装配式惯性开关的兆声辅助微电铸均匀性研究

在装配式惯性开关的电铸过程中,电场的边缘效应干扰了电力线在阴阳极间的均匀分布,导致铸层厚度均匀性问题突显,使得制作周期延长。为了缩短装配式惯性开关的制作周期,将兆声波引入到微电铸过程,以装配式惯性开关中电铸均匀性最差的滑块结构为例,开展改善微电铸层均匀性的研究工作。首先,利用COMSOL仿真分析软件对滑块结构有、无兆声波辅助条件下的微电铸加工过程中的电流密度分布和铸层厚度分布进行仿真。仿真结果表明,相对于无兆声波辅助微电铸加工,兆声波辅助微电铸加工可以有效改善铸层厚度均匀性。兆声波功率密度越大,铸层厚度均匀性越好。在数值模拟的基础上,对兆声波辅助电铸过程展开试验研究。试验结果表明,相对于无兆声波辅助微电铸加工,双向加载2.4 W/cm²的兆声波辅助微电铸加工的铸层厚度均匀性提高了51.78%,试验与仿真结果趋势一致。基于仿真和试验结果,将双向加载2.4 W/cm²的兆声波引入微电铸工艺,制作了总体尺寸20 mm×20mm、总高度900μm,符合设计要求的装配式惯性开关。与无兆声波辅助微电铸制作完成的装配式惯性开关相比,制作时间缩短了25%。     

大高宽比阶梯型铜微柱阵列的制作

基于THB–151N光刻胶的微电铸工艺制作了一种阶梯型铜微柱阵列。针对THB–151N光刻胶显影过程中20μm微盲孔显影困难和底部留膜的问题,提出了一种基于浸没式双向兆声波辅助的显影方法。仿真研究了兆声功率密度和微盲孔深宽比对显影液传质过程的影响。优选了兆声功率密度和微盲孔深宽比,并开展了兆声辅助显影的试验研究。同时,针对THB–151N胶膜因曝光剂量选择不当导致微盲孔侧壁垂直度差的问题,通过光刻试验分析了曝光剂量对微盲孔侧壁垂直度的影响,拟合出曝光剂量与胶膜厚度的经验方程。在上述工艺方法和试验研究的基础上,制作出高度300μm、整体高宽比达15∶1、最小边长20μm、4×6的阶梯型铜微柱阵列。     

脉冲电铸镍锰合金及其微观组织结构分析

利用冲液装置和高频窄脉宽脉冲电流,开展了镍锰合金的脉冲电铸试验。采用扫描电镜、透射电镜 及x射线衍射法对电铸层的沉积表面形貌、晶粒大小、相结构和结晶取向进行了测试与分析。     

精密电铸铜工艺的研究

分析了国内外精密电铸铜发展现状,提出了电流和添加剂对电铸层表面形貌的影响,以及铸液中添加剂的存在对基质金属铜的晶粒有明显的细化作用.使电铸层的显微硬度、耐磨性及抗拉性有明显提高.     

镍基高温合金GH4169磨削参数对表面完整性影响

研究了用单晶刚玉砂轮磨削镍基高温合金GH4169时,磨削参数对表面完整性中的表面特征(表面粗糙度、表面形貌、表面显微硬度和表面残余应力)的影响,以期优化磨削参数.砂轮速度依次选择15,20,25m/s,磨削深度分别选择50,100,150μm,工件速度分别选择5,10,15m/min.研究结果表明:表面粗糙度对工件速度的变化最敏感,表面显微硬度对砂轮速度变化最敏感,表面残余应力对砂轮速度变化最敏感;同时表明了磨削参数对磨削表面形貌、显微硬度梯度、微观组织、残余应力梯度的影响,揭示了表面完整性中的变质层形成规律.其塑性变形层在5～10μm,显微硬度变化影响层为80～100μm,残余应力影响层厚度为80～200μm,其为磨削镍基高温合金表面完整性控制研究提供相关的实验数据基础.      

