采用电解预刻蚀实现高界面结合强度的镍/钢微流控芯片模芯

采用微电铸工艺制作微流控芯片金属模芯的过程中,金属基底与沉积层之间的界面结合强度制约着金属模芯的成品率、制作周期、制作成本以及使用寿命。以NAK80模具钢基底和镍铸层的结合界面为研究对象,采用电解预刻蚀的方法提高界面结合强度。首先,为探究界面结合强度的影响因素,开展数值仿真研究。仿真结果表明,界面结合强度随表面粗糙度和刻蚀深度的增加均呈现增大的规律。为优选电解预刻蚀的工艺参数,开展刻蚀实验研究。实验结果表明,当电压为0~20V时,基底表面粗糙度随刻蚀电压的增加先增大后减小,优选电压为11.15V;当刻蚀电压一定时,刻蚀深度随刻蚀时间的增加而增加。为保证电沉积后铸层无缺陷,缩短电铸和后处理时间,针对60μm宽度的流道式芯片模芯,将刻蚀深度优选为30μm,以此获得优选的刻蚀时间为53s。基于以上仿真和实验结果,制作出了铸层厚度为40μm、整体尺寸为65mm×65mm的微流控芯片金属模芯。采用拉伸法测得界面结合强度为178.46MPa,相比于无刻蚀方法,电解预刻蚀后的界面结合强度提高了518.6%。

熔体压力对水平双辊铸轧Ti/Al复合板界面结合强度的影响

除了铸轧速度和熔体浇铸温度外,铸轧区内的熔体压力也是影响水平双辊铸轧Ti/Al复合板工艺稳定性和界面结合强度的重要因素。本工作在铸轧复合过程中通过调节前箱内熔体的液面高度,获得了在不同铸轧区熔体压力下制备的Ti/Al复合板。通过金相、扫描电镜、显微硬度、室温拉伸实验、T型剥离实验等手段对复合板的显微组织和界面结合性能进行表征和测试。结果表明,当熔体压力较高时,可以生产出充盈饱满、板型良好、结合强度高的复合板,但熔体压力过高会影响铸轧复合过程的稳定性。当熔体压力过低时,熔体的横向流动能力减弱,铸轧区内不能完全被熔体填充满,板材出现热带、褶皱等缺陷,同时,在Ti/Al上出现了部分微孔和微裂缝。在较高熔体压力下,固/液接触距离更长,带材表面与熔体的润湿更加充分,熔体分布更加均匀,固/液扩散更加充分。因此,当熔体压力较高时,复合板具有更高的结合强度,界面结合强度达到20.1 N/mm。

碳化硅陶瓷基复合材料表面环境障涂层结合强度

SiC陶瓷基复合材料(SiC-based ceramic matrix composites,SiC-CMC)是发展高推重比航空发动机理想的高温结构材料。为了防止发动机服役环境下燃气(富含H2O和O_(2))对SiC-CMC的腐蚀,需要在其表面制备抗水氧腐蚀、抗燃气冲刷和抗热冲击性能优异的环境障涂层(environmental barrier coatings,EBCs)。在评价EBCs性能的诸多因素中,其与SiC-CMC基体之间的结合强度是一个重要技术指标,但结合强度的极限值一直未被探究清楚。本工作研究影响结合强度的主要因素,包含SiC-CMC基体状态、单晶Si的拉伸强度极限,以及Si黏结层的制备工艺等,获得了制备最高结合强度的有效途径。在EBCs与SiC-CMC组成的体系中,基体内部SiC纤维布之间的界面是结合强度最薄弱的部位,其次是EBCs的Si层。整个体系的结合强度极限值是15 MPa,它是单晶Si在[400]晶向的拉伸强度极限。采用大气等离子喷涂或者超音速火焰喷涂的Si黏结层结合强度相似,均低于同样工艺制备的莫来石或Yb2Si2O7涂层。

颗粒尺度和等离子喷涂工艺对涂层结构及结合强度的影响

采用等离子喷涂技术在T2纯铜基体上制备Fe_(3)O_(4)陶瓷涂层,研究了粉末颗粒尺度、等离子气氛、载气以及喷涂功率对涂层相结构、微观结构、硬度及结合强度的影响。结果表明,随颗粒尺度的增大,涂层相结构逐渐稳定;Ar-N_(2)等离子气氛下涂层致密度较高且相结构稳定。随喷涂功率的升高,大尺度颗粒制备的涂层硬度先增大后减小,载气为N_(2)时结合强度逐渐增大,载气为O_(2)时结合强度先增大后减小;喷涂条件相同时,O_(2)为载气制备的涂层硬度较高,N_(2)为载气制备的涂层结合强度较高;颗粒尺度>50μm的Fe_(3)O_(4)粉末,在Ar-N_(2)等离子气氛下以O_(2)为载气制备的涂层拥有最佳的综合性能,且涂层致密度可通过喷涂工艺调控。

