AlTiN涂层合金划痕测试的失效形式及其失效机理的有限元分析

为了研究硬质合金基体中硬质相和粘结相对涂层内聚失效抗力(LC1)和膜基结合力(LC2)的协同作用,设计制备了具有硬质相+粘结相两相结构的WC-10Co-0.65Cr_3C_2-0.35VC(10Co)、无金属粘结相WC-6Mo_2C-0.68Cr_3C_2-0.37VC(bWC)和无硬质相85.1Co-9.2W-4.7Cr_3C_2–1.0VC(CoW)合金。采用直流磁控溅射技术,在上述合金基体表面分别沉积了厚度约5μm的Al0.55Ti0.45N薄膜。通过划痕测试获得的LC1和LC2及其差值,对涂层的失效形式进行了表征。通过划痕测试过程中涂层应力分布的有限元分析,研究涂层合金划痕失效形式所对应的形成机理。在此,LC1对应涂层首次被剥离或基体首次被暴露时所对应的载荷,与涂层的内聚失效抗力呈正相关关系;LC2对应涂层被完全从基体剥离时的载荷,表征涂层合金的膜基结合强度。在此基础上,进一步研究WC–Co合金基体中WC晶粒度和Co含量对涂层合金划痕测试过程中涂层中应力分布的影响。结果表明,采用软质CoW合金基体,涂层的LC1和LC2均为最低;采用硬质bWC合金基体,涂层的LC2最大,但LC1和LC2差值也最大;采用10Co合金基体,涂层的LC1最大,LC1和LC2差值最小。涂层与基体的杨氏模量比和基体硬度是影响LC1和LC2的关键因素。降低硬质合金基体的晶粒度,选择适中的Co含量,均有利于LC1和LC2的同步改善。

车用AZ80合金表面磁控溅射MAO-ZrO2涂层组织和划痕测试分析

利用闭合场磁控溅射镀膜技术在AZ80合金基材表面进行沉积得到一层Zr涂层,并进行微弧氧化得到MAO-ZrO2涂层。对其进行组织和划痕实验测试研究得到:ZrO2涂层具有光滑的表面并具有银白色金属光泽,在ZrO2涂层表面上形成了很多细小的胞状晶粒。试样截面上形成了具有均匀结构的ZrO2涂层,同时涂层中的Zr元素也形成了均匀分布状态,最终得到厚度约5μm的涂层。当火花放电过程结束后,试样表面形成了更大的火花亮点同时数量有明显增加。在ZrO2-AZ80试样中主要以四方ZrO2为主,还有部分强度较小的MgO与Mg组成的衍射峰,根据存在MgO的情况可以推断基材已被氧化。采用微弧氧化方法进行处理后可以使涂层硬度增加。在采用微弧氧化方式生成的MAO-ZrO2涂层中所有划痕轨迹内没有出现脱落的涂层,采用微弧氧化方法可以制备得到和基体形成更强结合能力的涂层。

无氧铜微纳米划痕测试过程影响因素仿真研究

随着材料科学技术的迅猛发展,工业领域对材料性能的要求越来越高。作为服役性能的重要因素之一,材料的摩擦磨损特性近年来成为国内外的研究热点。本文利用光滑粒子流体动力学(SPH)方法对无氧铜划痕过程进行仿真,研究了接触深度、划痕速率及非垂直因素对划痕过程的影响,有助于分析材料微观力学性能,对微沟槽加工机理及材料可加工性研究具有重要意义。

Ag-Cu/Ti双层膜复合体系结合强度测试方法研究

用粘结法和划痕法测试了 Ag- Cu/Ti双层膜复合体系的结合强度 ,并对其实验结果进行了分析、对比和讨论 .结果表明 :由于受胶结合强度的限制 ,粘结法只适用于中低结合强度的测试 ;划痕法适用于软金属薄膜结合强度的测试 ,尤其对高结合强度的薄膜特别有效 ,而且能测出双层膜或多层膜中薄膜之间的结合强度和膜基界面的结合强度 .

