Ni/Cu复合多层膜电爆炸等离子体发射光谱特性及飞片推动性能

为探索复合多层膜爆炸箔电爆炸的作用机理,开展了Ni/Cu复合多层膜爆炸箔性能研究。采用电化学沉积方法制备了相同厚度的Ni/Cu复合多层膜(调制周期分别为200nm/300nm和300nm/400nm)及纯Cu、Ni金属膜,通过等离子体发射光谱特性测试分析,计算获得了不同放电电流条件下不同结构的Ni/Cu复合多层膜、纯Cu、Ni金属膜电爆炸等离子体电子温度。通过匹配加速膛、飞片进行了爆炸箔推动飞片的PDV速度测试和分析,获得了不同放电电流条件下Ni/Cu复合多层膜、纯Cu、Ni金属膜爆炸箔推动飞片性能。研究结果表明:在电流为2.5kA时,(Ni200Cu300)8和(Ni300Cu400)5Ni300电爆炸等离子体发射光谱强度以及等离子体电子温度均高于纯Cu和纯Ni,说明Ni/Cu复合材料在相同条件下电爆炸储能密度更高;在电流为2.5kA时,Ni/Cu复合材料中的Ni开始对等离子体推动飞片起促进作用,(Ni200Cu300)8和(Ni300Cu400)5Ni300爆炸箔推动飞片的加速时间更长,最终速度均高于纯Cu爆炸箔。

晶粒尺寸对界面含Cr-O-C防黏层Cu/Ni复合体拉伸性能的影响

通过分子动力学方法研究含Cr-O-C防黏层的具有不同晶粒尺寸的Cu/Ni复合体的拉伸变形。结果表明:当Cu/Ni复合体的晶粒尺寸大于12 nm时,不论界面不含Cr、O和C原子或含有定量Cr、O和C原子,复合体的屈服强度随着晶粒尺寸的减小呈现增大趋势,符合细晶强化规律,晶粒塑性变形主要受晶体内部的位错滑移控制,最大应力增加9.52%;当晶粒尺寸小于12 nm时,由于晶界所占比例的增加,拉伸过程的塑性变形更多受晶界变形控制,屈服强度下降。Cr-O-C界面弱化了Cu/Ni复合体的强度,随着界面上Cr、O和C原子数量的增加,Cu/Ni复合体的抗拉强度随之降低,最大应力下降56.40%,Cu/Ni复合体内部的位错数量也随之降低,转移到Ni表面的Cu原子数量随之减少。

脉冲电沉积制备Cu/Ni多层膜及其力学性能

研究脉冲电沉积制备Cu/Ni多层膜的结构和力学特性与其制备方法、条件的关系。基于单槽法和双槽法,利用脉冲电沉积技术,通过不同沉积电位、沉积浓度和沉积温度等条件对Cu/Ni多层膜性能的影响进行探索和优化;使用X射线光电子能谱仪、扫描电子显微镜和X射线衍射仪等表征方法分析Cu/Ni多层膜的单层膜铜镍原子比、表面形貌、截面形貌和晶相组成;用附着力性能测试和纳米压痕仪考察了两种Cu/Ni多层膜的附着力性能和力学性能。结果表明,膜层致密平整,结构清晰,硬度和弹性模量均随压入深度先增大后下降,最终硬度稳定在6.5 GPa,弹性模量稳定在100~125 GPa之间,说明脉冲电沉积技术可以实现具有良好附着力性能和力学性能的Cu/Ni多层膜的可控制备。

