深振荡磁控溅射放电等离子体脉冲特性

深振荡脉冲磁控溅射(deep oscillation magnetron sputtering,DOMS)以一系列微脉冲振荡波形的形式向靶提供能量,提供高密度等离子体的同时能够实现完全消除电弧放电和提高靶材原子离化率,实现高质量薄膜的沉积制备.针对DOMS微脉冲放电形式拓宽放电参数空间,提高工艺灵活性的特点,建立脉冲等离子体整体模型,测量充电电压DCint=300-380 V和微脉冲开启时间τon=2-6μs的Cr靶放电电压电流,将电压电流波形作为模型输入条件,获得DOMS放电等离子体参数随时间变化规律.充电电压300 V,等离子体峰值密度由τon=2μs的1.34×10^(18) m^(-3)增至τon=3μs的2.64×10^(18) m^(-3),τon由3μs增至6μs时,等离子体峰值密度基本不变.靶材离化率随τon变化趋呈现相近趋势,由τon=2μs的12%增至τon=3μs的20%,τon进一步增至6μs,离化率基本保持不变.固定τon=6μs,DCint由300 V升高至380 V,等离子体峰值密度由2.67×10^(18) m^(-3)增至3.90×10^(18) m^(-3),金属离化率由21%增至28%.DOMS放电具有高功率脉冲磁控溅射典型的金属自溅射现象,峰值自溅射参数Πpeak随功率密度线性增大,表明峰值功率密度是调控DOMS放电中金属自溅射的主要参数.Πpeak最高达到0.20,金属自溅射程度远高于常规脉冲直流磁控溅射,等离子体密度和沉积通量中金属离化率提高,原子沉积带来的阴影效应减轻,是DOMS沉积薄膜质量提高的原因.

基于强流脉冲离子束的中子辐照模拟装置及评价技术

依据高能原子辐照与中子辐照的初级离位原子(PKA)能谱相似性,基于TEMP-6M型强流脉冲离子束(HIPIB)系统,研发了一种中子辐照模拟装置,该装置以磁绝缘离子二极管伴生的强流脉冲二次电子束流实现0.1 MeV以上高能离子的高效率中和,获得动能为0.1~1 MeV、脉冲宽度为120~160 ns、脉冲辐照剂量为1012~10^(15)n/cm^(2)的强流脉冲原子或混合束,原子占比为85%~100%。通过辐照缺陷原位差热分析方法,快速确定材料缺陷数量、密度及dpa损伤速率等抗中子辐照性能评价指标。以核级AISI 304奥氏体不锈钢为例,计算PKA相似性定标曲线,采用220~280 keV的C原子等效1.8~2.3 MeV中子进行辐照模拟,调节名义束流能量密度0.5~4 J/cm^(2),实测辐照剂量范围为0.46×10^(13)~8.55×10^(13)n/cm^(2),热分析确定Frenkel缺陷密度为1.99×10^(16)~2.90×10^(17)/cm^(2),外推预测奥氏体不锈钢在1021n/cm^(2)中子剂量条件下的辐照损伤为500 dpa量级,适用于核电厂结构材料60年服役寿期评价需求。

