现代表面分析——俄歇电子谱(AES)和X-射线光电子谱(XPS)在冶金学中的应用 第一讲 AES和XPS技术的基础

现代表面分析技术已广泛应用于当代科学的各个领域中。应用俄歇电子谱学(AES)与X-射线光电子谱学(XPS或ESCA)研究自由表面或内界面的化学成分分布及化合物的化学结合状态,对于分析金属材料、复合材料以及粘接、镀层、腐蚀等领域有关结合强度、断裂机理、缺陷成因等问题有重要意义。对于电子元器件失效分析,这些技术尤为重要。 从本期开始,我们将组织稿件介绍有关这些先进分析技术的基础理论和在材料工艺研究中的应用情况。     

钽的氮离子注入法研究

研究了氮离子注入法对钽基材的表面强化，试验证实可大大提高钽材的表层硬度及耐蚀性能。俄歇电子能谱及Ｘ射线衍射分析表明，Ｔａ在注入Ｎ＋后生成了新相ＴａＮ（０．１）。     

难加工材料缓进给磨削加工表面完整性的试验研究

 利用X射线应力仪、显微硬度计、俄歇电子能谱仪、扫描电镜和金相显微镜系统地研究了难加工材料缓进给磨削的表面完整性,讨论了表面粗糙度、冷作硬化、残余应力及其分布、表面层元素的分布以及试件的疲劳性能。 试验表明,缓进给磨削的表面完整性优于铣削和普通磨削。     

硫代磷酸三苯酯和α-巯基苯并噻唑用作添加剂时在钢球表面上的摩擦磨损特征

分别运用四球摩擦试验机、磨粒铁谱分析技术和俄歇电子能谱表面分析技术对硫代磷酸三苯酯(TPPT)和α 巯基苯并噻唑(MBT)用作酯类航空润滑油的极压抗磨添加剂时的摩擦磨损特征进行了研究。结果表明,硫代磷酸三苯酯综合了磷系和硫系添加剂的优点,既具有在低负荷下的抗磨作用,又能够保证在高负荷下的极压作用;而α 巯基苯并噻唑由于在摩擦表面只能生成无机的硫化铁膜,只具有在高负荷下的极压作用,而在低负荷下的作用效果较差。文章最后指出,在航空润滑油中,硫代磷酸三苯酯完全能够代替α 巯基苯并噻唑作为极压抗磨剂使用。     

钎焊导管表面色变问题分析

本文通过光学显微镜和俄歇表层分析,研究了钎焊导管表面局部发黑的本质及其形成原因.     

机载电子设备微组装技术(上)

航空电子产品的主要发展趋势是小型、轻重量、多功能、高可靠性和低成本。这首先需要采用微细加工技术,使电子元器件微小型化,其次需要高密度组装技术。在过去20年里,半导体集成电路的线宽尺寸已缩小了两个数量级,但互连尺寸仅缩小一个数量级。为缩小互连尺寸,必须研究先进的组装技术。80年代以来,世界上一些工业发达国家积极开发并在航空上广泛应用第四代电子组装技术——表面安装技术,近期又出现了第五代组装技术——微电子组装技术(简称微组装技术)。     

IBAD法沉积TiN薄膜的机械和耐腐性

用离子束辅助沉积(IBAD)方法在医用不锈钢317L基底上沉积TiN陶瓷薄膜。通过X射线衍射(XRD)和俄歇电子能谱(AES)分析研究了薄膜的微结构；测试了薄膜的耐磨性及薄膜与基底的附着力：运用电化学腐蚀的方法检测了薄膜在Hank’s模拟体液中的耐腐蚀性能。研究结果表明：用高、低能氮离子束兼用的IBAD方法沉积TiN多晶薄膜后，材料表面结构和性能发生明显改变。表面硬度和耐磨性有明显提高，在Hank’s模拟体液中显示出更强的抗腐蚀能力。     