Cu/Ni多层膜在多冲与压压载荷下的失效行为

采用磁控溅射技术在TC4钛合金表面制备Cu/Ni多层膜,利用多冲和动态循环压压试验装置对膜层的力学性能进行了评价,探讨了冲击条件、多层膜调制周期及结构等对多层膜失效行为的影响,比较了多层膜和单层Cu、Ni膜在多冲条件下的失效行为,以及多冲与循环压压载荷对多层膜失效行为的影响。结果表明:多冲法能够较好地表征Cu/Ni多层膜的结合强度、韧性、内聚强度。压压载荷作用下多层膜的失效主要表现为单一的开裂现象,因而压压法更适合评价膜层的韧性。采用合适的过渡层、离子辅助和基材加热方法可以获得高的多层膜强度和韧性;调制周期小于600nm的Cu/Ni多层膜的内聚强度、韧性及多冲承载能力高于Cu、Ni单层膜;调制周期小于200nm的多层膜呈现出明显的超硬度现象,且具有良好的强韧性能。

Cu／Ni多层膜强化机理的分子动力学模拟

运用分子动力学方法模拟了Cu/Ni薄膜结构在纳米压入和微摩擦过程位错的运动规律,探讨了薄膜结构中位错与界面的相互作用规律.结果表明:Cu/Ni多层膜结构中的层间界面会阻碍位错继续向材料内部扩展,阻碍作用主要来自于两个方面:界面失配位错网对位错运动的排斥阻力使其难以到达或穿过界面;由弹性模量差而产生的界面镜像力使位错被限制在Cu单层膜内运动.这种阻碍作用有利于提高Cu/Ni多层薄膜的力学性能.

电刷镀Cu／Ni纳米多层膜的微动磨损性能

用球-盘磨损装置研究了电刷镀Cu／Ni纳米多层膜的摩擦磨损性能,采用SEM观察了其表面和截面形貌,并比较了该复合膜层与纯镍镀层的摩擦系数随时间的变化趋势、磨损量以及磨痕形貌。结果表明,该纳米多层膜具有较好的抗微动磨损性能,且晶粒细小,组织致密,界面清晰,各子层厚度均匀;该镀层与纯镍镀层的摩擦系数在达到稳定值后无明显变化;该多层膜的微动磨损方式为粘着疲劳磨损。

壳聚糖膜与Co(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)复合物的IR光谱和XPS谱

将壳聚糖制成膜后浸泡在含有金属离子 Cu( )、Co( )、Ni( )的溶液中制备得到相应的复合物。根据 IR光谱中官能团特征频率的位移和 XPS谱中元素结合能的变化 ,表明 Co( )、Ni( )、Cu( )与壳聚糖膜的吸附机理包括物理作用和化学吸附 ,其中化学吸附是通过壳聚糖表面部分 - NH2 提供孤对电子和金属离子形成了配位键。

不同退火温度下Cu/Ni纳米多层膜的结构与力学性能稳定性

为研究不同退火温度下Cu/Ni纳米多层膜的结构与力学性能稳定性,采用电子束蒸发镀膜技术在Si(100)基片上沉积不同周期(Λ为4,12,20 nm)的Cu/Ni多层膜,在真空条件下对试样进行温度为200℃和400℃,时间为4 h的退火处理,分析了沉积态(未退火态)与退火态Cu/Ni多层膜纳米压痕硬度、弹性模量与微结构的演变,讨论了不同调制周期Cu/Ni多层膜的热稳定性。结果表明:200℃下4 h退火后,Λ为4,12和20 nm的Cu/Ni多层膜均保持了硬度与弹性模量的热稳定性。而在400℃下4 h退火后,Λ为12 nm的Cu/Ni多层膜出现了硬度和弹性模量的软化现象,硬度由6.21 GPa降低至5.83 GPa,弹性模量由190 GPa降低至182 GPa。这是由于共格界面被破坏,界面共格应力对Cu/Ni多层膜力学性能贡献作用削弱导致的。

界面结构对Cu/Ni多层膜纳米压痕特性影响的分子动力学模拟

金属多层膜调制周期下降到纳米级时,其力学性质会发生显著改变. Cu-Ni晶格失配度约为2.7%,可以形成共格界面和半共格界面,实验中实现沿[111]方向生长的调制周期为几纳米且具有异孪晶界面结构的Cu/Ni多层膜,其力学性质发生显著改变.本文采用分子动力学方法对共格界面、共格孪晶界面、半共格界面、半共格孪晶界面等四种不同界面结构的Cu/Ni多层膜进行纳米压痕模拟,研究压痕过程中不同界面结构类型的形变演化规律以及位错与界面的相互作用,获取Cu/Ni多层膜不同界面结构对其力学性能的影响特征.计算结果表明,不同界面结构的样品在不同压痕深度时表现出的强化或软化作用机理不同,软化机制主要是由于形成了平行于界面的分位错以及孪晶界面的迁移,强化机制主要是由于界面对位错的限定作用以及失配位错网状结构与孪晶界面迁移时所形成的弓形位错之间的相互作用.

