal to the tool path. Nevertheless, the combined influence between thickness of interpolators and process parameters (tool diameter and step size) is limited. Meanwhile, the placement of interpolator has little influence on the effective forming force of blank. In addition, the geometric error enlarges with the increase of step size and thickness of interpolator while decreases firstly and then increase with an increase in tool diameter. Finally, the influencing mechanism of the interpolator method on surface quality can be attributed to the decrease of the contact pressure due to the increase of contact area with the unchanged contact force. Meanwhile, the interpolator method eliminates the sliding friction on the surface of blank due to the stable relative position between the blank and the interpolator.