柔性薄膜复合形状记忆合金弹簧驱动器

针对形状记忆合金(shape memory alloy,简称SMA)材料在使用过程中因其较低的响应频率而很难应用于高频率场所问题,在聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,简称PVDF)薄膜中引入锆酸铅钡(Pb_(0.8)Ba_(0.2)ZrO_(3),简称PBZ)纳米陶瓷纤维制备柔性薄膜,并与NiTi合金弹簧复合制得PBZ/PVDF@SMA复合驱动器,通过薄膜的电卡效应加热及冷却SMA丝,与传统电流加热及自然冷却方式进行了对比。结果表明,缩短了SMA丝循环周期,提高了其响应频率,有利于扩大SMA的适用场所。

高温退火对合金衬底上PtW薄膜应变计性能影响研究

为实现航空发动机热端部件健康监测,采用磁控溅射技术在GH4169高温合金基板上制备了一种耐高温的PtW薄膜应变计。该应变计由NiCrAlY过渡层、热氧化生成TGO层、YSZ/Al_(2)O_(3)复合绝缘层和PtW功能层构成。采用SEM和EDS分析了退火前后PtW薄膜的微结构。研究结果表明,退火后PtW薄膜晶粒长大,电阻率下降,W元素含量减少且在晶界处发生富集。通过悬臂梁施加应变,研究了退火前后PtW薄膜应变计在室温~600℃下的应变敏感性能。结果表明,其应变灵敏系数均随温度升高而逐渐降低,且退火后薄膜应变计的应变灵敏系数随温度变化更为显著。该PtW薄膜应变计应变测量量程超过1400με且重复性良好,在航空航天高温部件表面应变测试领域具有广阔的应用前景。

电流密度对电沉积CoCrNi中熵合金薄膜显微组织及耐蚀性的影响

[目的]目前CoCrNi中熵合金的制备多采用粉末冶金、熔炼等工艺,存在操作繁琐、成本高等问题。电沉积技术不仅具有操作简单、成本低廉、能耗小等优点,还可通过改变工艺参数来调控薄膜的成分和组织结构。[方法]采用直流电沉积技术在铜基体上制备CoCrNi中熵合金薄膜。采用X射线衍射分析仪(XRD)、场发射电子探针扫描分析仪(FE-EPMA)和能谱仪(EDS)分析了不同电流密度下所得CoCrNi合金薄膜的晶相结构、形貌及元素分布,并通过电化学测量技术研究了电流密度对薄膜耐蚀性的影响。[结果]CoCrNi合金薄膜由球状颗粒及颗粒团簇组成,呈非晶态结构;薄膜中的Co、Cr和Ni元素都均匀分布。随电流密度增大,膜层中Co的质量分数先减小后趋于平缓,Cr的质量分数先增大再变平缓,Ni的质量分数则变化不大。随着Cr含量和显微硬度的增大,CoCrNi合金薄膜表面开始出现微裂纹,耐蚀性先变好后变差。[结论]电流密度对CoCrNi合金薄膜的耐蚀性有显著影响,在电流密度100 mA/cm^(2)下电沉积所得CoCrNi中熵合金薄膜虽然存在微裂纹,但其耐蚀性最佳。

硝酸钇对黄铜基体电沉积Co-W-P合金镀层性能的影响

选用硝酸钇作为添加剂加到镀液中,研究了硝酸钇添加量对黄铜基体上电沉积Co-W-P合金镀层的外观、微观形貌、组织结构、硬度、抗磨损性能与抗划伤性能的影响。结果表明:改变硝酸钇添加量对Co-W-P合金镀层的外观、覆盖能力、衍射峰位置以及择优取向无明显影响,但添加适量硝酸钇使Co-W-P合金镀层中孔洞数量减少,表面致密性逐步改善,硬度增大,抗磨损性能与抗划伤性能明显提高。当硝酸钇的添加量为3 g/L,电沉积的Co-W-P合金镀层表面平整且致密,呈现(200)晶面择优取向,硬度达到536.8 HV,磨损量仅为4.6 mg/cm^(2)并且表面磨损程度轻,表现出良好的抗磨损性能与抗划伤性能。