电子能量损失谱及其在复合材料界面研究中的应用

在介绍电子能量损失谱基本原理的基础上，阐述了电子能量损失谱高能损失区在复合材料界面研究中的应用，最后，对电子能量损失谱和Ｘ射线能谱分析进行了比较。     

军用飞机结构耐久性严重谱编制与应用研究进展

耐久性载荷谱是进行飞机结构耐久性设计、分析和试验的前提,是飞机结构耐久性研究的核心问题之一。美国空、海军联合使用规范指南JSSG-2006和中国国军标GJB 67.6A-2008均建议采用“耐久性严重谱”进行飞机结构定延寿,严重谱具有诸多优点,是目前国内外载荷谱编制研究的热点。本文以标准、规范要求为指引,以服务型号研制为目标,对国内外军用飞机结构耐久性严重谱编制和应用技术现状进行了系统总结。首先,阐述了严重谱的概念,总结了国内外军用飞机结构定延寿采用的2类载荷谱和分散系数取值,介绍了严重谱严重程度确定方法研究现状;然后,概述了国内外提出和发展的严重谱编制方法及耐久性严重谱在型号定延寿中的应用;最后,指出了当前严重谱编制与应用技术的难点和发展趋势,为严重谱编制与应用技术的发展提供参考。     

(宝石柱)

这是美国空军综合化的航空电子系统。Pave Fillar设计所用的部件是满足1750A要求的超高速集成电路构成的处理机。它将把飞机上物理分布的标准微处理机实现紧密耦合。这种航空电子结构使用超高速集成电路(VHSIC ,Ada软件。光纤(?)线和用于语音系命的人二智能系统。目前该项工作正在美国的俄(?)俄州。赖特帕蒂森空军基地的赖特航空试验室里运行。航空     

基于谱插值和奇异值差分谱的滚动轴承静电监测信号去噪方法

采用静电传感器进行滚动轴承故障监测实验研究.针对滚动轴承静电监测中各种强噪声、故障特征难以提取的问题,提出了基于谱插值和奇异值差分谱的联合去噪方法.首先采用谱插值抑制工频干扰,然后将所得信号构造Hankel矩阵,求取奇异值差分谱并自动确定有用分量个数,最后重构信号.仿真和实验结果表明:仅采用奇异值差分谱或者小波去噪方法,无法从含有强工频干扰的信号中提取有用成分;所提出的方法相比较谱插值和小波去噪方法能够凸显早期故障特征频率.     

飞机随机振动试验谱的速压归纳法

引起现代喷气飞机振动的主要振源一般有:冲击在飞机外表面的扰动气流;喷气发动机的喷气噪声;武器发射;起飞和着陆载荷;抖振;阵风以及发动机和设备的机械不平衡等.本文仅就由外部扰动气流作为振源引起的飞机结构的振动、飞行实测谱、最佳试验谱以及喷气飞机设备随机振动试验标准编制中的一些数据归纳问题即速压归纳法作一讨论.在试验谱的统计确定过程中.把1/3倍频程分析的量级同等带宽分析的窄带峰包线联系了起来,使之在分析时提高了速度,又保证了适当的分辨率.文中分析了MIL-STD-810设备的随机振动试验标准的数据归纳问题.     

空中环境谱编制中的假设检验方法

 在依据空测环境数据通过模糊聚类分析确定空中环境谱区域划分中，提出了对分类的各类数据总体分布齐次性检验加以判别和归类的方法。通过对典型应用实例中3种检验方法（t分布假设检验、秩和检验、斯米尔诺夫检验）检验结果的分析，确定使用秩和检验与斯米尔诺夫检验相结合的方法进行空中环境谱模糊聚类分析的假设检验，使空中环境谱的区域划分更为科学合理。     

直升机高置信度中值使用飞行谱编制方法

依据直升机使用寿命分布规律,在高置信度条件下,提出了飞行谱编制的最小样本容量准则。在此基础上,采用科目统计和飞行状态分解技术,基于单机10年统计分析的方法,研究了直升机高置信度中值使用飞行谱编制原理,以此编制的使用飞行谱具有一定的置信区间,能够真实地反映直升机单机短期执行任务的分散性和整个机群长期服役的规律性,为研究直升机关键动部件的损伤与直升机定寿提供依据。     