一种新的电铸阳极轮廓设计方法

 拉瓦尔喷管的电铸层有一定的均匀性要求.在电铸过程中,电铸阳极的轮廓和位置决定了阴极表面电流密度的分布,并最终影响电铸层的均匀性.为此,设计了一种新的阳极轮廓优化方法,在进行阳极轮廓优化设计时,只需在编制的优化程序中输入阴极轮廓,通过ANSYS软件进行电场分析,程序根据阴极上不同位置电场强度的强弱,自动逐步调整对应点的阳极轮廓,以改善阴极表面的电流密度分布均匀性,即可得到优化后的阳极轮廓.采用该优化方法,可以快速得到所需的阳极轮廓,且通用性强.对某型喷管外壁进行阳极轮廓优化设计后,制得了厚度最大处与最小处比值为1.26的电铸镍层.     

电流类型对氨基磺酸盐型电铸Ni-Co合金组织及性能的影响

采用脉冲和直流电流制备Ni-Co合金电铸层。采用显微硬度计、能谱仪、扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪测试并观察铸层的显微硬度、钴含量和微观结构。结果表明:利用脉冲电流和直流电流制备的铸层显微硬度均较高,且铸层的显微硬度随电流密度(Dk)增大而呈下降趋势。但脉冲电流制备的铸层硬度下降趋势较直流电流制备的铸层下降缓慢。铸层钴含量随着电流密度(Dk)的增大而减少,脉冲电流制备的铸层钴含量下降较缓。电源类型对铸层表面形貌影响较大。采用脉冲电流,铸层晶包均匀,呈菜花包状;采用直流电流,铸层晶粒分布不均匀,呈块状。与直流电流相比,脉冲电流对铸层微观结构影响不大。     

真空电弧离子镀CoCrAlY涂层工艺研究

采用真空电弧离子镀工艺在渗铝后的镍基铸造高温合金表面制备CoCrAlY涂层,通过SEM、光学显微镜检查了沉积工艺参数对涂层表面颗粒状态、涂层组织形貌及涂层沉积速率的影响,优化了真空电弧离子镀工艺参数。经高温退火处理后,CoCrAlY涂层与渗铝层之间有明显的扩散层,涂层与渗铝层结合良好。     

铸型材料对钛铝金属间化合物的污染研究

利用金相组织观察,电子探针分析及显微硬度测试等方法研究了在铸钢生产中常用的几种铸型材料及氧化钙对钛铝合金铸锭表面的污染情况。试验结果表明：几种铸型材料对钛铝合金的表面硬化层厚度分别为氧化钙１６μｍ ,刚玉６０μｍ ,氧化锆１３０μｍ ,锆英砂１３０μｍ ,远低于对钛合金的污染层厚度,而且不发生粘砂。     

超声磨料对TC4钛合金电火花加工表面质量的影响

为改善TC4钛合金电火花加工表面质量,减少表面微裂纹、重熔层等表面缺陷,提出了基于电极振动的超声磨料电火花复合加工方法。在煤油工作液中混入12g/L的SiC磨料粉,进行了有无超声磨料作用的窄脉冲(脉宽小于1μs)电火花加工的表面粗糙度对比实验研究。实验结果表明:SiC磨料的超声振动作用使零件表面粗糙度Ra由0.5μm降到0.2μm左右;重熔层厚度、表面裂纹的扫描电子显微镜(SEM)照片显示,超声磨料作用使重熔层厚度减薄20～30μm,表面微裂纹得到有效控制;机理分析认为工作液高频振动及磨料对工件的冲击作用,是改善TC4钛合金电火花加工表面质量的主要原因。研究表明磨料的超声振动作用可显著改善TC4钛合金电火花加工的表面质量。     

