氮流量对六方氮化硼(hBN)薄膜结构和力学性能的影响

目的研究磁控溅射过程氮气(N_(2))流量对六方氮化硼(hBN)薄膜结构和力学性能的影响,为设计新型结构hBN薄膜提供新思路。方法利用中频电源磁控溅射硼靶,调节不同N_(2)流量(6、12、18、24、30、36 mL/min),沉积4 h后得到hBN薄膜,使用表征工具分析N_(2)流量对hBN薄膜的组成、微观结构、表面形貌以及力学性能的影响。最后使用透射电子显微镜和选区电子衍射对所制备薄膜的纳米晶粒尺寸和晶体点阵结构进行分析。结果XRD结果显示,薄膜物相主要为hBN。XPS结果说明,所制备薄膜为富硼hBN薄膜。薄膜的硬度和弹性模量随N_(2)引入量的增加呈现先下降、后上升的趋势,最大硬度可达7.21 GPa,对应弹性模量为116.78 GPa。薄膜最低的硬度值为1.2 GPa,弹性模量为32.68 GPa。薄膜弹性破坏应变(H/E*)和塑性变形抗力(H3/E*2)随N_(2)引入量的增加也呈现先上升、后下降的趋势,硬度最高薄膜对应的H/E*值为6.414×10^(-2),H3/E*2值为29.27×10^(-3)GPa,最低硬度值对应的H/E*值为3.819×10^(-2),H3/E*2值为1.77×10^(-3)GPa。透射结果显示,当N_(2)引入量从6 mL/min逐渐增加到36 mL/min时,薄膜微观结构由结晶较差的卷曲结构过渡到局部纳米晶结构,最后形成结晶性较好的卷曲结构,并再次证明所制备薄膜为hBN。结论在中频磁控溅射沉积hBN薄膜时,通过调整N_(2)流量可以有效调节薄膜的特殊组成,使结构发生转变,进而影响薄膜的力学性能。

hBN含量对CuAl/hBN封严涂层高温磨损性能的影响

目的 研究hBN含量对CuAl/hBN可磨耗封严涂层在450℃下磨耗性能的影响。方法 利用大气等离子喷涂工艺制备原始粉末中hBN质量分数分别为10%、15%、20%、25%的Cu Al/hBN涂层。采用QUALITEST表面洛式硬度仪表征喷涂态涂层表面洛氏硬度。采用高温摩擦磨损试验机及场发射扫描电镜等方法,表征450℃下涂层及摩擦副的磨损形貌和质量磨损比,探讨涂层的磨损机理。结果 随着原始粉末中hBN质量分数由10%增加至25%,所制备喷涂态涂层的表面洛式硬度逐渐降低,分别为69HR15Y、56HR15Y、46HR15Y、36HR15Y。涂层与摩擦副之间的质量磨损比分别为-0.88%、-0.25%、-0.13%、-1.40%,在原始粉末中hBN质量分数为20%时质量磨损比更接近0,涂层磨耗性能更优异。涂层与摩擦副在相对摩擦过程中,主要以涂层的磨损剥落为主。在摩擦销接触面上同时观察到混合转移层,且随着涂层hBN含量的增高,接触面转移层质量先减小后增大,表面涂抹程度更加平缓,形貌起伏更加均匀。结论 低线速度条件下,摩擦热效应对涂层及摩擦副形貌及二者间的磨损行为的影响起关键作用。hBN组分理论上存在最优值,保证封严涂层获得最佳的磨耗性能。综合而言,CuAl/20%hBN涂层与摩擦副的摩擦相容性更优异。

纳米hBN对硬质合金刀具干切削加工316不锈钢的影响

为了解决硬质合金刀具切削316不锈钢时切削力过大和切削温度过高的问题,采用真空热压烧结技术研制了以纳米六方氮化硼(hBN)为添加相的自润滑硬质合金刀具,并研究其干切削316不锈钢的切削性能。数据表明,当添加5vol.%的纳米hBN时,硬质合金刀具的断裂韧性提高了34.3%。在相同条件下,纳米六方氮化硼刀具的切削力和切削温度显著降低。此外,前刀面的平均摩擦系数和后刀面的磨损量减小,刀具的减摩性能提高,从而延长了刀具的使用寿命。