Ni_(80)Fe_(20)复合结构多层膜的巨磁阻抗效应研究

用磁控溅射法在载玻片上制备了(Ni_(80)Fe_(20)/SiO_2)_n/Cu/(SiO_2/Ni_(80)Fe_(20))_n复合结构多层膜,并对其巨磁阻抗效应进行了研究．研究结果表明,采用多组双层结构(n＞1)后,样品的巨磁阻抗效应明显增大;当n=3时,观测到最大的纵向巨磁阻抗(LMI)效应为10．81%,最大的横向巨磁阻抗(TMI)效应为17．08%．当n=4,5时,巨磁阻抗效应比n=3时略有减小．由XRD谱和磁滞回线等,研究了双层结构(Ni_(80)Fe_(20)/SiO_2)循环次数n引起的样品材料晶体结构和磁性能等变化,以及对样品巨磁阻抗效应的影响．

Al/Ni多层膜中反应波传播速度的理论研究

为了研究Al/Ni反应多层膜在微纳米点火器件中的应用,采用扩展Mann模型,计算了反应多层膜中反应波的传播速度。定义单层厚度比为δ(2b-1)δ,将现有模型扩展至可计算任意多层膜中反应波的传播速度;计算了Al/Ni多层膜中反应波的传播速度,与试验结果吻合较好,验证了扩展模型。计算结果表明存在一个临界厚度δcr。当对层厚度δbi<δcr时,速度与δbi成正比;当δbi>δcr时,速度与δbi成反比。

Ni-ZrO_2纳米复合电铸层抗高温氧化性能的研究

通过间歇式抗高温氧化实验,建立了纯镍电铸层和N i-ZrO2纳米复合电铸层高温氧化动力学模型,分析了电铸层表面和横截面的形貌,测定了电铸层的组织结构。结果表明,N i-ZrO2纳米复合电铸层抗高温氧化性能明显优于纯镍铸层,复合电铸层表面生成的氧化膜晶粒细小且致密,并且该氧化膜较薄,产生的内应力较小,与复合电铸层的黏附性较好。

电沉积铜/镍纳米多层膜及巨磁阻效应

以(110)高择优的Cu片为基体,在硫酸盐溶液中采用常规脉冲法制备了不同调制波长的Cu/Ni纳米多层膜。利用扫描电镜(SEM)分别对多层膜的断面及表面进行表征。结果表明,Cu/Ni纳米多层膜子层厚度均匀连续,且表面与调制波长有紧密联系。利用传统的四探针法对多层膜巨磁阻(GMR)进行测试。结果表明,在一定调制波长范围内GMR值随调制波长增大而减小。分别对铜和镍子层厚度及周期数进行优化,制备出GMR值高达34.4%的Cu/Ni多层膜。

铝合金与不锈钢的过渡层钎焊

铝合金与不锈钢的物化性能相差很大 ,两者的直接连接易于在界面上生成Al和Fe的脆性化合物。作者用试验的方法研究了LF3铝合金与 0Cr18Ni9不锈钢的Ni/Cu过渡层钎焊的工艺方法以及接头的组织与力学性能 ,并对各连接界面进行了机理分析。对钎缝的界面做剪切试验、X射线衍射、扫描电镜 (SEM )和透射电镜 (TEM )等分析发现 ,镀层与钎料等各界面连接紧密 ,特别是钎缝与母材之间没有生成脆性Al-Fe金属间化合物。由此得出结论 ,面心立方结构的Ni/Cu电刷镀层能有效地阻挡Al、Fe等原子扩散 ,钎缝与镀Cu界面上虽然生成了少量的AlCu3 ,但由于组织不连续 ,没有大幅度降低钎缝的剪切强度。通过过渡层钎焊 ,实现了LF3铝合金与 0Cr18Ni9不锈钢的复合连接 ,满足了工程需要。