溅射功率对磁控溅射钽铬合金薄膜的影响

利用双靶磁控溅射技术,通过固定铬靶的直流功率,改变钽靶的射频功率,在CrNi3MoVA钢表面制备钽铬合金薄膜,探究溅射功率对钽铬合金薄膜的性能影响。利用扫描电镜/能谱仪和X射线衍射仪分析不同功率(80~120 W)条件下钽铬合金薄膜的沉积速率和物相组成,通过纳米压痕仪和电化学工作站测试薄膜的力学性能和耐腐蚀性能。结果表明,随着溅射功率增大,薄膜中钽元素含量增加,薄膜整体衍射峰强度增强。钽靶溅射功率为90 W时,薄膜拥有最高的硬度(16.45 GPa)、模量(238.4 GPa)和较佳的弹塑性。当钽靶功率为120 W时,薄膜的腐蚀电流为0.99μA·cm^(-2),耐蚀性最佳。

基于阴极沉积Mg(OH)_(2)薄膜的镁合金超疏水表面改性及其耐蚀性研究

为延长镁合金的使役寿命,通过阴极沉积和超疏水改性在ME20M稀土镁合金表面制备超疏水涂层,采用硬脂酸乙醇基溶液对阴极沉积Mg(OH)_(2)薄膜的镁合金进行化学修饰,通过单因素试验分别考察硬脂酸浓度、溶液温度、浸泡时间对表面润湿性的影响规律,确定最优修饰工艺。对典型试样,采用点滴实验、全浸腐蚀实验及现代电化学测试技术评估其耐蚀性,采用划格法评价膜/基结合力,采用SEM、FT-IR及XRD分析试样表面微观形貌及成分。结果表明:阴极沉积Mg(OH)_(2)薄膜经低浓度硬脂酸溶液短暂浸泡即可获得超疏水性,蒸馏水静态接触角SCA高达151.5°,滚动角SA低至1.0°,呈低黏性。阴极沉积/疏水改性复合处理可显著改善镁合金的耐蚀性,与空白试样相比,复合处理试样的点滴液变色时间延长近25倍,在3.5%NaCl溶液中的自腐蚀电流密度Jcorr降低3个数量级,特征阻抗模值|Z|_(0.1 Hz)提高4个数量级。经疏水处理的阴极沉积Mg(OH)_(2)薄膜呈刀片状微纳结构,试样的红外光谱中出现明显的-CH_(3)和-CH_(2)-吸收峰。

水热反应pH值对镁锂合金表面制备Al/Li-LDHs薄膜的影响

采用水热合成法在Mg-5Li-1Al(LA51)镁合金表面上制备Al/Li-LDH膜层。通过X射线衍射仪(XRD)、电化学阻抗测试(EIS)、极化曲线等表征手段和测试方法探究了水热反应pH对Al/Li-LDH膜层形貌及性能的影响。实验结果表明:提高水热反应pH使Al/Li-LDH膜层的尺寸增大,耐蚀性先增强然后减弱;当水热反应pH为11.5时,Al/Li-LDH膜层致密性最好,电荷转移电阻R ct最大,腐蚀电流密度J corr最小,腐蚀速率最小(0.1 g/m^(2)·a),耐蚀性最强。

非晶合金薄膜的制备和韧性优化措施

由于原子排列短程有序、长程无序,且不具有晶界、位错、第二相等典型晶体缺陷,非晶合金表现出高强度、高硬度以及优异的耐磨性、耐腐蚀性等优异性能。但是非晶合金的本征脆性以及有限的玻璃形成能力极大地限制了其工业应用,非晶合金薄膜的韧性优化便成了当今研究的热点问题。针对非晶合金薄膜的制备以及韧性优化措施进行综述,同时对非晶合金薄膜日后的发展趋势及未来的研究趋势进行了展望。

高温合金异形件表面薄膜热电偶研制取得突破性进展

在GH5188高温合金异形件表面制备了铂铱薄膜热电偶,并将薄膜热电偶放置于焰流台,测试高温合金异形件表面的瞬态温度。经过高温高速焰流灼烧四个循环,总测试时长达到8700 s后,铂铱薄膜热电偶仍可以稳定获取温度数据。这次实验的成功,说明铂铱薄膜热电偶向工程化应用迈出了重要一步。项目团队瞄准薄膜热电偶工程化应用,研究了薄膜制备技术、界面调控、集成制备及信号与系统等内容,突破了13项关键技术,实现了铂铱薄膜热电偶的工程应用。该项实验的突破使得国内在叶片模拟服役条件下具备测温能力。

