等离子体渗硼对硬质合金表面金刚石涂层的影响

采用热丝化学气相沉积法在等离子体渗硼预处理后的硬质合金表面沉积金刚石涂层,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、拉曼光谱仪及洛氏硬度计探究预处理过程对金刚石涂层生长质量和结合性能的影响。结果表明:随等离子体渗硼温度升高,基体表面生成的CoWB含量增加,且WC脱碳还原为W。等离子体轰击使基体表面缺陷密度增大,能提高金刚石的形核速率,CoWB钝化层和W过渡层可抑制Co原子扩散,提高金刚石的生长质量。相较于酸碱两步法处理,经过等离子体渗硼处理的硬质合金表面金刚石涂层中石墨相含量明显减少,残余应力随等离子体渗硼温度升高而降低。石墨相含量的减少和残余应力的降低提高了金刚石涂层与硬质合金基体之间的结合性能,1000℃预处理的硬质合金表面金刚石涂层的结合力等级可达HF1水平。

非对称磁镜场电子回旋共振氧等离子体刻蚀化学气相沉积金刚石膜

分别应用郎缪尔双探针和离子灵敏探针对非对称磁镜场电子回旋共振氧等离子体的电子参数、空间分布和离子参数进行了测量,分析了气压对等离子体参数及空间分布的影响。利用该等离子体在优化的气压条件下对化学气相沉积金刚石膜进行了刻蚀,并研究了刻蚀机理。结果表明：电子温度为5～10 eV,离子温度为1 eV左右,而等离子体数密度在1010cm-3数量级。随气压的升高,电子和离子温度降低,而电子数密度先增大后减小。在低气压下等离子体数密度空间分布更均匀,优化的刻蚀气压为0.1 Pa。刻蚀过程中,离子的回旋运动特性得到了加强,有利于平行于金刚石膜表面的刻蚀,有效地保护了金刚石膜的晶界和缺陷。

镁合金上化学转化膜的制备及其对等离子体电解氧化陶瓷涂层的影响

采用磷酸盐-高锰酸盐溶液在AZ31镁合金表面制备了化学转化膜。采用田口正交矩阵法,以转化膜在3.5%NaCl溶液中的极化电阻作为指标以及根据信噪比的计算,分析了高锰酸钾质量浓度、溶液pH、转化时间和转化温度对转化膜耐蚀性的影响,获得最优条件为:Na_2HPO_4 100 g/L,KMnO_4 20 g/L,温度80°C,pH 3,时间10 min。将优化工艺制备的化学转化膜作为介质阻挡层,在硅酸钠-氢氧化钾电解液体系中,利用等离子体电解氧化技术(PEO)在300 V下处理30 min,得到陶瓷涂层。考察了该化学转化膜对PEO放电特性,以及陶瓷涂层形貌、膜厚、成分和耐腐蚀性能的影响。与无预制转化膜的陶瓷涂层相比,有预制化学转化膜的陶瓷涂层的组分差别不大,但极化电阻提高了2个数量级,膜厚增加近一倍。

钛表面等离子体电解氧化制备的Ca-P-Si生物活性陶瓷膜的电化学性能

采用等离子体电解氧化法在钛表面制备Ca-P-Si生物活性陶瓷氧化膜。将纯钛及等离子体电解氧化后纯钛两种样品分别浸在37℃的Hank模拟体液中,用电化学实验分析其电化学性能。动电位极化曲线和交流阻抗结果表明,经过等离子体电解氧化处理后纯钛的自腐蚀电位升高了0.7V,经过28d的浸泡,微弧氧化处理后钛的阻抗值仍接近未处理时的1.5倍。微孤氧化陶瓷膜提高钛基体耐腐蚀性能归因于外层的羟基磷灰石层及微弧氧化的致密内层形成隔离层将基体与溶液隔离,起到了抗腐蚀作用。

铝合金表面等离子体电解氧化陶瓷涂层在NaCl溶液中的电化学阻抗谱研究

通过调整电解液中硅酸钠的浓度。利用等离子体电解氧化(PEO)技术在铝合金LY12表面制备了各种陶瓷涂层,利用光学显微镜、XRD、电化学阻抗谱(EIS)对涂层的形貌、成分和涂层在NaCl溶液中耐腐蚀性能进行了研究.结果表明:提高电解液中硅酸钠的浓度可以使得涂层的总厚度增加,但过高或过低的浓度都会导致致密层厚度的减薄.当浓度为20g/L时,所制备的涂层的成分以氧化铝为主;当浓度为40g/L时,涂层的成分主要是莫来石和氧化铝;当浓度超过60g/L时,涂层的成分主要为非晶相.EIS的研究表明,涂层耐腐蚀性取决于涂层中的致密层,增加致密层的厚度可以提高PEO涂层的耐腐蚀性,在中性、酸性、碱性腐蚀介质中,PEO涂层都显示出对基体良好的保护作用.