发动机排气门新型抗高温氧化涂层研究

目的提高排气门材料21-4N合金的抗高温氧化腐蚀性能和抗开裂剥落性能,提高排气门的服役性能,延长使用寿命。方法利用两步循环喷雾热解技术在21-4N合金表面制备(Al_2O_3-Y_2O_3)/YSZ层状陶瓷复合涂层,通过扫描电镜和能谱对涂层形貌和成分进行分析,通过循环氧化腐蚀实验评价涂层的抗高温氧化腐蚀性能和抗开裂剥落性能,通过划痕测试来评价涂层的结合强度。结果该层状复合涂层厚度均一、结构致密清晰,在900℃高温循环氧化100 h的实验中,该涂层样品的质量增加量和剥落量分别为0.3025和0.06 mg/cm^2,远低于无涂层21-4N合金的质量增加量和剥落量,具有优异的耐高温氧化腐蚀性能。该复合涂层的膜基结合力达到40 N,远高于21-4N合金表面氧化膜的结合力,能够满足排气门实际应用工况要求。结论采用两步循环喷雾热解技术在21-4N合金表面制备的(Al_2O_3-Y_2O_3)/YSZ层状复合涂层,能够有效提高排气门材料的抗高温氧化腐蚀性能,并具有优异的结合力。

纳晶与粗晶镍片微划痕力学行为与变形机制

纳米晶体材料优异的力学性能和特殊的变形机制为其工程应用奠定了基础。为探究纳晶材料的力学性能与变形机制,以高致密度和高纯度纳晶镍片为研究对象,利用微划痕技术测试其划痕硬度、抗划痕性能、划痕回弹性能、摩擦力与摩擦系数等力学行为,并与粗晶镍片进行了对比。结果表明,纳晶试样具有较高的划痕硬度和抗划痕能力以及较低的摩擦力与摩擦系数。同时,基于划痕力学行为探讨了2种试样的塑性变形机制。结果显示,纳晶镍试样的塑性变形机制以晶界滑移和晶间扩散为主,而粗晶镍试样的塑性变形中位错的发射与堆积占主导。

外加压应力对Ti-35421合金钝化膜损伤修复影响的原位电化学研究

以Ti-35421(Ti-3Al-5Mo-4Cr-2Zr-1Fe)合金为研究对象,采用自制的钝化膜损伤修复原位电化学测试装置研究了模拟深海静水压力对Ti-35421合金经过Al_(2)O_(3)陶瓷刀划伤后钝化膜破裂损伤和自修复的原位电化学行为。Ti-35421合金在3.5%NaCl溶液中的钝化平台为-0.27~0.01 V。在-0.13 V钝化电压条件下极化并进行划痕实验,无压应力作用时破损钝化膜发生快速修复。压应力增大导致原子间结合力降低,金属溶解速度增加,再钝化减缓,在原位电化学上表现为电流上升,电流回复时间增长,自修复能力减弱。再钝化过程中的暂态阶段钝化膜生长符合线性高场模型。观察划痕形貌发现压应力下划痕槽中出现微裂纹,说明较高压应力损伤作用下在划痕槽近表面产生应力集中,对合金产生的伤害部分不可修复。钝化膜破损加剧和自修复能力减弱是残余应力与环境腐蚀共同作用的结果。

衬底温度对C/C复合材料表面超声感应加热法制备CaHPO_4涂层的影响（英文）

采用超声感应加热法在H2O2水热处理C/C复合材料表面沉积了CaHPO4涂层,借助SEM、XRD、FTIR、EDS等手段,研究了衬底温度对涂层的微观结构的影响,并通过划痕测试评价涂层与C/C基体之间的结合强度,同时运用分析天平测量质量以研究涂层的沉积动力学。结果显示,所制得的CaHPO4涂层钙磷比为1.2左右,晶格中出现碳离子。涂层形貌无明显变化,但是伴随温度的升高,涂层致密度降低。涂层与基体之间的结合强度随温度升高而增强,但内聚强度随温度升高而减弱。CaHPO4涂层的感应加热沉积过程受表面化学反应控制,沉积活化能为46.7 kJ/mol。

基于纳米压痕法的羟基磷灰石/聚乳酸复合材料力学性能表征

采用准静态和动态纳米压痕技术研究了羟基磷灰石/聚乳酸(HA/PLA)复合材料在微纳尺度的表面力学性能。在静态模式下研究了保载和卸载时间对模量和硬度测试结果的影响。结果发现,当保载时间小于45s时,由于蠕变使保载和卸载时间对测试结果产生显著影响;保载时间短且卸载时间长时,在卸载段会形成"鼻子",为了避免"鼻子"选择保载时间为45s。在动态模式下研究了材料的动态力学性能,结果表明,存储模量和硬度均随着压入深度的增加而减小。压痕和划痕实验结果均表明:HA显著提高了PLA的力学性能,与纯PLA相比,9wt%HA/PLA复合材料的模量增加了35.5%,硬度增加了44.7%,蠕变深度下降了9.5%,相同载荷下的最大划痕深度和残余深度均小于纯PLA,表现出良好的弹性恢复能力和抗变形能力。