高功率脉冲磁控溅射技术制备ta-C膜及性能改性研究

硬质合金表面沉积四面体非晶碳膜(ta-C薄膜)的结合力和摩擦性能影响着其在切削刀具和耐磨零部件领域的应用效果。基于高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS)制备了ta-C薄膜,通过调节C2H2流量对ta-C薄膜进行了改性研究。利用SEM对薄膜厚度进行观察,通过拉曼和XPS对其结构进行研究,通过纳米压痕对其硬度进行表征,通过纳米划痕对薄膜的结合力进行研究并通过摩擦磨损试验对薄膜的耐磨性进行探究。结果表明,通入C2H2气体可有效改善ta-C薄膜的结构、硬度、结合力和耐磨性能。改变C2H2流量可调控ta-C薄膜的性能,随着C2H2流量的逐渐增大,薄膜的各项性能呈现先增大后减小的趋势,当C2H2流量为15 cm^(3)/min时,薄膜的各项性能都达到较为优异的结果,ta-C薄膜厚度达655.9 nm,硬度提高到43.633 GPa,结合力提升到19.2 N,此时sp3键含量为70.19%,ta-C薄膜表面均匀、致密,且性能优良。

带有反向正脉冲的HiPIMS技术制备ta-C膜及性能研究

目的提高切削刀具和耐磨零件的表面硬度和摩擦性能,延长工具的使用寿命。方法基于高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS),在每个脉冲周期尾部施加反向正脉冲,控制ta-C沉积过程,通过电镜测试、拉曼测试、XPS测试、纳米压痕硬度测试、摩擦磨损实验分别分析脉冲频率、反向正脉冲能量对ta-C薄膜沉积速度、膜结构、硬度、结合强度、耐磨性能的影响。结果采用钨钢为基体进行实验,将频率从4000 Hz到1500 Hz依次降低,制备涂层。在频率为4000 Hz的处理条件下制备涂层时,ta-C膜层的厚度为479.2 nm,通过XPS可知,此时sp^(3)的原子数分数达到59.53%,硬度为32.65 GPa,且得到的薄膜在12.7 N时失效,耐磨性较差,摩擦因数约为0.163。在频率为1500 Hz的处理条件下制备涂层时,涂层各项性能均有所提升,ta-C膜层的厚度为488.6 nm,通过XPS可知,此时sp^(3)的原子数分数达到63.74%,硬度为40.485 GPa,且薄膜在14.9 N时失效,耐磨性较优,摩擦因数约为0.138。结论通过调节脉冲频率,可以有效提高ta-C薄膜的沉积效率,改善膜的结构和性能。随着沉积ta-C薄膜频率的降低,薄膜中sp^(3)的含量呈现增大趋势,摩擦因数也随之降低,有效改善了ta-C膜的耐磨性。

等离子体溅射对微型钻头表面ta-C涂层结合特性及摩擦性能的影响

无氢类金刚石涂层(ta-C)常用于提高刀具表面润滑性,提升极细微型钻头的排屑性能,降低断刀率。但ta-C涂层内应力大,与硬质合金钻头间的结合力较差,等离子溅射是提升涂层与基体之间结合力的有效方法。本文利用离子源产生的氩离子对硬质合金微型钻头和样块表面进行等离子体溅射,研究基体电流密度对基体表面形貌的影响;再利用阴极弧技术在等离子体溅射后的硬质合金表面制备ta-C涂层,研究不同溅射基体电流密度对ta-C涂层结合特性的影响。利用球盘式摩擦磨损试验机对溅射后的硬质合金表面以及ta-C涂层摩擦系数进行测试。通过钻孔测试,研究钻孔过程中基体电流密度对涂层与基体结合特性以及涂层微型钻头断刀率的影响。结果表明,随着溅射基体电流密度的增加,基体表面钴含量逐渐减少。压痕测试结果显示,合理的溅射基体电流密度(19.1 mA/cm^(2))下,可得到高结合力等级(HF1)。高结合力等级的ta-C涂层,摩擦系数最低为0.096。涂层钻头加工通信印制电路板1000孔后,高结合力ta-C涂层钻头的槽内涂层无异常脱落,测试1000支后无断刀。

Mo含量对(Ti,W,Ta)C-Ni系金属陶瓷组织与性能的影响

摘要：以（Ti，W,Ta）C固溶体粉末、金属Mo粉和Ni粉为原料，采用真空液相烧结法制备（Ti，W,Ta）C-xMo-1％Ni金属陶瓷“为质量分数，x=0—20％），研究Mo含量对（Ti，WTa）C-Ni系金属陶瓷的显微组织、物相组成、致密度和力学性能的影响。结果表明，随Mo含量增加，金属陶瓷的组织逐渐细化；Mo对（Ti，W,Ta）C-Ni系金属陶瓷的致密化具有较强的促进作用，使得金属陶瓷的烧结收缩率增加，孔隙减少；随Mo含量增加，（Ti，W,Ta）C-Ni系金属陶瓷的硬度提高，而抗弯强度先升高后降低。当Mo含量为15％时，（Ti，W,Ta）C-Ni系金属陶瓷的力学性能最优，硬度HRA和抗弯强度分别为90．2和1661MPa。

FCVAD合成Ta-C薄膜的Raman和XPS分析

用磁过滤阴极真空弧沉积 (FCVAD)方法在Si衬底上合成了Ta C薄膜 ,Raman光谱和光电子能谱 (XPS)分析表明衬底加 80～ 10 0V负偏压时合成的Ta C薄膜sp3 键所占比例最高 ,可达 80 %以上 ,并且在Ta C薄膜表面存在一sp3 键所占比例较低的薄层 .