氧气/燃料比对超音速火焰喷涂WC-Ni涂层抗冲击性能的影响

目的研究超音速火焰喷涂工艺参数对WC-12Ni硬质合金涂层抗冲击性能的影响。方法依据氧气/燃料比(λO/F)调节工艺参数,以λO/F=1.1为基准点,分别固定氧气流量811 L/min、降低煤油流量,或者固定煤油流量22.7 L/h、增大氧气流量,均使λO/F增至1.2和1.3,制备了5组涂层,分析涂层组织及力学性质的变化规律,研究柱-面接触大载荷冲击下的涂层抗冲击行为。结果λO/F对涂层组织及力学性质的影响并非已报道的单调变化规律。固定氧气流量、降低煤油流量使λO/F由1.1增至1.3时,涂层孔隙率由0.91%增至1.24%,硬度和弹性模量分别由10.1、344.0 GPa降至8.6、313.9 GPa;冲击坑体积由2.1×10^(-3)增至3.3×10^(-3)mm^(3),且损伤微观特征由WC颗粒剥落向涂层开裂发展。当固定煤油流量、增加氧气流量使λO/F由1.1增至1.3时,孔隙率降至0.85%,硬度和弹性模量分别增至10.8、382.5 GPa,冲击坑体积增至2.6×10^(-3)mm^(3),直到λO/F=1.3时涂层表面开始出现裂纹。结合涂层硬度和弹性模量分析结果可知,在H3/E2≤8.4 MPa时,涂层发生开裂损伤,裂纹长度随着H3/E2的增加而减小。在H3/E2>8.4 MPa时,涂层损伤以WC颗粒剥落为主,且随着H3/E2的增加而减轻。高H3/E2可提高涂层的抗冲击性能,当H3/E2由6.4 MPa增至8.7 MPa时,坑体积和WC剥落程度分别降低了36%、35%。结论超音速火焰喷涂WC-Ni涂层的H3/E2定量表征了其抵抗塑性变形和开裂的能力,决定了涂层的抗冲击性能。

奥氏体不锈钢表面改性层耐蚀性实验研究 Ⅰ.孔蚀和均匀腐蚀性能

用等离子体源离子渗氮技术在380℃处理1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢，获得了高氮面心相（γN）表面改性层，γN相层在0.5％─6％NaCl溶液中具有显著优于原始不锈钢的耐孔蚀性能；在0．5mol／LH2SO4溶液中具有相当于原始不锈钢的耐均匀腐蚀性能。γN相的氮浓度影响其耐孔蚀性能，但对其耐均匀腐蚀性能则没有明显影响、γN相的室温浸泡与电化学测试取得了规律相同的实验结果．

等离子体源增强磁控溅射沉积Al_2O_3薄膜研究

采用电子回旋共振微波等离子体源增强磁控溅射沉积氧化铝薄膜.X射线光电子谱和X射线衍射分析表明,在600℃沉积温度下,Si（100）基片上获得了亚稳的具有化学计量配比成分、面心立方结构的γ-Al2O3薄膜.薄膜的折射率为1.7,与稳定的α-Al2O3体材料相当.

钢渗硼表面残余应力的数值分析

采用有限元法的平面轴对称分析模型．依据渗硼表面和界面特征、计算 ４５钢在 ８４０—１０５０℃渗硼表面的热应力．４５钢渗硼试样在外表面区边缘、ＦｅＢ／Ｆｅ２Ｂ界面和 Ｆｅ２Ｂ／钢基体界面呈张应力状态、且城面区存在着急剧的张应力和压应力的交替变化 计算与文献报道的实测应力分布规律一致． 钢的渗硼表面的高张应力适成渗硼试样的表面开裂；硼化物和钢基体界面产生的微区塑性变形导致硼化物层剥落．

高温合金氧化膜破坏的界面断裂力学分析

依据双材料模型分析高温合金氧化膜的应力状态,确定了氧化膜弯曲剥落的最大挠度与氧化膜压应力间关系.利用界面断裂力学理论,建立了高温合金氧化膜剥落的弯曲图.镍基高温合金氧化表面剥落的Al2O3氧化膜,在界面粗糙度参数λ为0.3-0.4,临界弯曲指数Ⅱc为1和临界粘附性指数Σc为1.15时,弯曲剥落特性与实验结果相符.高温合金氧化膜的弯曲图合理解释了氧化膜的弯曲剥落过程.