表面处理对铜铝双金属界面结合强度的改善研究

铜和铝作为两种具有广泛应用和优异性能的金属,其组合产生的双金属复合材料具有许多独特的优点。铜具有良好的导电性、导热性、易焊接性、低接触电阻、易电镀性和美观的外观,而铝则以其廉价、质轻、优异的散热性能和经济性而闻名。通过将铜和铝合成为双金属复合材料,可以实现两种金属的优点的整合,为各种工业应用提供了极具吸引力的材料选择。本研究旨在探讨表面处理技术对铜铝双金属界面结合强度的影响,并尝试找到能够有效改善界面结合强度的表面处理方法。

表面形貌对铝/镁热轧复合结合强度的影响

选用5052铝合金与AZ31B镁合金作为复合材料进行热轧复合,研究表面形貌对铝/镁热轧复合结合强度的影响。在热轧复合前使用不同直径钢丝刷对板材表面进行打磨处理,通过单向拉伸实验、扫描电镜以及激光共聚焦显微镜对打磨处理后板材的表面状态和形貌进行测试和观察。然后使用热轧复合法在25%、 35%和45%压下率下轧制制备出铝/镁复合板并通过万能试验机、扫描电镜、 X射线能谱仪对复合板的结合强度、微观形貌和元素分布进行测试和观察。最后通过轧卡和剥离实验对45%压下率不同直径钢丝刷打磨处理条件下铝/镁热轧复合过程中板材表面形貌的变化进行观察。结果表明,不同直径钢丝刷打磨处理仅改变了板材的表面形貌,未使板材表面形成硬质层。在25%和35%压下率下,铝/镁复合板的结合强度随着钢丝刷直径的增加而增加,但当压下率达到45%后,随着钢丝刷直径的改变,铝/镁复合板的结合强度稳定在71.2 MPa左右。通过改变板材表面形貌可以使铝合金和镁合金在低压下率下实现良好结合,但当压下率达到45%之后,板材表面形貌的变化不会再对铝/镁复合板的结合强度产生明显影响。

La掺杂WC(0001)/Co(111)界面结合强度、稳定性和电子结构的第一性原理研究

WC/Co硬质合金的界面结合强度取决于其界面性质。本文运用基于密度泛函理论的第一性原理,构建了6种WC(0001)/Co(111)界面模型,在此基础上,从电荷转移、成键方式和价电子分布等角度分析了La掺杂对WC(0001)/Co(111)界面稳定性最弱和界面稳定性最强模型的影响机理。结果表明:在6种界面模型中,稳定性最弱的是W-OT-Co界面,有最大的界面距离、最小的黏附功和最高的界面能,裂纹倾向于出现在界面;稳定性最强的是C-HCP-Co界面,有最小的界面距离、最大的黏附功和最小的界面能,裂纹倾向于出现在基体;当稀土La分别替换W-OT-Co模型Co侧第二层的Co原子,以及C-HCP-Co模型WC侧第二层的W原子时,两个界面距离才会都变小、黏附功都增大,但强化界面效果不同;掺杂稀土La后,W-OT-Co界面的键合方式为弱离子键和金属键的结合,C-HCP-Co界面的键合方式为强共价键、离子键和金属键的结合,界面更稳定;La在稳定堆积构型C-HCP-Co上的最优掺杂位点将显著提高WC/Co硬质合金的界面结合强度。

影响304钢/Q235B钢复合板结合强度的因素

通过采用Gleeble-3800热模拟试验机模拟轧制工艺、拉伸试验和金相检验等,研究了界面粗糙度、压缩温度和压缩率对304钢/Q235B钢复合板结合强度的影响。结果表明:压缩率大于或等于20%时,粗糙界面复合板的结合强度低于光滑界面复合板;在低于或等于1200℃压缩的复合板结合强度高于在1200℃以上压缩的复合板;随着压缩率升至20%,复合板结合强度升高,压缩率大于20%时,复合板结合强度变化不大。