环境和法向载荷对(TiVCrAlMo)N高熵合金薄膜摩擦学性能的影响

本工作研究了(TiVCrAlMo)N高熵合金薄膜在干摩擦、16烷、去离子水及三种粘度润滑油(0W-20、10W-30及5W-40)下的摩擦学行为,并探究了不同载荷(1 N、2 N和3 N)对其摩擦学性能的影响。结果表明:1 N和2 N下,高熵合金薄膜在16烷和润滑油中的摩擦系数远低于在干摩擦和去离子水中的摩擦系数,但在3 N下,高熵合金薄膜在去离子水中的摩擦系数出现大幅下降。在油润滑下,高熵合金薄膜在低粘度润滑油(0W-20)中的磨损率随载荷的增加而增大,而在中粘度润滑油(10W-30)中的磨损率随载荷的增加而减小,但在高粘度润滑油(5W-40)中的磨损率与载荷之间无明显的线性关系。高熵合金薄膜在干摩擦中的磨损机制是磨粒磨损和分层磨损,但随载荷的增加还伴有氧化磨损;在16烷中的磨损机制是疲劳磨损和氧化磨损,但在1 N下仅为轻微磨粒磨损;在去离子水中的磨损机制为磨粒磨损和氧化磨损。高熵合金薄膜在低粘度润滑油(0W-20)中1 N下的磨损机制是轻微磨粒磨损,但随载荷的增加转为疲劳磨损;相反的是,在中粘度润滑油(10W-30)中的磨损机制是疲劳磨损,但随载荷的增加转为轻微磨粒磨损;此外,高熵合金薄膜在高粘度润滑油(5W-40)中的磨损机制是磨粒磨损,但在2 N下伴有氧化磨损。

工作温度对Pd-Ni合金薄膜电阻氢敏性能的影响

目的 围绕氢气传感器在航天领域生命保障系统、氢燃料电池汽车领域能源供给系统等领域氢气泄露检测的迫切需求,针对在实际工况下工作温度对Pd-Ni合金薄膜电阻氢敏性能影响尚不清楚的问题,研究不同应用场景下工作温度对Pd-Ni合金氢敏电阻的灵敏度、响应-恢复时间以及回零特性影响。方法 将氢敏电阻分别置于80、90、100、110℃等不同工作温度,采用一定流量的动态气体测试方法,通入不同氢气浓度的测试气体,通过数据采集系统实时测量其电阻变化曲线,并评价其氢气敏感特性。结果 通过提高工作温度,在2%H_(2)/N_(2)和4%H_(2)/N_(2)氢气浓度下,110℃下的灵敏度相比80℃近线性降低约28%,80℃下2个浓度点的响应-恢复时间分别从16.5、12.9 s降低至110℃下的12.5、9.5 s,灵敏度的降低幅度与响应-恢复时间的加快幅度在100~110℃趋于平缓;在氮气气氛或空气气氛下,其零点电阻存在差异或未恢复至绝对零点,不影响氢气浓度测量的绝对值。结论 工作温度升高会降低氢敏灵敏度,但能提升其响应与恢复时间,也能加速其零点电阻的恢复,100~110℃工作温度下综合性能较佳。测试氢气浓度越高,其响应恢复时间越快。同时也发现“假零点”现象,可以指导在实际场景中如何有效更优使用。

FeCrNi中熵合金薄膜电沉积工艺正交优化及其耐蚀性

采用电化学沉积法在铜基体上制备FeCrNi中熵合金薄膜,以沉积速率和电流效率为评价指标,通过四因素三水平正交试验得到电沉积的较优工艺条件为:电流密度200 mA/c^(2)或100 mA/c^(2),温度30℃,时间15 min。采用X射线衍射仪(XRD)、场发射电子探针显微镜(EF-EPMA)分析了较优条件下所得FeCrNi中熵合金薄膜的显微组织和元素分布,并采用电化学方法研究了其在3.5%NaCl溶液中的耐蚀性。结果表明,所得FeCrNi中熵合金薄膜由大量球状颗粒组成,为非晶态结构,表面存在大量微裂纹,Fe、Cr、Ni三种元素在薄膜中分布均匀。综合考虑电沉积速率、电流效率及FeCrNi中熵合金薄膜的耐蚀性后确定电沉积的最佳电流密度为100 mA/c^(2)。