金属离子高温注入原理与工艺研究

采用离子与固体相互作用理论和辐照增强扩散理论建立了金属离子高温注入的传质模型,利用有效形成热理论建立了金属离子高温注入合成金属间化合物相形成预测模型。采用MEEVA源进行了Al离子高温注入镁合金AZ31表面改性。利用Rutherford背散射和X射线衍射方法分析了注入改性层的成分与相结构,利用动电位阳极极化测量及摩擦磨损试验测定了注入改性镁合金AZ31的耐腐蚀、抗磨损性能。计算的Al离子高温注入镁合金AZ31的成分—深度分布及金属间化合物Al12Mg17形成规律与试验测量结果相符。注入剂量为6×1016ions·cm-2的Al离子高温试样,腐蚀电位和孔蚀击穿电位分别达到-1180mV(SCE)和-480mV(SCE),维钝电流密度较原始镁合金试样的电流密度约降低1个数量级。高温注入镁合金试样的磨痕较窄,磨损量较原始试样减小约20%。Al离子高温注入显著改善了镁合金AZ31的耐腐蚀、抗磨损性能。

等离子体源离子渗氮 1Cr18Ni9Ti 奥氏体不锈钢磨损特性的试验研究

用等离子体源离子渗氮，即低能（１～３ｋｅＶ）、超大剂量（１０１９～１０２０ｉｏｎｓ／ｃｍ２量级）Ｎ＋注入－同步扩散改性技术，在２８０℃和３８０℃下处理１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ奥氏体不锈钢，获得了最大深度分别为１．６μｍ和１０．６μｍ，固溶Ｎ的最高原子浓度均约为２５％的Ｎ过饱和面心立方相（γＮ）改性层．销－盘磨损试验表明：在２ｍ／ｓ和较宽负荷范围（等效正应力０．２～２．８ＭＰａ）条件下，高硬度（ＨＫ０．１Ｎ２２００）的γＮ相改性层具有较高的承载能力和较长的耐磨寿命．高度过饱和Ｎ在母相奥氏体中的固溶强化作用，是使等离子体源离子渗氮奥氏体不锈钢耐磨性提高的主要原因．

高性能表面层制造:基于可控表面完整性的精密制造

高性能表面层制造是具有特殊功能性表面层结构零件的精密制造,体现了高性能零件性能与几何参数一体化制造的特点。依据功能性表面层结构零件的性能要求所设计的几何参数和材料特性,选择表面层加工制造方法,确定加工工艺载荷的物质与能量输入条件,通过减控加工工艺的几何、结构、物理、化学等多源耦合约束,构建主动协调的材料加工载荷的应力场、温度场和化学位场等(多)场环境,相应地揭示零件表面完整性变化关系内禀的加工过程印记,利用可控的表面完整性与高性能零件性能的关联模型,实现具有特殊功能性表面层的精密制造。高性能表面层加工制造原理的核心是表面完整性的形成机制、评价方法和调控作用,所提出的高性能表面层精密制造的体系框架,以基于知识方法取代实验迭代的试错法,可解决高性能制造的加工制造反问题。

钢的等离子体基低能离子注入的传质机制

等离子体基低能离子注入是一种钢的低温、低压表面改性方法，它包括等离子体源离子渗氮和等离子体源离子渗碳两种工艺等离子体基低能离子注入的主要传质机制是低能离子注入一同步热扩散，即在低脉冲负偏压作用下的离子首先完成不依赖于工艺温度的低能离子注入，然后己注入的原子在较低的工艺温度下发生足够的热扩散等离子体热扩散吸收具有补充的传质作用，但由于工艺温度较低，这种作用很小连续的热扩散过程有利于改善注入吸收条件，等离子体湮没也可以防止已注入原子的反向逸出，二者对传质过程具有促进作用．

基于氧化膜屈曲破坏的高温合金循环氧化动力学模型

高温合金循环氧化膜弯曲剥落行为等效为弹性基础梁失稳问题 ,利用有限元特征值屈曲分析 ,提出高温合金循环氧化膜弯曲剥落理论 ,建立了高温合金循环氧化动力学模型 .Fe -Ni-Cr -Al合金高温循环氧化动力学计算结果与实验数据相符 ,证明了氧化膜弯曲剥落模型的正确性 .

