陶瓷与金属梯度过渡层的自蔓延高温合成

陶瓷以优良的性能正成为极具潜力的新型结构材料 ,在其应用过程中往往需与金属连接 ,但因两者间的组织结构及物化性质相差悬殊 ,往往得不到满意的连接结果。在陶瓷与金属间用一定厚度的成分和结构呈梯度变化的梯度过渡层作为连接二者的焊缝层 ,是解决陶瓷与金属连接时所存在问题的较好措施之一。本文将自蔓延高温合成技术引入焊接领域 ,探索了陶瓷 -金属焊接时接头中梯度过渡层的制备工艺。试验结果表明 ,采用自蔓延高温合成技术可成功地制取陶瓷—金属的梯度过渡层 ,这种过渡层可以有效地缓和因线膨胀系数差在陶瓷 -金属焊接时界面处所产生的热应力 ,为获得综合性能良好的异种材料焊接接头开辟了一条新途径。

梯度过渡层对硬质合金沉积类金刚石膜的耐磨性影响

目的分析不同类型的梯度过渡层对硬质合金沉积类金刚石涂层耐磨性能的影响,制备出能有效改善硬质合金减摩抗磨性能的类金刚石涂层。方法采用真空阴极电弧离子镀和等离子体增强化学沉积技术,在硬质合金基底上制备了Ti/TiC/DLC、Ti/TiN/DLC、Ti/TiN/TiNC/DLC和Ti/TiN/TiNC/TiC/DLC四种类型的Ti多元梯度过渡类金刚石涂层。通过GNEHM-150型洛氏硬度计和电子显微镜、MFT-4000多功能材料表面性能试验仪、纳米硬度测试仪,分别评价不同类型多元梯度过渡层对硬质合金类金刚石涂层的膜基结合强度、摩擦磨损性能及纳米硬度。结果 Ti/TiC/DLC、Ti/TiN/DLC、Ti/TiN/TiNC/DLC和Ti/TiN/TiNC/TiC/DLC四种类型涂层的膜基结合强度等级分别为HF3-HF4、HF5-HF6、HF1-HF2、HF1,对两种膜基结合强度较好的涂层(Ti/TiN/TiNC/DLC、Ti/TiN/TiNC/TiC/DLC)进行摩擦磨损检测,其摩擦系数分别为0.2、0.1,且经过60 min对摩,Ti/TiN/TiNC/TiC/DLC涂层仍未出现明显剥落。结论梯度过渡层的类型对薄膜的膜基结合强度、摩擦性能有较明显的影响,Ti/TiN/TiNC/TiC/DLC结构的涂层膜基结合强度最好,具有最低的摩擦系数,表现出了优异的减摩抗磨性能,可有效改善硬质合金表面的耐磨性能。

MoSi_2/不锈钢连接梯度过渡层的残余应力

采用放电等离子烧结(SPS)技术,利用MoSi2/316L梯度材料作为过渡层连接MoSi2与316L不锈钢,并运用有限元软件ANSYS对MoSi2与316L不锈钢接头制备过程中所产生的残余应力进行分析。结果表明:随成分分布指数P增加,最大径向和轴向残余拉应力先减后增,当P=0.8时,两者同时接近最小,且MoSi2侧的最大径向拉应力较小;随梯度层数n增加,最大径向和轴向残余拉应力逐渐减小,当n=9时,最大径向和轴向残余拉应力分别降为n=0时的24%和25%,且梯度层继续增多时,变化趋势变得平缓;随梯度层厚度d增加,最大径向和轴向残余拉应力逐渐减小,当d=1.0 mm时,变化趋势平缓;利用P=0.8、d=1.0 mm、n=9的MoSi2/316L梯度材料作为过渡层体系获得致密且均匀的连接接头。

基于多功率源梯度过渡层的Si-DLC的制备及水润滑性能研究

采用溅射、反应溅射与RF-CVD技术相结合的多功率源沉积了梯度过渡层,在此基础上用RF-CVD法沉积了掺硅类金刚石膜,研究了梯度过渡层对薄膜结构、力学性能及水中摩擦学性能的影响.结果表明:梯度过渡层的引入可在一定程度上提高薄膜的sp3成分含量、硬度和杨氏模量,对增强膜基结合力,提高薄膜在水中的抗剥落性能有较显著的效果.