等离子体电解氧化陶瓷膜生长过程的电化学阻抗谱研究

在铝酸钠溶液中,利用直流等离子体电解氧化电源在钛合金表面制备了陶瓷膜,将所制备的膜层在原铝酸钠溶液里进行电化学阻抗谱测试,并利用扫描电镜(SEM)及其附带的能谱仪以及X射线衍射仪(XRD)对膜层的形貌以及组成进行了分析,从而探讨了膜层生长过程中的结构变化特点.结果表明,膜层主要由钛、铝以及氧元素组成.在火花阶段,膜层内未形成结晶相,电流密度对PEO陶瓷膜的生长过程影响较小;在微弧阶段,膜层内形成了Ti2A lO5结晶相,电流密度对PEO陶瓷膜的生长过程,特别是疏松层的生长过程影响显著,而对致密层生长过程的影响相对较小.微弧阶段长时间的击穿放电会对PEO陶瓷膜造成破坏,随电流密度的增大破坏程度增强.

不锈钢电解质等离子体抛光表层元素化学形态演变及界面反应

目的研究不锈钢经电解质等离子体抛光后,表层元素化学形态的变化及机制,为材料去除机理、表面性能、工艺参数、抛光液处理等相关研究提供参考。方法通过表面粗糙度测试仪、扫描电镜分别对加工前后试样表面粗糙度、形貌变化进行测试表征。通过X射线光电子能谱技术,对加工前后试样表面及抛光液沉积物中主要元素的组成、化学态、分子结构进行测试表征。结合加工现象及材料去除机理,分析加工过程中固、液、气、等离子体之间的界面反应。结果电解质等离子体抛光后,试样表面平整光亮,预处理中粗磨的痕迹已被完全去除。Ra平均值由0.311μm降低至0.045μm,Rq平均值由0.442μm降低至0.059μm,Rz平均值由3.260μm降低至0.369μm。与抛光前试样相比,抛光后试样表层检测到S^(+6)和Ni^(+2),沉积物中的Fe均为Fe^(+3),Cr主要为Cr^(+3),含有少量Cr^(+6)。抛光后试样表面及沉积物中金属元素的化合物主要为氧化物和氢氧化物。结论电解质等离子体抛光316LVM不锈钢有显著效果,抛光后试样表面粗糙度明显降低。抛光过程中,试样表面主要发生氧化反应,氧化性物质主要来自水。硫酸根离子在加工中与金属离子生成了硫酸盐,可能未参与氧化还原反应。试样表面的铁、铬、镍以氧化态形式被去除,抛光液中氧化态的铁、铬以沉淀形式存在,氧化态的镍以络合物的形式存在。

木材表面等离子体刻蚀和沉积碳氟薄膜的超疏水性

【目的】具有超疏水性的木材可以抑制或减小木材表面对水分的吸收,从而延长并提高木材的使用寿命及性能,研究木材表面等离子体刻蚀和沉积碳氟薄膜的超疏水性,为等离子体环境下超疏水性木材的制备提供科学依据和参考。【方法】以糖枫木径切单板为试验材料,首先采用氧等离子体在放电功率150 W、工作气压66 Pa的条件下对其表面进行不同时间的刻蚀,利用扫描电子显微镜和激光扫描共聚焦显微镜分析刻蚀时间对木材表面形貌和粗糙度的影响;然后以五氟乙烷和氩气的混合气体在放电功率120 W、工作气压133 Pa的条件下将低表面能的碳氟薄膜等离子体化学气相沉积在刻蚀后的木材表面以制备具有超疏水性的木材,利用接触角测量仪、扫描电子显微镜和X-射线光电子能谱仪研究木材表面的润湿性、表面形貌、元素组成及其化学环境,同时利用椭圆偏振光谱仪测量不同沉积时间下的薄膜厚度。【结果】刻蚀时间小于30 min时,木材表面的平均粗糙度(Sa)、均方面光洁度(Sq)和最大高低差(Sz)均随着刻蚀时间增加逐渐增大,而当刻蚀时间延长至45 min时,木材表面的平均粗糙度略有减小;当沉积碳氟薄膜的时间固定为40 s时,刻蚀时间对木材表面静态接触角的影响并不明显,但滚动角则随着刻蚀时间增加逐渐减小,且顺纹方向的滚动角均小于横纹方向;未刻蚀木材表面的静态接触角随着薄膜沉积时间增加逐渐减小,水滴与木材表面之间均表现出较强的黏附性;椭圆偏振光谱仪测量表明,薄膜厚度随沉积时间增加线性增大;刻蚀时间固定为15 min或45 min时,增加碳氟薄膜沉积时间对木材表面静态接触角的影响并不明显,但滚动角均随沉积时间增加呈先减小后增大的趋势;刻蚀45 min并沉积碳氟薄膜40 s的木材样品,其静态接触角高达160.6°±0.4°,沿顺纹和横纹方向具有最小滚动角,分别为11.5°±1.2°和14.7°±2.5°;XPS分析显示,木材表面沉积碳氟薄膜后F元素含量接近50%,薄膜中富含—C—CF_x基团及—CF_3、—CF_2和—CF等碳氟基团,说明所沉积的薄膜发生了高度交联。【结论】木材表面经等离子体刻蚀并沉积低表面能的碳氟薄膜不但可以制备出具超疏水性的表面(静态接触角θ大于150°),同时所制备的木材具有较小的滚动角,可以有效防止水滴黏附于木材表面。