铜基等离子体喷涂钨涂层性能

阐述了钨涂层微观结构影响机理以及涂层性能。通过等离子体喷涂工艺参数及微观形貌分析涂层微观结构和参数对涂层性能的影响,工艺参数主要包括喷涂功率、喷涂距离、送粉气量等。结果显示钨涂层是由钨粒子熔融沉积平铺成"圆饼状"或"花瓣状"的单层叠加而成,单层呈现柱状晶微观结构,厚度约10μm、直径约50μm的"圆饼状"单层是状态比较好的涂层结构。钨粒子熔化状态、沉积速率以及喷涂环境决定了熔化粒子的沉积形貌;与大气喷涂相比,真空喷涂钨涂层气孔率低、传热性能和结合性能较好,适合作为面对等离子体材料的制备技术。     

Nafion/金属的制备及电形变性能研究

采用化学沉积工艺和电镀工艺分别在Nafion表面制备了具有Ag电极和Ni-Ag电极的离子聚合物金属复合材料（IPMC）,并采用SEM和EDS分别对IPMC电极形貌及纵切面银元素分布进行了分析.结果显示具有Ni-Ag电极的IPMC中镍元素均匀且致密分布在复合膜表面,形成了一层较厚的双金属电极层;微观形貌观察显示银电极呈树枝状结构生长,金属银在Nafion膜内部呈梯度分布;电形变实验表明IPMC在1.25 V负载电压下,其电形变最大角度可达46°;失水实验表明在IPMC表面涂装一层密封油能有效减缓其失水率.     

热障涂层的制备及热震性能

采用电火花沉积+微弧氧化的方法在GH4169合金表面制备ZrO_2/NiCrAlY涂层,制备过程为:采用电火花沉积技术在GH4169基体表面先沉积厚度为250μm的NiCrAlY涂层,再沉积厚度为150μm的Zr涂层,最后通过微弧氧化的方法将Zr涂层氧化成ZrO_2涂层,从而得到ZrO_2/NiCrAlY涂层。采用Qauta 200F型场发射扫描电镜观察涂层的显微组织和形貌,研究ZrO_2/NiCrAlY涂层在不同温度下的热震性能,结果表明:当热震温度分别为750℃,850℃,950℃时,热震失效次数分别为51次、32次和19次,涂层的热震性能良好。     

通过非对称电极实现IPMC单向弯曲

针对常规对称电极的离子聚合物-金属复合材料(IPMC)在交流信号的作用下仅能够产生往复摆动这种单一运动形式对其开发利用的限制,通过在传统IPMC铂电极表面的一侧镀铜制备出非对称电极IPMC,实现了IPMC的单向弯曲。利用扫描电镜对样品铂电极层表面镀铜的厚度观察,结果显示在IPMC电极一侧分别电镀1.01μm、2.59μm、3.80μm铜层;通过激光位移传感器对样品末端的位移进行测试,结果表明,在正弦电压信号的激励下,非对称电极的IPMC有单向弯曲的趋势,当镀铜层厚度达到3.80μm,即铜层厚度与铂层厚度之比达到2.06时,IPMC正向最大位移与负向最大位移相差5倍,单向弯曲的趋势明显,且倾向于向更厚的铂铜复合镀层方向弯曲。     

铬硅共沉积及渗后热处理对不锈钢力学性能的影响

用原位化学气相沉积方法在Cr17Ni2钢表面共渗铬硅,通过工艺优化,获得了含铬27wt%、含硅2wt%左右的渗层,渗层厚度约为120μm,渗层为单相的α固溶体。共渗后的热处理工艺对渗后材料的力学性能有较大的影响。     