等离子体源离子渗氮合成硼碳氮薄膜的研究

采用等离子体源离子渗氮，即低能（1-3keV）、超大剂量（10^(19)～10^(20)ions．cm^(-2)）氮离子注入-同步热扩散技术，在300～500℃处理碳化硼薄膜，合成了硼碳氮三元薄膜．俄歇电子能谱和漫反射富氏变换红外光谱分析表明，合成的硼碳氮薄膜是碳硼比固定，氮含量可控的非晶态薄膜．300℃渗氮的薄膜由sp^2型的硼、碳、氮微区构成，而500℃渗氮的薄膜则由sp^3和sP^2型复合的微区组成．较高的渗氮工艺温度促进sP^3型结构的形成，渗氮工艺时间对薄膜结构的影响不显著．

等离子体改性1Cr18Ni9Ti不锈钢钝化膜的耐蚀性

等离子体改性１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢钝化膜的耐蚀性雷明凯，袁力江，孔常静，张仲麟（大连理工大学大连１１６０２４）电子回族共振（ＥＣＲ）微波等离子体具有高电子密度和离化率，低放电粒子溅射率及无极放电设计等优点［１－２］，为金属钝化膜的改性提供了有效和...

强流脉冲离子束辐照涡轮叶片表面的清洗加工

利用强流脉冲离子束辐照的冲击加工作用,进行涡轮叶片表面氧化物的清洗加工。强流脉冲离子束的束斑面积为10-100cm2,离子能量为300keV,束流密度为350A/cm2,在辐照2-20次条件下,涡轮叶片基体表面因高温氧化形成的氧化物层完全去除;辐照表面微米深度浅层的快速熔化凝固,使叶片基体表面的微观缺陷焊合。通过强流脉冲离子束辐照,获得了光滑、平整的涡轮叶片基体表面,实现了涡轮叶片表面的清洗维修。

奥氏体不锈钢表面改性层耐蚀性实验研究 Ⅱ.3%NaCl溶液中E-pH图

等离子体源离子渗氮1Cr18Ni9Ti不锈钢获得的峰值氮含量为32％，深度为13μm的单相高氮面心相（γN）表面改性层，与原始不锈钢相比较，在3％NaCl溶液中的E-pH图具有扩大的热力学稳定区、完全钝化区，以及缩小的不完全钝化区、孔蚀区．在pH＜0．4时，γN相改性层发生与原始不锈钢相同的均匀腐蚀；在pH＝0．4—3时，γN相改性层孔蚀击穿电位增高，耐孔蚀性能改善；在pH=4─11时，γN相改性层完全不发生扎蚀，耐孔蚀性能显著优于原始不锈钢；在pH＞11时，γN相改性层与原始不锈钢相同，均不发生孔蚀．

强流载能束与材料表面相互作用的热效应

介绍了强流载能束与材料表面相互作用热效应理论模型。在脉冲激光束和脉冲离子束辐照条件下 ,针对不同脉冲作用时间和能量密度建立传热模型。结合最新的实验研究成果 ,选择合理的初始条件和边界条件、热源项和参考坐标系。根据计算的材料表面温度场讨论非平衡效应及临界现象对表面温度场演变的影响。

高温氧化防护涂层寿命预测的基础理论问题

介绍了高温氧化的动力学理论和高温循环氧化膜剥落的统计规律 ;理论计算了高温氧化动力学常数kp,氧化膜裂纹密度指数m和氧化剥落常数q ;

生物医用奥氏体不锈钢磨损腐蚀问题

介绍了生物医用奥氏体不锈钢的发展现状 .针对奥氏体不锈钢存在的磨损腐蚀复合性能差的问题 ,采用一种低温、低压表面改性方法——等离子体基低能离子注入 ,获得了具有耐磨损腐蚀复合性能的高氮面心亚稳相 ( γN)改性层 ,并证明 γN 相改性层在生物医用方面良好的发展前景 .

低温区间的Fe-N二元相图理论分析

采用亚点阵的化合物能模型计算低温区间Fe-N二元相图。计算结果表明,25～350℃低温区,分别存在着α-Fe(N)和γ＇-Fe_4N,γ＇-Fe_4N和ε-Fe_2N_(1-x)二相平衡。α-Fe(N),γ＇-Fe_4N,ε-Fe_2N_(1-x)均为热力学稳定相。依据Guillermet和Du的热力学性质参数计算的低温区间Fe-N二元相图与现有实验数据相符。