甲醇溶液辉光放电等离子体电解

甲醇溶液辉光放电等离子体电解过程出现明显的非法拉第定律现象,主要产物是氢气和甲醛,还有少量一氧化碳、甲烷、乙烷、丙烷、1,3,5-三噁烷和水等,产物和产量受放电极性和辅助电解质及放电电压等因素的影响.在甲醇溶液电导率为11.40mS·cm-1,放电电压700V条件下,阳极气体产量为55.90mol/(mol electrons),阴极气体产量为707.90mol/(mol electrons),阴极气体产量是阳极气体产量的12.66倍,气相产物中氢气含量在86%(molar fraction)以上.在等离子体层中甲醇分解过程和其它类型的等离子体分解过程类似,蒸汽鞘层中的加速电子是引发辉光放电过程非法拉第定律现象的决定因素.阴极辉光放电过程中等离子体-溶液界面上的主要活性物种是中性粒子和电子,阳极辉光放电过程中等离子体-溶液界面上的主要活性物种是中性粒子和正离子.辅助电解质对产物的影响主要是通过影响界面上发生的后续反应过程来表现.

钛合金表面等离子体电解氮碳共渗层的特征与耐蚀性

利用等离子体电解渗技术,在TC4钛合金表面制备了等离子体电解氮碳共渗(PEN/C)层。用X射线和扫描电镜分析了渗层的成分和结构特征;用动电位极化曲线和电化学阻抗谱分析PEN/C渗层在3.5%的NaCl溶液中的电化学腐蚀行为和耐蚀性。结果表明在钛合金表面形成的PEN/C渗层为多孔状Ti(C,N),它提高了基体的腐蚀电位,增大了电荷转移电阻,减小了腐蚀电流密度。PEN/C渗层提高了钛合金基体的耐蚀性。

ECR等离子体刻蚀增强机械抛光CVD金刚石

采用电子回旋共振(ECR)等离子体刻蚀与机械抛光相结合的方法抛光化学气相沉积(CVD)金刚石,运用扫描电镜、Raman光谱观察、分析了刻蚀与抛光后金刚石的表面形貌和质量变化,并与单纯的机械抛光相比较,研究了等离子体刻蚀对后续机械抛光的影响,结果发现:金刚石经ECR等离子体刻蚀后非晶碳含量有一定程度降低,刻蚀过程在金刚石晶面形成的疏松表面有利于机械抛光,金刚石表面平均粗糙度更加快速降低。对比实验表明等离子体刻蚀对机械抛光前期的抛光效率的增强效果更为明显,在ECR等离子体刻蚀后的金刚石样品经10min机械抛光后粗糙度从7.284下降到1.054μm,而直接机械抛光30min时金刚石的表面粗糙度为1.133μm,在机械抛光的初始阶段,等离子体刻蚀后的机械抛光效率是单纯机械抛光效率的3倍。最终,经过三次重复刻蚀后机械抛光,金刚石表面粗糙度降为0.045μm。

等离子体电解氧化膜的工艺优化及耐腐蚀性能评价

对镁合金等离子体电解氧化膜的表面制备工艺进行了研究。采用正交设计法优化实验方案,对最佳工艺条件下制备的氧化膜的微观形貌、相组成进行了研究;采用点滴腐蚀、动电位极化曲线、循环阳极极化曲线、电化学阻抗谱及浸泡腐蚀试验对AZ31镁合金及等离子体电解氧化膜的耐腐蚀性能进行了综合评价。结果表明,制备的等离子体电解氧化膜的最佳工艺为KOH 4 g/L、硅酸盐20 g/L、氧化电压300 V、氧化时间30 min;氧化膜主要成分为MgSiO3和Mg2SiO4,经过等离子体电解氧化之后其显微硬度、耐点滴腐蚀、耐均匀腐蚀和耐点腐蚀性能较AZ31镁合金均有较大提高。

等离子体电解及其在表面技术中的应用

等离子体电解过程可以产生多种物理化学效应,利用其效应发展了各种新兴的现代表面技术.本文论述了等离子体电解的产生途径及其过程的物理化学效应、以及在表面技术方面的应用和研究现状;并展望了它在表面技术方面的应用前景.