过渡层对TC4钛合金基类金刚石多层薄膜磨损特性的影响

在钛合金(TC4)表面制备类金刚石(DLC)薄膜是提高其耐磨损性能和使用寿命的一种有效方法。本文采用磁过滤阴极弧源技术在钛合金表面上制备软硬相间的类金刚石多层薄膜、Ti和Ti/TiC过渡层组成的类金刚石多层薄膜。利用光学显微镜和扫描电镜分析多层膜表面外观形态,并使用台阶仪、纳米压痕仪、摩擦实验机等分析多层膜的残余应力、纳米硬度、膜基结合力和摩擦磨损特性。研究结果表明:DLC多层薄膜的残余应力均低于单层DLC薄膜,残余应力从12.63 GPa降低到6.21 GPa,增加Ti/TiC过渡层的DLC多层薄膜的残余应力最小。压痕结合力研究结果表明,加入Ti/TiC过渡层的DLC多层薄膜的结合状况得到了显著提高。Ti/TiC过渡层构成的类金刚石多层薄膜,有较大的硬度和良好减摩耐磨性能。试验结果将为TC4钛合金基体上制备硬质耐磨损DLC多层薄膜提供技术方案和理论依据。

电解双喷制备多组元合金的TEM薄膜

电解双喷减薄/抛光技术是制备金属类TEM薄膜最常用的方法。获得表面光亮清洁,中心穿孔,绕穿孔边缘有较大薄区的优质TEM薄片则需要合适的电解双喷参数。本文利用电解双喷仪制备多组元合金的TEM薄片,包括FeCrNi系奥氏体不锈钢,模具钢,AlFeCrNi(Co/W/V/Cu)系的高熵合金,并通过光学和透射电镜观察穿孔情况和材料内部析出相、成分分布、相界面原子分布、位错等信息,探讨电解双喷过程中电解液的成分、温度,电解双喷的参数(电压/电流、流速)和样品厚度等对双喷效果的影响。总结了各种材料最佳的电解双喷参数,对于具有复杂析出相的钢,需采用不同的电解液来实现TEM薄片的制备。而新型高熵合金则需要调试温度、电压/电流等参数,来获得清晰的两相共格界面,并避免腐蚀产物的干扰。

铝合金表面非晶碳薄膜在硫酸盐还原菌作用下的腐蚀行为

采用等离子体增强化学气相沉积技术在7A04铝合金表面制备类金刚石(DLC)薄膜,利用电化学阻抗谱与动电位极化曲线对基体与DLC薄膜在硫酸盐还原菌(SRB)中的腐蚀行为进行研究,通过红外光谱及拉曼光谱对腐蚀产物结构进行表征。实验结果表明,随着浸泡时间的增加,7A04铝合金自腐蚀电流密度从1.151×10^(-7)A/cm^(2)增大至1.968×10^(-5)A/cm^(2)。镀有DLC薄膜的铝合金的自腐蚀电流密度小于基体,且随着浸泡时间的增加变化不大,在SRB溶液中表现出优异的耐蚀性。红外光谱、拉曼光谱及电化学阻抗谱的结果表明,镀有DLC薄膜的7A04铝合金在SRB溶液浸泡过程中,表面吸附较多的微生物及其代谢产物,薄膜表面耦合微生物膜是抑制SRB腐蚀的主要原因。

氮含量对Mo-Ta-W-N多主元合金氮化物薄膜的影响

目的探究氮含量对MoTaW多主元合金薄膜的微观组织和力学性能的影响,并提高Mo-Ta-W多主元合金薄膜的力学性能。方法采用反应多靶磁控溅射技术在单晶硅片上制备出了具有不同氮含量的Mo-Ta-W-N多主元合金氮化物薄膜,通过X射线光电子能谱仪、掠入射角X射线衍射、场发射扫描电子显微镜、原子力显微镜对薄膜的成分、组织结构、表面及截面微观形貌、厚度和粗糙度进行了表征分析,并采用纳米压痕仪对薄膜的硬度和弹性模量进行了测试。结果Mo-Ta-W-N多主元合金氮化物薄膜中的氮含量随着溅射过程中氮气流量的增加而增加,当氮气流量达到50%时,薄膜中的氮含量升至49%,而钽含量则随之降低至12%。形成氮化物后,Mo-Ta-W多主元薄膜由BCC结构转变成了单相FCC固溶体结构,表面由层片状结构转变为花椰菜状团簇结构,随着氮含量的增加,表面的粗糙度先降低后升高,厚度则不断降低。与Mo-Ta-W多主元合金薄膜相比,Mo-Ta-W多主元合金氮化物薄膜的力学性能有所提高,但随着氮含量的增加而下降,当氮气流量为10%时,Mo-Ta-W-N多主元合金氮化物薄膜的硬度和弹性模量分别为34.3 GPa和327.5 GPa。结论氮化物的形成对Mo-Ta-W多主元合金薄膜的相结构、表面形貌等有影响,可有效提高薄膜的力学性能。

