真空磁过滤电弧离子镀法制备类金刚石涂层方法及性能研究

采用真空磁过滤电弧离子镀方法，在GT35基体上沉积类金刚石膜。通过对清洗工艺及弧电流、工件所加负偏压、沉积温度等参数的研究，制定出了合理的工艺路线，并对这种膜层进行了X－射线光电子谱（XPS）分析，利用干涉仪、纳米硬度计对膜层的粗糙度、纳米硬度作了进一步检测。结果表明，采用此种方法制备的类金刚石膜层，SP^3含量约为40．1％；组织致密，无大的颗粒；镀膜后的粗糙度可以达到0．015μm；纳米硬度约为55GPa。并将膜层与TiN膜层组成摩擦副，进行了耐磨性试验。结果表明膜层的耐磨性较好。     

基于Ti/TiN薄膜传感器的飞机金属结构裂纹监测

针对飞机金属结构在服役过程中的裂纹实时监测需求,提出一种Ti/TiN导电薄膜与电位监测原理相结合的结构裂纹监测研究方案。首先,通过真空离子镀膜技术在结构易于出现裂纹的部位制备了Ti/TiN薄膜传感器。然后,进行了传感器膜层与2A12-T4铝合金基体的损伤一致性验证。结果表明,传感器与基体具有良好的损伤一致性。最后,进行了两组基于Ti/TiN薄膜传感器的裂纹监测试验,主要研究结构裂纹与传感器电位之间的相互关系,并对两组电位监测结果进行对比。结果表明,通过分析Ti/TiN薄膜传感器电位的变化可以实现对2A12-T4铝合金结构裂纹萌生和扩展进行实时监测,两组试验的电位监测结果具有良好的重复性。     

动态混合注入与沉积法制备TiN膜层

采用离子注入、沉积、动态混合注入沉积工艺,在硅基体上制备TiN膜层。用纳米划痕法检测成膜质量,用扫描电镜观察划痕形貌。对比分析结果表明,动态混合离子注入沉积工艺对提高膜层与基体的结合性能效果显著。     

7A55铝合金微弧氧化陶瓷膜的组织与性能

研究了7A55铝合金表面微弧氧化陶瓷膜的生长曲线、形貌、元素分布和相组成,测试了陶瓷膜与基体的附着力。结果表明,膜层厚度随着氧化时间的延长而增加,在不同的氧化阶段生长速率不同,膜层以向外生长为主;膜层为单层结构,Al,O元素含量基本保持不变,Mg元素参与了氧化反应;膜层主要由α-Al2O3和γ-Al2O3相组成,其中γ-Al2O3相含量较多;膜层与基体间的结合良好,划痕临界破坏载荷为897mN。     

TiN膜离子注入与沉积工艺研究

采用离子注入、沉积、动态混合注入沉积工艺,在硅基体上制备TiN膜层.用纳米划痕法检测成膜质量,用扫描电镜观察划痕形貌.对比分析结果表明,动态混合离子注入沉积工艺对提高膜层与基体的结合性能效果显著.     

氮掺杂钛合金表面微弧氧化性能及机制分析

通过离子束辅助沉积在钛合金表面制备TiN膜层,以Na3PO4为电解液,在不同浓度条件下,采用微弧氧化法对钛合金表面进行氧化,以提高钛合金表面的硬度.X射线和元素成分分析表明当Na3PO4浓度增加至0.03mol/L时,钛合金表面所形成薄膜晶相为含氮元素的锐钛矿和金红石混合晶相.和已有的报道相比,有着较好的硬度.     

影响铍材工件表面镀制TiN厚膜结合力的因素分析

本文采用多弧离子镀技术在金属铍表面制备TiN厚膜.利用扫描电镜对TiN厚膜的形貌、成分进行研究;探讨了多弧离子镀制备的TiN厚膜的失效机理,并结合生产实际情况分析了金属铍表面镀制TiN厚膜结合力的影响因素.     