除气和预氧化对金-瓷结合强度的影响

通过应用除气和预氧化的不同参数所组成的多种程序,对烤瓷合金和瓷粉之间的结合性能进行了研究。结果表明:在除气过程中,合金表面的氧化不能忽视,在确定氧化时间的同时,除气时间必须包括在内。在相同的除气时间条件下,金-瓷结合强度随预氧化时间的延长呈递减趋势;在相同的预氧化时间的条件下,金-瓷结合强度随除气时间延长也呈递减趋势。R_(100)T_0,R_(200)T_1R_(200)T_0是该套金-瓷系统中合金热处理的最佳程度。

喷涂工艺参数对绝缘轴承涂层孔隙率和结合强度的影响

为了研究陶瓷涂层的性能对绝缘轴承工作稳定性、可靠性及寿命的影响,对GCr15轴承钢基体进行了等离子喷涂Al_(2)O_(3)-1.5%TiO_(2)陶瓷涂层,通过扫描电镜和拉伸测试的方法,对涂层的孔隙率和结合强度进行检测,从而确定最佳的工艺参数值。测试结果显示:当Ar气体流量为30 L/min、送粉速率为20 g/min和喷涂距离为100 mm时,可达到涂层的最小孔隙率值;当Ar气体流量为40 L/min、送粉速率为15 g/min和喷涂距离为100 mm时,可达到最大涂层结合强度。研究结果表明:不同Ar气体流量、送粉速率和喷涂距离的工艺参数值对陶瓷涂层孔隙率和结合强度有不同的影响。确定最佳喷涂工艺参数对提升绝缘轴承的性能具有较高的实际应用价值。

LA103z镁锂合金直接化学镀镍沉积行为与结合强度研究

通过调控前处理酸活化过程工艺参数,确定了高浓度短时间的直接化学镀镍方案,并在镁锂合金表面制备Ni-P合金镀层。通过弯折法和热震法测试镀层结合强度,并采用扫描电镜(SEM)、EDS能谱测试对表面镀镍层的形貌和成分进行分析,探究了化学镀镍层在基材表面的初始沉积行为。结果表明,高浓度短时间的工艺方案对基材表面形成连续且致密的MgF_(2)膜层和尺寸分布均匀的第二相颗粒有积极的促进作用,该方案制备的Ni-P合金镀层结合强度良好,为持续提升镁锂合金表面镀层结合强度提供了设计及优化思路。

膜基结合强度评定方法的探讨——划痕法、压入法、接触疲劳法测定的比较

薄膜(镀层)与基体之间的结合强度是评价薄膜质量的重要性能指标。目前使用最广泛的是划痕法和压入法。这些都属于一次性加载方式。一种较好的评定硬质膜膜基结合强度的方法是采用以临界剪切应力幅Dc作为判据的滚动接触疲劳法。通过与划痕法,压入法的对比可知表征结合强度大小的剪切应力幅只对界面因素敏感,对非界面因素不敏感,能真实反映膜基结合状态,是一个较为合理的动态结合强度判据。

涂层／基体材料界面结合强度测量方法的现状与展望

界面结合强度是涂层／基体材料体系中的一项重要力学性能指标．而表征与评价涂层／基体材料的界面结合强度又得依靠实验方法的测定．由于涂层／基体材料体系的多样性与复杂性,至今还没有形成适合于测量这类材料的界面结合强度的标准方法．目前,常用来测量涂层／基体材料的界面结合强度的方法有:拉伸法、剪切法、弯曲法、划痕法、压入法等．本文就目前表征与评价涂层／基体材料界面结合强度的测量方法做了综述,讨论了它们的适用范围,比较了它们的优势与不足．

划痕试验法表征薄膜涂层界面结合强度

薄膜-基体界面结合性能是直接关系到膜-基体系最终使用性能和可靠性的关键因素和首要指标 划痕试验法是唯一广泛应用于测量硬质薄膜-基体界面结合强度的实用的检验方法 文中给出划痕试验法表征薄膜涂层界面结合强度的原理、方法与过程,以及临界载荷Lc的确定方法,分析影响临界载荷Lc和压头与薄膜-基体组合体之间摩擦系数μ因素 最后。