使用梯度过渡层的掺Cr碳膜的显微组织特征

为了探究C、Cr两种主要成膜元素在非晶碳膜中的存在和分布状态,采用非平衡磁控溅射离子镀技术制备出了具有梯度过渡层的掺Cr碳膜,利用高分辨透射电子显微术(HRTEM)分析了薄膜的显微组织.结果表明,沉积在硅晶片上的纯Cr底层具有典型的柱状晶结构,其上的梯度过渡层则由各种形态的Cr纳米晶和富碳非晶基质构成.沿薄膜生长方向,随着Cr含量逐渐降低,过渡层中的Cr纳米晶依次形成层片晶、岛状晶和微晶.掺Cr碳膜的工作层则是一种非晶的纳米多层膜.膜中的C始终以非晶态存在,所观察到的结晶相均属金属Cr,同时纯Cr层柱状晶和过渡层中的各种Cr纳米晶都不同程度地具有(110)晶面的择优取向.

基于MoSi2/316L连接梯度过渡层的组织与形貌

采用MoSi2/316L梯度过渡层,借助放电等离子烧结技术实现了MoSi2与316L不锈钢的连接,着重研究了MoSi2/316L连接梯度过渡层的组织、形貌、显微硬度及界面结合情况。结果表明,MoSi2/316L不锈钢梯度过渡层组织呈梯度分布,表现为宏观组织的不均匀性和微观组织的连续性,各梯度层的显微硬度基本呈梯度变化;梯度过渡层界面之间结合良好,没有明显的宏观界面,在各梯度层内部及界面都没有裂纹及大孔洞,界面结合紧密。

基于MoSi_2/316L不锈钢连接的烧结工艺及其梯度过渡层优化

采用放电等离子烧结(SPS)技术,以MoSi2/316L不锈钢梯度材料作为过渡层连接MoSi2与316L不锈钢,优化了具体的连接工艺和梯度过渡层。结果表明优化得到的连接工艺为:以100℃.min-1速度升温至1000℃,保温10 min,再以6℃.min-1速度冷却至600℃后随炉冷却。其中升温时的烧结压力为50 MPa,降温时为40 MPa;优化得到的梯度过渡层结构为:梯度层层数n=7,梯度层厚度d=0.8,梯度层各层MoSi2的体积分数分别为:40%,50%,60%,70%,80%,90%,95%;利用优化后的梯度过渡层结构和连接工艺,经SPS烧结可实现MoSi2与316L不锈钢的连接。梯度层组织致密、均匀,界面结合良好,未出现明显的裂纹或其他缺陷。

梯度过渡层对异质树脂材料并联结构拉伸强度和延性的影响

选择弹性模量依次减小的7种树脂材料,利用多材料喷射打印技术制备由最大和最小弹性模量材料并联形成的具有4种界面结构的拉伸试样,界面结构分别为无过渡层、宽度3 mm均质过渡层(由弹性模量居中的1种材料组成)以及宽度分别为3,5 mm的梯度过渡层(由另外5种材料组成),分析了其界面成形质量及拉伸性能。结果表明:无过渡层试样的界面处存在纹道和较多孔洞,成形质量较差;添加均质过渡层后,界面缺陷减少,拉伸强度略微增大,但是断裂应变降低了14.8%;添加梯度过渡层后,界面成形质量进一步提高,拉伸强度略微增大,延性明显提高,含宽度3,5 mm梯度过渡层试样的断裂应变分别比无过渡层试样提高了10.6%,37.9%。

具有梯度过渡层的DLC膜空蚀机理研究

本文中采用RF-CVD技术辅助于溅射、反应溅射在不锈钢基体表面沉积了纯Ti层及其化合物层的过渡层,然后在表面沉积掺硅与非掺硅类金刚石膜,研究其力学性能与抗空蚀能力。研究结果表明,增强薄膜硬度和弹性模量可以提高薄膜抗空蚀能力,但较大地弹性模量和内应力同样容易引起薄膜表层剥落。由于掺杂硅元素可使类金刚石膜在水环境中化学性质更加不稳定,所以掺杂硅元素会对薄膜抗空蚀性产生不利影响。

梯度过渡层对TiC薄膜中残余应力影响的研究

用平行光束掠射法（ＧＩＸＤ）测定了磁控溅射ＴｉＣ（Ａｌ基体）膜中的残余应力，比较了不同厚度的梯度过渡层对残余应力的影响．

Cr基过渡层对钛合金表面类金刚石薄膜摩擦学性能的影响

采用磁控溅射技术在钛合金(Ti6Al4V)表面制备Cr、Cr/Cr N和Cr/Cr N/Cr NC过渡层结构的类金刚石(DLC)薄膜。采用扫描电子显微镜、拉曼光谱仪与原子力显微镜分析薄膜的结构和表面形貌,利用纳米压痕仪、薄膜内应力测试仪、划痕测试仪、摩擦试验机和二维轮廓仪研究薄膜的硬度、内应力、结合力和摩擦磨损性能。结果表明:随着Cr基梯度过渡层的引入,DLC薄膜的内应力逐渐下降,结合力逐渐上升。Cr/Cr N/Cr NC/DLC薄膜具有优异减摩抗磨性能,摩擦因数和磨损率低至0.09±0.02和(1.89±0.15)×10-7 mm3/N·m。试验结果对钛合金表面高性能DLC薄膜制备及应用具有一定的参考价值和指导意义。