铝合金等离子体电解质氧化陶瓷膜的相形成研究

本文研究了铝合金等离子体电解质氧化时氧化物陶瓷膜中的相形成并建立其理论模型 ,认为氧化陶瓷膜的形成包含两个过程 ,即电化学表面氧化和放电区等离子体化学氧化物合成。对两种反应产物的形成及放电方式的加热与冷却进行了热力学计算。理论计算和试验结果偏差小于 2 0 %。

等离子体放电电解制备纳米氧化亚铜

采用非接触阴极等离子体放电电解法在硫酸铜水溶液中制备纳米氧化亚铜,分析不同浓度、放电电压和电解时间等因素对产物形貌及其组成的影响.结果表明:增加硫酸铜浓度有利于产物中氧化亚铜的形成;延长电解时间会使颗粒发生聚合,尺寸由100 nm增大至400 nm;电解电压升高,颗粒尺寸从200 nm减小到40 nm.发射光谱分析表明发光区域存在大量激发态铜原子和羟基自由基,构成了Cu_2O的形成机理.理论计算表明,等离子体电子激发温度为9 563 K,电场强度为2. 4×10~5V/m,弧柱射流速度为73 m/s.

等离子体刻蚀辅助绝缘衬底上生长石墨烯研究

石墨烯由于其优异的物理和化学性质,在材料和纳米器件等领域受到了极大的关注。但通过转移法转移的石墨烯在石墨烯基纳米器件上会引入杂质和缺陷,因此,直接在氧化硅上生长高质量的石墨烯成了一项迫切的需求。基于传统的热壁化学气相沉积(CVD)系统,设计了一种新的绝缘衬底生长系统,通过附加微波等离子体单元来提供额外的蚀刻和辅助效果,成为微波等离子体蚀刻和辅助CVD(MPEE-CVD)。利用此系统,成功地实现了在氧化硅和其他绝缘衬底上直接生成可控尺寸的石墨烯薄膜,并通过拉曼光谱和扫描电子显微镜表征了晶体质量。该项工作为进一步改善基于石墨烯的场效应晶体管纳米器件的性能开辟了新的道路。同时,它为在绝缘衬底上直接生长其他二维材料提供了可能的指引。

氢氧等离子体预处理对单晶金刚石刻蚀坑的研究

采用自制的微波等离子体化学气相沉积装置,在高温高压法合成的金刚石的衬底上外延生长单晶金刚石。实验分为两步,首先用氢氧等离子体在生长之前进行预处理刻蚀,然后外延生长30 h。利用金相显微镜和激光拉曼光谱来表征单晶金刚石刻蚀坑以及外延生长的单晶金刚石质量。研究结果表明,氧会优先刻蚀籽晶表面的缺陷和位错,可以通过刻蚀坑密度来判断衬底质量,且经过预处理刻蚀能消除单晶金刚石表面的缺陷。籽晶表面经刻蚀后会出现平底型和尖锥型两种倒金字塔型刻蚀坑,且晶体表面的原本缺陷或由抛光造成起的缺陷会随刻蚀时间延长、刻蚀强度增大而消失。经过氢氧等离子体预处理外延生长的单晶中非金刚石相杂质含量较少,结晶性高。

未来制造业和加工业中的等离子体

从两组元或三组元等离子体的一些基本性质出发，分析了等离子体在超大规模集成电路生产、扁平显示器技术、光导纤维生产和未来光计算机芯片制造、废物处理、新材料制备等中十分诱人的应用前景。

金属表面等离子体电解氧化陶瓷涂层研究进展

针对影响摩擦性能的陶瓷涂层微结构、微缺陷等研究工作，中科院力学所研制了等离子体电解氧化自动控制系统，建立了PEO瞬态伏安特性测定方法，研究了PEO瞬态伏安特性和陶瓷涂层的微观结构关系。从电化学分析角度，揭示出陶瓷涂层生长的3个不同特征。利用电化学阻抗谱（EIS）对铝合金PEO陶瓷涂层在酸、碱、盐溶液中耐腐蚀性进行了表征。

电感耦合等离子体原子发射光谱法测定高合金钢中铬、镍、钛、钼、铝、锰和铜量

钢铁中有一种合金元素总量达到10％以上时，称为高合金钢，包括各种不锈钢、高温合金等，处理后有超高强度和高韧性等优良性能，广泛应用于航空、兵器、造船和建筑构造等。随着材料科学的不断发展，国内外各种新材料越来越多，高合金钢中各元素的测定大多数采用化学分析方法，如分光光度法、容量法和电解重量法等，各元素需逐个进行分析，操作复杂、周期长、试剂消耗量大、样品消耗量多，并需要大量的标钢，已经不能满足企业日常快速分析的需求。