矩形hBN层状光栅中的Goos-Hänchen位移

六方氮化硼(hBN)是一种天然的范德瓦尔斯双曲材料,在两个红外波长范围内表现出双曲色散关系,可用于加强光与物质的相互作用.在目前的工作中,设计了矩形层状光栅hBN(RLG)结构,通过数值模拟发现能够增大Goos-Hänchen(GH)位移的同时具有较高的反射率.利用电场分布直接揭示了GH位移增强归因于RLG结构中的高局域的电场.值得注意的是,GH峰值的频率和宽度也可以由入射光偏振,hBN层各向异性轴方向的高度和厚度等参数来调控.基于GH位移的RLG结构传感特性,灵敏度高达1.401μm/RIU.这些结果可以为高灵敏光学传感器、光学开关和光电子探测器的设计提供有益参考.

火焰喷涂NiCrFe-Al-hBN涂层的高温稳定性研究

采用火焰喷涂方法在GH4169合金基体表面制备了NiCrFe-Al-hBN涂层,将NiCrFe-Al-hBN涂层在700℃和815℃进行热处理,分析了涂层的硬度、结合强度和微观形貌变化,并对不同温度热处理后的涂层与高温合金叶片的可磨耗性能进行了评价和分析。研究结果表明:NiCrFe-Al-hBN涂层经700℃高温处理50h、100h和150h后,随着热处理时间的延长,硬度变化不明显,硬度增加1.37%,结合强度与喷涂态相比相当。通过对涂层显微组织分析发现,在该温度热处理后涂层的显微组织未发生明显变化。在700℃,线速度450μm/s,50μm/s进给速度刮擦试验条件下,喷涂态NiCrFe-Al-hBN涂层的IDR值为3.36%,经700℃下处理150h后涂层的IDR值为3.86%,均满足压气机的使用要求,涂层在700℃下热稳定性能优异,可在该温度条件下长时间应用。涂层在815℃热稳定性不理想,随着热处理时间的延长,涂层硬度和结合强度均增加,可磨耗性能明显下降。

Ni-20Cr/hBN自润滑材料的高温氧化行为

采用粉末冶金法制备六方氮化硼(hBN)含量为8%、10%和12%(质量分数)的Ni-20Cr/hBN自润滑复合材料,研究其在600、700和800℃的高温氧化行为,绘制氧化动力学曲线,并利用XRD和SEM分析氧化层的成分和形貌。结果表明:Ni-20Cr/hBN复合材料在600℃氧化300 h后氧化反应不明显;在700和800℃氧化300 h后出现较明显的氧化产物,主要有Cr2O3、NiCr2O4和CrBO3。氧化反应前100 h的氧化行为符合氧化增量动力学曲线,800℃的氧化抛物线速率常数比700℃的高一个数量级;而氧化100 h后,由于B2O3的熔融,试样质量保持不变或甚至呈下降趋势;在700℃下连续氧化膜基本形成,起到较好的保护作用,在800℃时氧化膜出现不同程度的腐蚀。

Ni-Cr/hBN自润滑复合材料的摩擦学性能研究

采用粉末冶金技术制备Ni-Cr/hBN自润滑复合材料,研究hBN含量及摩擦载荷对Ni-Cr/hBN复合材料的性能及摩擦磨损行为的影响.结果表明:随hBN含量增大,Ni-Cr/hBN复合材料的密度、抗弯强度和摩擦系数均逐渐减小.当载荷为20 N时,Ni-Cr/hBN复合材料的磨损速率随hBN含量的增大而减小;当载荷为60 N和100 N时,磨损速率随hBN含量增大呈先减小后增大的趋势.当hBN含量不变时,磨损速率随载荷增大而逐渐增大.通过探讨Ni-Cr/hBN自润滑复合材料的润滑与磨损机理可知,材料的摩擦系数取决于hBN的含量,而磨损速率与材料的力学性能有关.当hBN含量为9%(质量分数),摩擦载荷为60 N时,Ni-Cr/hBN自润滑复合材料具有最佳的摩擦学综合性能.