脉冲频率对机载设备铝合金微弧氧化膜的影响

选用复合电解液体系和双极性脉冲电源,在脉冲频率分别为 250 Hz、500 Hz和 750 Hz条件下制备出 2024机载摘设备铝合金微弧氧化陶瓷膜。使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、涡流涂层测厚仪、粗糙度检测仪、维氏硬度计、附着力测试仪和电化学工作站分别对微弧氧化膜层的微观形貌、元素组成、相结构、厚度、粗糙度、硬度、油漆附着力和耐蚀性进行测试分析。结果表明,膜层元素组成为 Al、O、C、P、Si、W、Na,其中,Al和 O为主要元素,膜层相结构主要组成为 α-Al2O3和 γ-Al2O3,250 Hz时衍射峰最为明显。随着脉冲频率的增加,膜层微观表面的孔洞明显变小且膜层更细腻,膜层的厚度、粗糙度、硬度和油漆附着力都随着频率的增加而减小。电化学测试结果表明,500 Hz时的膜层耐蚀性最好,750 Hz时耐蚀性最差。     

热压烧结Ti_2AlN金属陶瓷材料的物相及显微结构

以TiN,Ti和Al粉末为原料,按1∶1∶1.03的配比,经机械球磨混合后,采用热压烧结的方法制备Ti_2AlN块体陶瓷材料。采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等手段,分析烧结产物的相组成和微观结构特征。研究表明:在烧结温度为1300℃、保温2.5 h下,可获得物相比较单一的Ti_2AlN陶瓷材料,所得Ti_2AlN为六方晶系层片状结构,组织呈现出各向异性,晶体中存在孪晶;烧结产物中残存少量的纳米级TiN颗粒。     

膜层厚比对CrN_x/Ti_yCr_(1-y)N多层膜硬度与结合力影响研究

为研究膜层交替周期对多层膜表面硬度与耐磨性能的影响,利用金属蒸发真空弧离子源(MEVVA)和磁过滤阴极真空弧复合离子束沉积技术在AM355钢材表面制备膜层交替周期分别为5、13和26的3组CrN_x/Ti_yCr_(1-y)N膜层,利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)和X射线衍射仪(XRD)对膜层形貌和相结构进行了分析,利用划痕仪、显微硬度计等对膜层硬度与结合力进行了测试。结果表明:采用该技术制备的CrN_x/Ti_yCr_(1-y)N多层膜结构致密,与基体结合良好;随着多层膜交替周期的增加,膜层硬度有所降低,膜层结合力则呈现先升高后缓慢降低的趋势。     

Al/Ni含能多层膜在Al2O3陶瓷/不锈钢焊接中的应用

采用磁控溅射设备,生长AuSn合金做焊料层、Al/Ni含能多层膜做热量提供层,实现了不锈钢和Al_2O_3间的异质材料自蔓延高温扩散焊。利用SEM、XRD和DSC等测试手段表征AuSn合金和Al/Ni含能多层膜的微观形貌、相成分和放热量;用万能试验机测试焊接接头的力学性能。结果表明,AuSn合金的质量比基本达到80∶20,而多层膜的层状结构清晰,反应热达到1 239 J/g。焊接实验结果表明,仅使用AuSn焊料时,剪切强度仅为46 MPa,在增加Al/Ni含能多层膜后,其剪切强度可达90 MPa,强度提高了约一倍。焊接接头的界面显微形貌和相结构研究表明,剪切强度的增强主要是Al/Ni多层膜提供了额外能量使得界面处的反应剧烈,陶瓷金属化层与中间层的反应加剧,形成了新的反应生成物。     

草酸钠体系中Ti-10V-2Fe-3Al钛合金阳极氧化膜的制备与表征

对Ti-10V-2Fe-3Al钛合金在草酸钠为主盐的新型无氟环保电解液体系中的阳极氧化进行了研究,成功制备出阳极氧化膜。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等仪器研究了氧化膜的形貌、组成和相结构。采用电化学方法研究了阳极氧化后钛合金的耐腐蚀性能。结果表明:膜层具有多孔结构,孔径范围在80nm～1μm之间。膜层的主要成分是无定形的TiO2,同时有锐钛矿相及金红石相TiO2的存在。阳极氧化后钛合金的耐蚀性有显著的提高。     

镁合金微弧氧化膜的相结构研究

针对镁合金微弧氧化膜层,对其相组成和品粒尺寸随工艺参数的变化规律进行了定件和定量分析,并考察了相组成对膜层耐蚀性能的影响.结果表明:不同工艺参数条件下制备的微弧氧化膜层均由镁铝尖晶石和方镁石两相组成,但两相的含量差别很大.当这两相含量的比值在0.6～1.0范围内时,膜层的耐蚀性明显提高.不同时间内制备的膜层中MgAl2O3晶粒尺寸都在40～50nm的范围内,随着氧化时间的增加,晶粒尺寸呈现先减小后增大的趋势.     

