反应溅射Nb-Si-N薄膜的微结构与力学性能

在Ar、N2和SiH4混合气体中,通过反应磁控溅射方法制备了一系列不同Si含量的Nb-Si-N复合薄膜,采用EDS、XRD、TEM、AFM和微力学探针表征了复合薄膜的成分、相组成、微结构和力学性能.结果表明,采用反应磁控溅射技术通过控制混合气体中SiH4分压可以方便地获得不同Si含量的Nb-Si-N薄膜.少量Si的加入使薄膜得到强化,并在Si含量为3.4%时达到硬度和弹性模量的最高值,分别为53 GPa和521 GPa.进一步增加Si含量,薄膜的硬度和弹性模量逐步降低.Nb-Si-N薄膜力学性能的提高与其晶体缺陷的增加有关.

Nb-Si-N纳米复合薄膜中的界面力学性能研究

基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了Nb-Si-N纳米复合薄膜间隙型界面结构和置换型界面结构的力学性能。采用第一性原理方法计算了不同应变下的系统能量,通过分析得到其力学常数。计算出间隙型界面和置换型界面结构的体积模量分别为233.595 GPa和280.204 GPa,剪切模量分别为70.716 GPa和125.677 GPa,杨氏模量分别为192.702 GPa和327.994 GPa。这表明Nb-Si-N纳米复合薄膜置换型界面结构的抗剪切形变与抗压缩形变都优于间隙型界面结构。杨氏模量各向异性分析显示,两种界面结构各方向弹性较为一致,NbN各方向弹性差别较大。

Nb-Si-N纳米复合薄膜表面吸附与迁移的第一性原理研究

针对Nb-Si-N纳米复合薄膜在沉积过程中各原子的成核过程和生长取向,采用基于密度泛函理论(DFT)第一性原理超软赝势平面波计算方法分别计算了Nb、Si、N各单原子在NbN(001)表面6个对称位的吸附作用和迁移过程。吸附作用的计算获得各原子的势能面,其中Nb在NbN(001)表面最低能量位置为HL位,N、Si最低能量位置处于HL位与TopN位之间。势能面计算结果确定各单原子在NbN(001)表面迁移的路径分别为,Nb原子和Si原子均为从TopN位置迁移到HL位置;N原子分别从TopNb位置和TopN-HL位置迁移到HL位置。Nb、Si、N各单原子在NbN(001)表面迁移激活能分别为0.32,0.69和1.32eV。

采用第一性原理方法研究Nb-Si-N表面单原子绕岛吸附与迁移

针对Nb-Si-N纳米复合薄膜在沉积过程中Nb、Si、N单原子与NbN晶粒相遇之后聚集与分离情况进行了研究。采用基于密度泛函理论(DFT)第一性原理超软赝势平面波计算方法分别计算了Nb、Si、N各单原子在NbN(001)表面绕2N2Nb岛的吸附作用和迁移过程。计算结果表明,Nb、Si、N单原子在2N2Nb岛旁边的吸附能最大位置分别为P3、P1、P2,吸附能分别为7.3067,5.3521和6.7113eV;Nb、Si、N单原子绕2N2Nb岛的迁移所需的激活能分别为2.62,1.35和5.094eV。吸附能与迁移激活能较小的Si原子为激活元素促进了其它原子的扩散进而提高薄膜的致密性。沉积过程中具有较小激活能的Si原子极易围绕2N2Nb岛迁移将NbN晶粒分隔,阻止晶粒长大进而细化晶粒。

磁控溅射氮分压对Nb-Si-N薄膜结构和性能的影响

用反应磁控溅射法在不同的氮分压下沉积了Nb-Si-N薄膜。结果表明:Nb-Si-N膜的成分、结构和性能随氮分压的改变而不同。随氮分压的增加,Nb-Si-N膜的Nb/Si比和表面粗糙度减小;薄膜的电阻值和微硬度增加。Nb-Si-N膜的结构为纳米晶NbN与类似Si3N4非晶相组成的纳米复合结构,且随着氮分压的增加,Nb-Si-N膜的非晶倾向增强,晶粒尺寸减小。

钛夹杂物细化管线钢热影响区组织研究现状

阐明了钢中夹杂物(氧化物冶金技术)对焊接热影响区组织的影响,综述了钢中各种含钛夹杂物对晶内铁素体的形核机制的研究概况,包括钛脱氧、Ti-Mg复合脱氧、Ti-Nb-N复合脱氧、Ti-Al复合脱氧及Ti-Mn-Si复合脱氧等几项措施,探讨了在这些措施下,如何对铁素体的形成提供最佳条件。最后,对钛夹杂物细化管线钢焊缝组织研究的发展做出了展望。