Al_2O_3/hBN自润滑复合材料的制备及显微结构分析

以Al2O3为陶瓷基体,hBN为固润滑组元添加剂,在N2保护下烧成,制得了Al2O3/hBN自润滑复合陶瓷,通过SEM、EDS、XRD等分析探讨了固润滑组元的引入量、添加助熔剂及常压和热压两种烧成条件下材料显微结构的变化。结果表明,hBN引入量为10%时已有足够的量均匀分散在基体中;相同烧成温度下,热压过程中施加的压力可以破坏hBN的卡片房式结构,伴随液相的出现有利于hBN的定向排列,获得了结构致密的自润滑复合陶瓷材料。

六方氮化硼(hBN)表面镀镍对Ni-Cr/hBN固体自润滑材料性能的影响

为了改善六方氮化硼(hBN)固体润滑剂和Ni-Cr合金基体之间的润湿性,采用硝酸镍分解—氢还原法制备Ni包覆hBN粉末(即Ni/hBN粉末)。分别用Ni/hBN粉末和未包覆的hBN粉末作为固体润滑剂制备(Ni-Cr)/hBN自润滑复合材料,研究hBN粉末表面包覆Ni对该复合材料组织和性能的影响。结果表明:与hBN相比,用(Ni/hBN)制备的Ni-Cr/hBN自润滑复合材料的组织更均匀,固体润滑剂与基体之间的界面结合良好,材料密度从5.192 g/cm3提高到5.602 g/cm3,孔隙率从20.3%下降到14.1%。硬度从17.64 HB提高到29.07 HB,抗拉强度从47.15 MPa显著提高到70.46 MPa。对材料在干摩擦条件下的摩擦学性能研究发现,Ni-Cr/hBN自润滑复合材料的磨损行为主要是粘着磨损和磨粒磨损。与添加hBN制备的Ni-Cr/hBN复合材料的平均摩擦因数(0.35)和磨损率(0.412×10-8 kg/(N.m))相比,采用(Ni/hBN)粉末制备的Ni-Cr/hBN自润滑复合材料具有较低的摩擦因数和磨损率,分别为0.22 kg/(N.m)和0.151×10-8 kg/(N.m)。

Ti6Al4V钛合金表面Ni60-10%hBN激光熔覆层的摩擦学性能

为了提高Ti6A14V钛合金的摩擦学性能，以Ni60-hBN混合粉末为原料，对其表面进行激光熔覆，并与Ni60粉末激光熔覆层进行了对比，分析了2种熔覆层的物相组成、显微组织；在2，5，8N下测试了2种熔覆层的干滑动磨损性能。结果表明：在2-8N内，Ni60熔覆层和Ni60—10％hBN熔覆层的摩擦系数和磨损率均随载荷的增加先减小后升高，在5N时，Ni60—10％hBN熔覆层具有优异的自润滑耐磨效果。

对微小尺寸hBN、cBN晶体的电镜观测

利用高分辨率（０．２ｎｍ）电子显微镜对经高温高压处理的ｈＢＮ－触媒体系中纳米尺度的产物进行了观察，并通过电子衍射方法确定了其中的ｈＢＮ、ｃＢＮ相。结果表明，ｈＢＮ、ｃＢＮ晶粒在２００～３００ｎｍ尺寸范围内时其自身结构已确定，但其外观不具有各自的晶体特征。推断该种尺寸的晶粒处于成核生长的初期阶段，从热力学公式粗略估算。

hBN含量对NiCr/Cr_3C_2-hBN复合涂层抗热震性能和氧化性能的影响

为了提高NiCr/Cr3C2复合涂层的摩擦性能,在涂层中加入了hBN作为固体润滑剂,研究了hBN含量对涂层抗热震性能和氧化性能的影响。采用大气等离子喷涂技术制备了hBN含量分别为0%、2.5%、5%、10%和20%的NiCr/Cr3C2-hBN复合涂层,并研究了复合涂层在700、800和850℃的抗热震性能和在850℃的恒温氧化性能。结果表明:NiCr/Cr3C2-hBN复合涂层呈层状结构,各层之间结合良好;所有涂层在700、800和850℃水淬10次均未出现明显的裂纹和脱落现象,涂层抗热震性能均良好。涂层的氧化增重随着hBN含量的增加逐渐增大,96h后NiCr/Cr3C2-20%hBN涂层氧化非常严重。在850℃时,所有涂层的氧化动力学曲线均遵循抛物线规律。