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。     

射频磁控溅射Cr/CrN膜微结构和力学性能研究

利用射频磁控溅射制备了Cr／CrN多层薄膜，并对比单层CrN薄膜，分析研究了多层膜周期与结构和性能之间的关系。研究结果表明：多层膜中没有出现柱状晶体结构，而且结晶取向与单层CrN有显著区别；多层膜的应力普遍小于单层CrN，硬度略高于或接近于单层CrN，在外力作用下的抗变形能力远高于单层CrN；多层膜的应力和硬度随周期厚度的减小而增大，在周期15nm时硬度值达到最大23、8GPa，表明Cr／CrN多层膜的硬度与周期结果有关，而且存在使薄膜性能达到最佳的周期值。     

脉冲频率对7050高强铝合金微弧氧化膜层的影响

在脉冲频率为50、250、500、750、1 000 Hz的条件下，应用微弧氧化（MAO）技术在7050高强铝合金表面制备了陶瓷膜层，并采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、电化学工作站、摩擦磨损试验机等手段分别对陶瓷膜的表面形貌、相组成、耐腐蚀性、耐磨性等进行分析。结果表明，当脉冲频率过低时，MAO陶瓷膜层表面粗糙，影响膜层致密性；而当脉冲频率过高时，则不利于MAO陶瓷膜层生长，所得的膜层耐蚀性和耐磨性较差。当脉冲频率为250 Hz时，所制备的膜层具有最佳的耐磨性及耐蚀性。     

Ti3Al基合金微弧氧化膜的制备和性质

利用微弧氧化方法在Ti3Al基合金上制备了厚度达120 μm的陶瓷膜.研究了陶瓷膜的生长曲线,发现膜层厚度随着氧化时间的增加而增加,在不同氧化阶段生长速度不同,膜层以向外生长为主;显微结构和硬度分析都发现,陶瓷膜分为两层结构,即内层和外层,陶瓷膜内外层的主要物相是(Ti0.6Al0.2Nb0.2)O2相,外层中还有一定数量的无定形SiO2相;陶瓷膜的最大显微硬度可以达到基体硬度的3倍左右.显微划痕实验表明:膜与基体间结合力大于40N,膜与基体结合良好.电化学极化曲线测试显示陶瓷膜在3.5%盐水溶液中的耐蚀性与Ti3Al基体相比有较大的提高.     

TC4钛合金表面激光原位反应制备TiN涂层及性能研究

利用激光原位反应技术在TC4钛合金表面制备了无裂纹、组织均匀致密的TiN涂层,并分析了激光氮化层的显微组织、成分和物相,测试了涂层横截面显微硬度、涂层耐磨性能及抗SiO_2颗粒高速冲蚀的能力。结果表明:在适当的激光参数下制备的氮化钛涂层与TC4基体之间呈现良好的冶金结合,其界面结合强度为240～270MPa;涂层主要为硬质TiN相,涂层硬度高达1550HV_(0.1),约为基材的4.5倍;涂层磨损失重量是TC4钛合金的14.7%;在60o冲蚀角度下,基材的冲蚀质量损失为涂层的2倍。     

酒石酸钠体系中TC18钛合金阳极氧化膜的制备、表征与疲劳性能

在以酒石酸钠为成膜剂的新型无氟环保电解液体系中对TC18钛合金进行阳极氧化,制备出一种钛合金阳极氧化膜。通过扫描电子显微镜和拉曼光谱仪分析了阳极氧化膜的形貌和相结构。采用电化学方法研究了阳极氧化后TC18钛合金的耐腐蚀性能。采用万能高频疲劳试验机进行高频疲劳试验。结果表明：膜层具有沟壑与鼓包的表面形貌。膜层具有非晶态、锐钛矿型及金红石型TiO₂结构,可能有板钛矿TiO₂结构。阳极氧化后TC18钛合金的耐蚀性有显著的提高。阳极氧化后TC18钛合金的拉伸性能与疲劳性能基本不降低,相比于传统硫酸-磷酸型阳极氧化,拉伸性能和疲劳性能得到了一定的改善。     

挤压成型对LC4CS铝合金棒材阳极氧化膜结构的影响

研究了挤压成型对LC4CS铝合金棒材表面阳极氧化膜微观结构的影响。采用金相显微（OM）技术、扫描电镜（SEM）和能谱分析（EDS）等方法分析了铝合金基体中合金相的种类和分布、组织结构的变化规律以及阳极氧化膜的表面及断面形貌。研究发现,试样表面阳极氧化膜的结构特征与基体组织特征具有一致性。基体中的阳极相和阴极相颗粒分别导致了氧化膜中孔洞和夹杂缺陷的产生,在挤压变形中形成的析出相带以及不完全再结晶组织是造成氧化膜中凹坑结构和复杂网纹结构的主要原因。