分子动力学模拟巴氏合金界面磁性液体润滑行为

磁性液体因其顺磁可控的流变特性,可满足极端工况对滑动轴承润滑油膜稳定性不断提高的要求,在轴承润滑方面具有良好的应用前景。为探究磁性液体微观润滑机制,采用分子动力学模拟方法构建和优化巴氏合金界面磁性液体润滑的微观模型,并根据实际工况进行限制性剪切模拟,研究温度和剪切速度对PAO6基磁性液体在巴氏合金界面润滑行为的影响;通过分析滑动过程中相对浓度分布、温度分布、速度分布、均方位移和界面吸附能等参数的变化,从分子层面揭示磁性液体微观润滑的作用机制。结果表明:PAO6基磁性液体具有良好的扩散性和散热性,可以粘附在巴氏合金摩擦界面起到很好的承载和减磨作用;在高温和高剪切速度下,磁性液体润滑膜仍呈现出良好的稳定性,磁性颗粒具有良好的扩散能力。研究结果有助于完善纳米薄膜润滑理论,对磁性液体的工程应用具有现实指导意义。

硫酸钴浓度对电沉积Co-W-P薄膜结构与磁性能的影响

在20#钢基体上电沉积Co-W-P薄膜,并研究镀液中硫酸钴浓度对Co-W-P薄膜的结合强度、结构、成分、厚度和磁性能的影响。结果表明:Co-W-P薄膜与20#钢基体结合紧密,随着硫酸钴浓度从5 g/L增至25 g/L,Co-W-P薄膜的结构和物相无明显变化,但平均晶粒尺寸呈现先减小后增大的趋势,Co元素的质量分数呈现先升高后降低的趋势,导致不同Co-W-P薄膜的致密性和磁性能存在差异。当硫酸钴浓度为15 g/L时,Co-W-P薄膜的平均晶粒尺寸仅为40.6 nm,Co元素的质量分数达到64.19%,具有最大的矫顽力(932 A/m)和饱和磁化强度(100.7 A·m2·kg-1),其结构致密并且展现出良好的磁性能。在一定范围内硫酸钴浓度的增加,降低了成核过电位,使晶粒细化且结合紧密,同时提高了钴还原沉积效率,使Co元素的质量分数升高。研究表明:晶粒细化、致密性改善以及磁性元素的协同作用进一步提高了Co-W-P薄膜的磁性能。

医用镁合金表面含氟类金刚石薄膜腐蚀行为研究

为了提高镁合金的表面硬度和耐蚀性,采用等离子体增强化学沉积技术在AZ31镁合金表面制备含氟DLC膜。研究了氟掺杂量对含氟DLC薄膜表面形貌、耐腐蚀性、疏水性和sp^(2)键含量的影响,并探讨了相应的影响机理。结果表明,氟掺杂对AZ31镁合金表面DLC膜的组织和性能有显著影响。随着四氟化碳沉积时间增加,类金刚石薄膜的粗糙度减小,表面光滑;薄膜中的sp^(2)杂化键逐渐增多;类金刚石薄膜的疏水性先增大后减小;当四氟化碳沉积时间为40 min时,类金刚石薄膜表现出优异的耐人体体液腐蚀特性。

以Cr/CrSiN膜为过渡层在高钴硬质合金表面沉积金刚石薄膜

为了解决在高钴硬质合金表面难以生长高结合力金刚石薄膜的问题,采用Cr/CrSiN膜为过渡层,用热丝化学气相沉积法在硬质合金上沉积纳米金刚石薄膜(NCD)、亚微晶金刚石薄膜(SMCD)和微晶金刚石薄膜(MCD),并对其结合力进行研究。结果表明:采用Cr/CrSiN过渡层可在高钴硬质合金表面沉积出结合力优异的金刚石薄膜,NCD的结合力最优,SMCD的结合力次之,MCD的结合力最差;当金刚石薄膜晶粒变大时,因金刚石薄膜韧性变差且过渡层碳化严重,金刚石薄膜的结合力变弱。