组分调制Cu/Ni多层膜的合金化及其合金化镀层的耐蚀特性

采用双槽电沉积方法制备出了Cu/Ni多层膜。探讨了调制波长、热处理条件等对Cu/Ni多层膜合金化行为影响的规律,并借助于SEM和XRD等对Cu/Ni多层膜及其合金化镀层的结构与组成进行了分析表征。结果表明,利用Cu/Ni多层膜合金化方法可以制备出组织均一、成分均匀的Cu-Ni合金镀层,且多层膜调制波长的减小、热处理时间的延长及保温温度的升高均有利于Cu/Ni多层膜的合金化。此外,利用电化学综合测试技术对合金镀层的耐蚀行为进行了评估。结果表明,合金化后的Cu-Ni合金镀层比相应条件下的纯Cu镀层、Ni镀层具有更正的自腐蚀电位、更低的极化电流密度以及更小的腐蚀速率。

Cu/Ni多层膜的调制波长与力学性能的关系

为研究Cu/Ni多层膜的调制波长与力学性能的关系,采用计算机控制的单槽双脉冲控电位沉积系统,在Cu基体上沉积Cu/Ni多层膜,分别采用扫描电镜和纳米压痕技术对Cu/Ni多层膜的截面和硬度进行了测试.结果表明:电沉积方法制备的Cu/Ni多层膜具有良好的周期结构;在调制波长为37 nm时硬度达到极值;在调制波长小于37 nm时其硬度值明显下降.实验结果符合理论分析中多层膜的硬度随调制波长的变化规律,但临界调制波长大于理论计算结果.

Cr含量对Cu合金表面Ni/Ni-Cr/Ni-Cr-Al-Si膜层耐蚀性的影响

为了解决Cu合金在海水中的腐蚀问题,促进Cu合金部件在海洋工程装备和设施中的应用,采用电镀与磁控溅射相结合的方法,首先在Cu衬底上电镀Ni层,随后在Ni层上溅射沉积Ni-Cr合金薄膜,最后在Ni-Cr层上再溅射沉积不同Cr含量的Ni-Cr-Al-Si合金薄膜,获得Ni/Ni-Cr/Ni-Cr-Al-Si梯度复合膜层,并研究了该梯度复合膜层的结构与腐蚀性能。结果表明:在海水中,Cr含量为43.05%的梯度复合膜层 (S2样品),其低频端阻抗值、容抗弧半径、最大相位角、电荷转移电阻R_(f)和腐蚀电位最大,表明其耐腐蚀性能最好。在所研究的范围内,梯度膜层的Ni-Cr-Al-Si表层中[Al]/[Cr]原子比率越大,其耐腐蚀性越好。梯度复合膜层的腐蚀过程主要为点蚀,膜层表面团簇的界面处是点蚀的中心。适当Cr含量的Ni/Ni-Cr/Ni-Cr-Al-Si梯度复合膜层具有很好的耐海水腐蚀和导热能力,适合作为海水中使用的Cu换热器表面的防护涂层。

强场物理与快点火靶的制备技术

采用单槽法，三电极体系制备Cu／Ni金属多层膜。电镀液采用硫酸铜（CuSO4）与硫酸镍（NiSO4）的混合溶液，使用直流极化测试系统（TD73000）控制TD3691型恒电位仪进行控电位沉积Cu／Ni金属多层膜。X射线衍射分析表明多层膜内有单独的铜层和镍层，铜和镍均为面心立方结构。扫描电镜（SEM）分析表明多层膜层状结构清晰、连续，子层厚度比较均匀。