基于FRANC3D的飞机蒙皮谱载疲劳裂纹扩展分析

为了研究飞机蒙皮谱载疲劳裂纹扩展情况,建立含裂纹蒙皮有限元模型,利用FRANC3D裂纹分析软件计算蒙皮三维裂纹前缘应力强度因子,研究不同网格参数对计算结果的影响,并与解析解进行比较,确定裂纹前缘网格参数取值范围,然后对蒙皮表面裂纹在随机疲劳载荷谱下的裂纹扩展过程进行分析,得出裂纹扩展长度-载荷循环次数曲线,该曲线对于采用数学模型评估结构剩余寿命方面具有一定的参考价值。     

飞机结构关键危险部位加速腐蚀试验环境谱研究

 对在评定腐蚀条件下飞机结构的使用寿命（飞行小时数与服役日历年限）中具有关键意义的加速腐蚀试验环境谱进行了研究。在试验和分析基础上,提出了一种适用于战斗机关键危险部位的加速腐蚀试验环境谱,建立了疲劳寿命随加速腐蚀时间变化的关系式,用腐蚀程度对比方法确定了加速腐蚀环境谱与地面环境谱之间的当量关系,并已成功地应用于两种战斗机腐蚀条件下的使用寿命评定。     

飞机内部腐蚀关键部位加速试验环境谱研究

为进行飞机结构日历寿命体系评定,针对某型飞机机体结构内部腐蚀关键部位,对其加速腐蚀试验环境谱进行了研究。提出了适用于内部结构腐蚀关键部位的加速腐蚀试验环境谱,并进行了加速腐蚀试验,采用腐蚀程度对比法确定了加速腐蚀试验环境谱与实际飞机使用环境之间的当量关系,并已成功地将其应用到歼X型飞机机体结构的日历寿命评定中。     

涡轮泵零组件的冲蚀分析

运用光学显微镜和电子显微镜的实验手段,研究了某火箭发动机涡轮泵零组件表面麻坑的各种动态特征和非金属零件局部缺损及变形的特点。用俄歇表层和红外光谱分析弄清了零件表面污染层成分和结构。得出了金属材料表面的麻坑和非金属材料的局部缺损与变形破坏的性质均属高速流动的固体微粒和气泡溃灭所产生的一种撞击冲蚀缺陷,其破坏机理以机械磨损为主。从零件表面污染层成分与结构来看,冲蚀破坏时有动能转换为热能的迹象。     

退火对CoFe薄膜结构特性的影响

利用粉末冶金方法置备了Co90Fe10靶材,用X射线能量损失谱(EDX)分析靶材成分,并利用X射线衍射分析靶材的结构。CoFe薄膜在优于5.5×10-4Pa的本底真空度下室温沉积在热氧化Si基片上,样品在3×10-5Pa真空度下分别进行了450℃和500℃的60min退火处理。用EDX和俄歇电子能谱分别分析了靶材和薄膜的成分中Co,Fe的比例。X射线衍射发现沉积在热氧化Si基片上的CoFe膜(111)晶面面间距明显小于靶材相应晶面面间距,退火处理使膜(111)晶面面间距明显增大,趋向靶材面间距。磁阻特性测量表明室温沉积的薄膜磁电阻经450℃和500℃退火后得到非常明显改善。     

2Cr13钢的全方位离子注入与离子束增强沉积复合表面强化处理

对 2Cr13不锈钢表面进行了等离子体浸没离子注入(PIII)与离子束增强沉积(IBED)复合强化处理。对强化后的试样进行了俄歇电子能谱(AES)、X光电子能谱(XPS)分析及显微硬度、摩擦磨损和耐腐蚀性能测试。结果表明,处理后的试样表面层中含有强化相TiN和CrN;与基体相比,被处理试样的显微硬度显著增大,最大增幅达80 4%;摩擦系数降至 0 2~0 3,磨痕宽度最大减少了近 4倍;腐蚀电位最大提高了 5倍,腐蚀电流密度减少了 26倍。磨损中粘着现象大大减轻,耐磨耐蚀性能得到了显著改善。