磁流变弹性体砂轮抛光镍基高温合金表面完整性研究

为了改善磨削后镍基高温合金GH4169的表面完整性,本文采用磁流变弹性体砂轮对镍基高温合金GH4169进行抛光试验研究。首先,通过模压成型的方法制备了磁流变弹性体砂轮,并对其表面微观形貌及不同磁场强度下的硬度进行了表征。其次将制备出的磁流变弹性体砂轮用于对镍基高温合金GH4169的抛光工艺试验中,并讨论抛光工艺参数中磁场强度对镍基高温合金表面完整性的影响。试验结果表明：在一定的磁场强度范围内,零件抛光后的表面粗糙度和显微硬度随着磁场强度的增大而减小,同时增大磁场强度也有利于改善零件的表面形貌,减少砂轮的磨损量,降低零件磨削后的亚表面损伤层厚度。     

磁流变弹性体砂轮抛光镍基高温合金GH4169表面完整性研究

为了改善磨削后镍基高温合金GH4169的表面完整性,本文采用磁流变弹性体砂轮对镍基高温合金GH4169进行抛光试验研究。首先,通过模压成型的方法制备了磁流变弹性体砂轮,并对其表面微观形貌及不同磁场强度下的硬度进行了表征。其次,将制备出的磁流变弹性体砂轮用于对镍基高温合金GH4169的抛光工艺试验中,并讨论抛光工艺参数中磁场强度对镍基高温合金表面完整性的影响。试验结果表明:在一定的磁场强度范围内,零件抛光后的表面粗糙度和显微硬度随着磁场强度的增大而减小,同时增大磁场强度也有利于改善零件的表面形貌,减少砂轮的磨损量,降低零件磨削后的亚表面损伤层厚度。     

强流脉冲电子束辐照EB-PVD YSZ热障涂层改性工艺初探

在GH33合金表面采用EB-PVD法沉积了ZrO2+(6~8)%Y2O3热障涂层并用强流脉冲电子束对该涂层进行辐照熔化处理。电子扫描和衍射显微镜以及X射线结构分析表明:脉冲电子束对涂层表面进行熔化处理后,在表面形成了厚3~5μm的镜面表面层(晶粒尺寸为2~4μm,分区域亚晶粒尺寸约为20~40nm),并逐渐过渡到母材结构中。涂层表面的镜面效果无疑会对改善叶片类零件的气动性能起到有利的作用。     

高精度AZ厚胶光刻及在微型射频同轴器制作中的应用

基于正负胶结合的UV-LIGA技术在金属基底上制作了一种新型无源微型射频同轴传输器。针对制作过程中由于胶膜内部曝光剂量分布不均匀导致的正性厚胶AZ50XT光刻图形精度低的问题,在紫外光刻工艺的基础上,采用分次曝光显影的方法,制作了高尺寸精度的电铸胶膜。对不同尺寸的掩膜板图形进行分次曝光显影试验,研究了分次曝光显影法对光刻图形尺寸精度的影响。试验结果表明:分次曝光显影法可以显著提高AZ50XT胶膜图形化精度,并且光刻图形的精度与掩膜板图形尺寸无关。最后,基于上述试验成果,制作了整体尺寸为3000μm×400μm×200μm,单层最大厚度为60μm,侧壁倾角均大于85°的微型射频同轴传输器。     

TC21钛合金稀土渗硼强化表面组织及性能

采用单体硼为供硼剂对TC21钛合金表面进行稀土催化表面强化热处理,对渗硼层组织形貌、硬度、磨痕形貌和磨损率进行了研究。结果表明单体硼渗剂中CeO2配比为7wt%左右的渗硼层连续致密,耐磨性较好;温度对于表层TiB2的厚度影响较大,提高温度可显著增大渗硼层厚度,随着保温时间的延长,表层TiB2层逐渐增厚并且更为连续,时间超过一定值后渗硼层厚度增加缓慢;渗硼层表层硬度随渗硼温度提高显著增大,随保温时间延长增加缓慢,渗硼温度在1 000℃时渗硼层近表层硬度可达3 200HV0.01左右,高硬度区域厚度可达20μm以上;TC21钛合金渗硼层表现出了良好的摩擦磨损性能,渗硼试样的比磨损率比未渗硼试样低50~60倍。