hBN含量对Si_3N_4-hBN复相陶瓷性能和微观结构的影响

利用纳米级粉体经热压烧结制备了Si_3N_4-hBN复相陶瓷,研究了hBN含量对Si_3N_4-hBN复相陶瓷致密度、力学性能、摩擦学性能、微观结构的影响。用阿基米德排水法、三点弯曲法和维氏压痕法测量材料的致密度、力学性能;用摩擦磨损试验机测试材料的摩擦学性能;用XRD、EDAX和SEM、LSCM分析观察材料的物相组成和微观结构。研究结果表明,随着hBN含量的增加,复相陶瓷的密度将会持续下降,气孔率先是急剧上升,然后趋于平缓,力学性能持续下降,干摩擦条件下复相陶瓷与GCr15配副的摩擦学性能呈现先提高后降低的趋势,当hBN含量低于20wt%时,随着hBN含量的增加,摩擦系数和磨损率逐渐减小;当hBN含量大于20wt%时,摩擦系数和磨损率急剧增大;hBN含量为20wt%时,获得最低的摩擦系数为0.31。hBN的引入直接影响Si_3N_4-hBN复相陶瓷的微观组织结构,进而影响复合陶瓷的力学性能和摩擦学性能。

进给速率对AlSi/hBN封严涂层可磨耗性的影响

采用模拟工况的试验方法,利用高温超高速可磨耗试验机,研究了进给速率变化对AlSi/hBN封严涂层—TC4模拟叶片的磨耗行为及刮削性的影响,利用体视显微镜、扫描电子显微镜(SEM)分析了涂层和叶片的宏微观形貌;利用能谱仪(EDS)、X射线衍射分析涂层的相成分,结果表明:在温度为450℃,线速度为300m/s,进给深度500μm情况下,进给速率的改变对AlSi/hBN封严涂层—TC4模拟叶片的宏微观形貌和磨耗机制影响显著,低进给速率时,磨损严重,主要表现为切槽、叶片粘附转移和过热等机制;在中高进给速率时,可磨耗性较好,主要表现为切削和涂层材料向叶片的转移机制。

Si_3N_4/hBN复相陶瓷的研究现状及进展

Si3N4/hBN复相陶瓷凭借优良的综合力学性能,逐渐成为人们研究的热点。从制备工艺和性能出发阐述了国内外Si3N4/hBN复相陶瓷的研究现状,分析了各种制备方法的优缺点以及hBN含量对Si3N4/hBN复相陶瓷的可加工性能、力学性能、介电性能、摩擦学性能的影响,并指出简化工艺、降低烧结温度、hBN含量与性能定量表征等可能是今后的发展方向。

Si_3N_4-hBN复相陶瓷材料在海水环境中的摩擦学特性研究

通过热压烧结制备不同含量hBN的Si_3N_4复相陶瓷材料,利用MMW-1立式万能摩擦磨损试验机研究Si_3N_4-hBN复相陶瓷材料与Ti6Al4V钛合金在海水环境下的摩擦学性能,采用扫描电子显微镜(SEM)来观察分析材料的磨损形貌;同时采用EDS能谱仪对摩擦表面的元素分布进行定性分析并且对摩擦表面膜的元素分布进行定性分析.结果表明,hBN的加入降低了Si_3N_4陶瓷材料的物理力学性能;海水环境,20 N、1 000r/min条件下,纯氮化硅(0.467,1.01×10-5 mm^3/Nm)的摩擦因数和磨损率高于hBN含量为5%(0.411,5.58×10-6mm^3/Nm)和10%(0.417,6.55×10-6 mm^3/Nm)的Si_3N_4复相陶瓷材料,低于hBN含量为20%(0.505,2.07×10-5 mm^3/Nm)和30%(0.485,1.34×10-5 mm^3/Nm)的Si_3N_4复相陶瓷材料.当hBN含量为5%时,摩擦配副的摩擦因数和磨损率均最低,表明了Si_3N_4-5 wt.%hBN具有良好的摩擦学性能,这归因于TC4盘试样表面生成了具有润滑作用的SiO_2、TiO_2、Fe_2O_3、Al(OH)3和Mg(OH)2等物质,该物质不仅能改善配副摩擦的摩擦因数,还对摩擦表面起到了一定的保护作用.