Cr基过渡层对CrWN涂层摩擦学性能的影响

本文探究了Cr过渡层及Cr-CrN过渡层对CrWN涂层耐磨性能的影响,制备具有良好的减磨耐磨性能的CrWN涂层。采用等离子增强磁控溅射工艺,在碳化钨基体表面制备CrWN涂层,Cr-CrWN涂层、Cr-CrN-CrWN涂层。通过扫描电子显微镜,X射线光电子能谱仪,X射线衍射仪,纳米压痕仪,洛氏硬度计和摩擦磨损实验机对涂层表面形貌、力学性能及摩擦磨损性能进行表征及分析。三种CrWN涂层均以面心立方结构的CrN相和W2N相构成。Cr-CrN-CrWN涂层的膜基结合强度最高,为HF1等级。CrWN涂层的硬度为21.5 GPa,引入Cr过渡层及Cr-CrN过渡层均未对涂层硬度及弹性模量造成显著影响。但通过摩擦磨损实验结果表明Cr过渡层及Cr-CrN过渡层均可降低涂层的摩擦系数并提高涂层的耐磨损性能,在稳定摩擦阶段CrCrWN涂层和Cr-CrN-CrWN涂层的摩擦系数分别为0.656,0.703,磨损率分别为1.366×10^(-6)mm^(3)/(N·m)、1.247×10^(-6)mm^(3)/(N·m);且磨损后磨痕表面无犁沟及裂纹,涂层未出现明显剥落。因此,Cr过渡层及Cr-CrN梯度过渡层可改善CrWN涂层的摩擦学性能及结合强度,并提高涂层的耐磨损性能。

等离子喷涂ZrO_2热障涂层热冲击破坏研究

对比研究了等离子喷涂ZrO2梯度热障涂层及传统的双层结构热障涂层,选择NiCoCrAlTaY合金粉末作为热障涂层的粘结底层材料、7 %Y2O3 ZrO2作为热障涂层的面层材料、不同比例的NiCoCrAlTaY与7 %Y2O3 ZrO2(YPZ)复合粉末作为梯度过渡层材料, 然后进行热冲击试验、金相分析及扫描电子显微镜形貌分析,结果表明梯度热障涂层热冲击寿命明显高于传统的双层结构热障涂层。

MOSi_2/不锈钢的梯度连接及其接头组织

采用放电等离子烧结技术和有限元分析设计的MoSi_2/316L梯度材料作为过渡层连接MoSi_2与316L不锈钢,研究了各层及界面组织。结果表明:MoSi_2与梯度过渡层材料间热膨胀系数的有效匹配,可防止低韧性MoSi_2由连接温度(1200℃)冷却时产生的残余应力而引起的开裂;使用9层MOSi_2/316L梯度材料过渡层体系可获得一种组织致密且均匀的接头;MoSi_2/316L不锈钢梯度过渡层在宏观上呈现明显的梯度,微观上则表现出成分连续变化,且各层成分分布均匀。

TiAlN薄膜的磁过滤脉冲真空弧等离子反应沉积制备的研究

采用磁过滤脉冲真空弧等离子反应沉积技术,在室温、钛合金和Si(100)单晶表面制备了TiAlN薄膜.利用SEM、XRD、EDS和XPS等对薄膜的微观组织结构及化学组分进行了观察测试分析,探讨了磁过滤脉冲真空弧等离子反应沉积技术的工艺参数对TiAlN薄膜结构的影响.

应力应变、疲劳与脆断、断裂力学

局部加热法影响转轮焊接残余应力的试验分析；工艺参数对板管间接点焊过程的影响；MoSi2／不锈钢连接梯度过渡层的残余应力；基于固有频率变化的两焊点接头的疲劳损伤参量；

铜基类金刚石膜功能梯度材料作为散热材料的研究

随着电子技术、信息产业的发展,Cu在微型散热材料、电子封装材料上应用日益广泛.Cu在应用过程中存在强度低、易氧化、易磨损等缺点.采用等离子体复合沉积技术,在铜基体上制备了Ti/TiC/DLC功能梯度材料,改善铜基体与美金刚石(DLC)膜的结合力,强化了铜的机械性能.瞬态热反射法检测结果表明,DLC功能梯度材料不会影响铜基体的散热效果.