钛微弧氧化表面处理对钛瓷结合强度的影响

为了探讨钛经微弧氧化处理后,对钛瓷结合强度的影响,将试样分为光滑组和喷砂组,然后随机地抽取两组中的各一半试件进行微弧氧化处理,对各组钛试件表面进行瓷粉烧结。根据ISO9693标准,对钛瓷间的三点弯曲结合强度进行测试,并对钛瓷结合界面和瓷剥脱面进行SEM和EDX观察与分析。结果表明:钛试样光滑组、粗糙组、微弧氧化光滑组和微弧氧化粗糙组与瓷的结合强度分别是:25.35±2.03,32.18±2.21,37.51±1.90和46.89±4.40MPa;微弧氧化组的钛瓷结合强度与不进行微弧氧化处理组的钛瓷结合强度相比在统计学上有显著差异(P<0.05);粗糙组的钛瓷结合强度大于光滑组(P<0.05),但明显小于微弧氧化组(P<0.01);未进行微弧氧化处理组的钛瓷界面间可见有明显裂隙;而微弧氧化组的钛瓷界面瓷与钛基体结合紧密,无任何气泡、孔隙存在。结论是钛表面微弧氧化处理后可有效提高钛瓷的结合强度,同时表面喷砂处理也可以提高钛瓷的结合强度。

激光熔覆粉料和工艺参数对45钢基体与熔覆层结合强度的影响研究

通过选择合金粉料种类、激光输出功率、光斑扫描速度为影响因素,用正交试验方法在45钢基体上进行熔覆研究;使用剪切法测试熔覆层与基体的结合强度,分析评价各试验因素对结合强度的影响程度;测试了熔覆层的显微硬度,并使用高解析场发射扫描式电子显微镜进行熔覆层SEM成像和EDS成分分析。试验结果表明,激光熔覆层与基体的结合强度大于45钢基体的抗剪应力强度;镍基的熔覆层的抗剪强度为母材的2~3倍,铁基的抗剪应力强度为母材的5倍以上;粉料种类对结合强度的影响最大,光斑扫描速度次之,激光输出功率影响最小;靠熔覆层外部的硬度比结合部和中部的硬度均高,存在热影响区,硬度高于母材;熔覆层与基体之间形成了良好的冶金结合,组织均匀,无微裂纹等缺陷。激光熔覆层的结合强度能满足再制造的要求。

微弧氧化钛膜的结合强度与生物活性

采用微弧氧化在纯钛表面合成了含钙和磷的氧化钛膜。研究了电压对膜微观结构和结合强度的影响,并评价了微弧氧化钛膜的生物活性。结果表明:钛微弧氧化膜呈多孔结构,高电压下(450 V)所制备的氧化膜在模拟体液(simulated body fluid,SBF)中浸泡14 d后表面可诱导磷灰石生成,呈现较好的生物活性,低电压下所制备的氧化膜不具备生物活性;其结合强度虽随电压的增大而减小,但在250～450 V的电压范围内结合强度均高于31.4 MPa。

钛-钢扩散复合界面组织与结合强度

将钛管、钢管利用冷拔-内压扩散法制备了内包覆钛-钢复管。用扫描电镜、能谱分析、X-光衍射和拉剪试验等方法,研究了扩散退火温度与时间对钛-钢扩散复合界面附近组织、成分和界面剪切强度的影响。结果表明,该制备方法可使钛-钢实现冶金结合;界面剪切强度随扩散温度升高先增加后减小;750-800℃×0.5h扩散退火界面剪切强度最高,可达210MPa左右;扩散退火中Fe、Ti原子发生了互扩散;界面上有TiC形成:750℃×0.5h扩散退火试样断口未检测到TiFe、TiFe2相;900-950℃×0.5h扩散退火钢侧出现柱状晶区,钛侧出现无晶界晶区与针状马氏体晶区。

喷砂预处理对HVOF喷涂TiAl-Nb/NiCrAl涂层结合强度的影响

采用不同的喷砂压力对基体表面进行喷砂预处理,研究了基体表面状态的变化对HVOF喷涂TiAl-Nb/NiCrAl涂层结合强度的影响。结果表明:随着喷砂压力的增大,基体粗糙度及表面凹坑的深度和宽度增大,NiCrAl层与基体结合界面处孔洞等缺陷增多,同时基体表面残余砂粒的面积分数增加;涂层结合强度随基体粗糙度的增大,先增大后减小,当基体粗糙度为8.33μm时,结合强度达到最大值44.5 MPa。

微弧氧化Al-Si-O陶瓷涂层的结构与结合强度

使用微弧氧化方法在铝合金表面制备了包含Al-Si-O的复合氧化物陶瓷涂层．利用 XRD和SEM分析了陶瓷涂层的组成和结构,通过机械冲击、热冲击和拉伸法评价了涂层与基体的结合强度．结果显示,陶瓷涂层由α-Al2O3、γ-Al2O3和莫来石组成．涂层表面粗糙,有大量等离子体放电产物．陶瓷涂层能承受机械和600℃热冲击,说明涂层与基体结合好,具有很好的延展性、抗热震性．拉伸结果显示,涂层与基体结合强度高于20MPa．