复压复烧对Ni-20Cr/hBN自润滑复合材料力学性能及摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金法制备Ni-20Cr/hBN复合材料,研究300 MPa复压8 s,1 150℃复烧2 h对该材料力学性能和摩擦磨损性能的影响。结果表明,当hBN含量为10%时(质量分数),复压复烧1次可使密度由5.35 g/cm3提高至5.5 g/cm3,孔隙率由19.87%降低至16.67%,抗弯强度由75.03 MPa提高至115.11 MPa,硬度由19.46 HB提高至20.12 HB。多次复压复烧对Ni-20Cr/hBN复合材料性能影响较小。hBN含量为10%时Ni-20Cr/hBN复合材料在室温、400℃和600℃下的摩擦因数分别为0.808、0.898和0.914,质量磨损分别为63.7、141.5和204.4mg/min,经过1次复压复烧之后摩擦因数分别降低21.78%、25.72%和26.15%,磨损率分别降低32.16%、54.55%和50.70%。

初始原料hBN的结晶度及添加剂对cBN合成的影响

在压力为4.5-5 GPa,温度为1 500-1 700℃内,以Li3N为触媒研究了结晶程度不同的hBN在有或无添加剂LiH情况下对cBN合成难易程度的影响.通过X-光谱对初始原料进行了分析并用显微镜观察了合成产物.结果表明：在不添加LiH的情况下,结晶度高的hBN较容易合成cBN,而添加LiH后,与上述结果相反,结晶度较低的hBN较容易形成cBN.

CaB2O4掺量对烧结后hBN结构及摩擦性能的影响

为了促进hBN的结晶生长,降低其摩擦系数,研究了CaB2O4掺量对烧结后hBN结构和摩擦性能的影响。在hBN中加入CaB2O4作为烧结助剂,在N2气氛下于2000℃保温5h对不同CaB2O4掺量的hBN进行了烧结,采用XRD、SEM和摩擦磨损试验机对烧结后hBN的物相组成、显微结构和摩擦性能进行了表征,并探讨了烧结后hBN的摩擦磨损机理。结果表明:烧结后,hBN晶体呈片状。随着CaB2O4掺量由0%增加到15%,hBN晶体直径由0.5~2μm逐渐增大到2~4.5μm;晶体厚度由100nm增加到200nm,说明在N2气氛下,2000℃,保温5h时,CaB2O4的加入可以促进hBN的结晶生长。hBN块体的摩擦系数随着CaB2O4掺量的增加有下降的趋势。随着温度从室温增加到800℃,烧结后hBN的摩擦系数先增大后减小。

HBN粒径对7075-T6铝合金PEO膜结构和性能的影响

在硅酸盐和磷酸盐混合电解液体系中加入不同粒径HBN颗粒,通过等离子体氧化法(PEO)在7075-T6合金表面制备Al2O3/HBN复合膜;利用SEM、EDS、XRD、磨损实验、电化学极化曲线等对复合膜的组织结构、化学组成、耐磨及耐蚀性能进行表征。结果表明:HBN颗粒加速了膜层的击穿放电过程,对PEO膜的前期生长有促进作用,且所得膜层较为致密,但膜层粗糙度有所增加。电解液中加入4g/L的HBN颗粒,无论HBN粒径为5、10或30μm,均能使PEO膜的表层微孔数量及内部缺陷有所减少,且复合膜中晶态Al2O3相含量也有所增长。相比于PEO膜,HBN颗粒复合的PEO/HBN复合膜的摩擦因数更小、比磨损率更低、摩擦磨损性能均有所改善;且HBN粒径为10μm时,复合膜的耐磨性更佳,比磨损率降低近42.5%。此外,PEO/HBN复合膜的耐蚀性更优,其自腐蚀电流密度较未复合的PEO膜下降了1个数量级;5μm粒径HBN复合的膜层经模拟海水浸泡1800 h后表面腐蚀较轻微。