FCVAD合成Ta-C(N)薄膜及其Raman和XPS分析

掺N非晶金刚石Ta-C(N)薄膜是合成β-C3N4研究中出现的一种新型固体薄膜材料,近年来由于其优异的电化学性能受到越来越多的关注。我们用磁过滤阴极真空弧等离子体沉积(FCVAD)方法在不同N2分压下,在Si衬底上合成了Ta-C(N)薄膜。Raman和XPS分析表明Ta-C:N薄膜中的N主要以C—N的方式与C结合。N2分压越大,N/C原子比越高,最高可达31.1%。但同时sp3键含量越低,并且合成Ta-C:N薄膜的速度越慢。

Ta有机溶剂热处理转变生成TaC的过程

Ta有机溶剂浸渍C/C复合材料经热处理后可制备TaC均匀分布的C/C-TaC复合材料,采用X射线衍射和扫描电镜技术研究了Ta有机溶剂热处理转变生成TaC的过程。研究表明:在热处理过程中,Ta有机溶剂先转变为氧氟化钽(TaO2F)和Ta2O5等中间相;在1 500℃热处理后,Ta全部转变为TaC。热力学计算表明,C还原Ta2O5生成TaC的温度为1 109℃,与1 200℃热处理后TaC的X射线衍射结果一致。

炭纤维表面原位反应制备TaC涂层及其形成机理研究

以金属钽粉为钽源,采用原位反应法在炭纤维表面成功制备出连续的TaC涂层,研究了涂层炭纤维的相组成、微观形貌和抗氧化性能,并探究了炭纤维表面连续TaC涂层的形成机理。结果表明,在温度为1000~1400℃时能在炭纤维表面制备出TaC涂层,反应温度和时间显著影响涂层厚度以及涂层与炭纤维基体的结合性能;反应温度为1200℃时制备的涂层均匀致密,与炭纤维基体结合较好,涂覆TaC涂层后炭纤维的起始氧化温度提高了200℃。从动力学角度分析了TaC涂层的生长机理,结果表明Ta原子沿炭纤维轴向发生表面扩散,Ta原子的表面扩散行为是连续TaC涂层形成的关键因素。

Ni离子注入四面体非晶碳(ta-C)膜微观结构研究

高内应力是阻碍高性能超硬四面体非晶碳(tetrahedral amorphous carbon,ta-C)膜长厚和广泛应用的主要因素。为降低ta-C膜内应力,本文采用金属蒸汽真空弧(metal vapor vacuum arc,MEVVA)离子源注入技术,注入Ni离子到用磁过滤阴极真空弧(filtered cathodic vacuumarc,FCVA)沉积的ta-C膜中,制备出掺Ni膜(ta-C:Ni膜)。用XPS、XRD、Raman谱和SEM表征膜的微观结构。结果显示,膜sp3含量减小,发生了石墨化,石墨颗粒细化;Ni在膜中以单质Ni的形式存在,并且有Ni纳米晶体析出;膜表面均匀分布约10nm颗粒。对膜在结构上的变化作了讨论。

不锈钢基Ti/ta-C复合膜沉积与热应力研究

ta-C薄膜是性能优良的耐摩擦超硬薄膜,但其残余应力过大问题严重影响了其力学性能及实际应用。根据脉冲磁过滤多弧离子镀沉积ta-C薄膜的工艺,进行了膜系设计并沉积制备出以不锈钢为基底的Ti/ta-C复合膜。通过有限元方法,建立数值计算模型,研究了薄膜热应力与膜层厚度、基底厚度和沉积温度等参数变化的规律,得到Ti/ta-C复合膜的热应力分布,模拟与理论计算结果误差较小,揭示了脉冲磁过滤多弧离子镀沉积ta-C薄膜厚度的有效控制的途径,为完善脉冲磁过滤多弧离子镀沉积ta-C薄膜的工艺,提供了理论依据。实验研究了不同沉积温度下薄膜的硬度和残余应力、热应力的关系,结果表明,热应力增加会导致薄膜硬度降低,但不会导致残余应力的明显变化,即热应力不是脉冲磁过滤多弧离子镀沉积ta-C薄膜残余应力过大的主要因素。

氩气氛环境下真空阴极弧制备ta-C涂层电弧电流效应

利用真空阴极弧技术在M2高速钢和单晶硅表面沉积ta-C薄膜,重点研究了电弧电流对沉积过程中等离子体行为,以及涂层的截面形貌、厚度、结构和膜-基结合强度的影响。结果表明,随着电弧电流从40A增加到100A,基体电流由1.36A增加到3.95A,等离子体中Ar离子数目的增加速率高于C离子。随着电弧电流由40A增加到60A,涂层沉积速率基本不变约为6nm/min。在这一过程中,电子对Ar的离化所导致对涂层的轰击溅射效应优于C离子/原子在沉积过程中的传递效应,因此弧流增加而沉积速率基本不变。随着弧流由60A继续增加到100A以后,C离子/原子在沉积过程中的传递效应导致沉积速率提高优于Ar离子的溅射作用,因此沉积速率增加到8.1nm/min。电弧电流为80A时,I_D/I_G比值最小为0.31,表明涂层具有最高的sp^3含量。因此,在Ar气氛下制备ta-C涂层时,要得到较优质的ta-C涂层,需要合适的弧流。制备涂层的膜-基结合强度最高可达HF 1,可进行工业应用。

基于ta-C涂层/活塞环-缸套摩擦副润滑油摩擦学性能研究

采用SRV®4型多功能摩擦磨损试验机,使用四面体非晶碳(tetrahedral amorphous carbon,ta-C)涂层/活塞环—缸套摩擦副,研究了不同含量二烷基二硫代氨基甲酸钼(molybdenum dialkyl dithiocarbamate,MoDTC)SN/GF—50W—20发动机油摩擦学性能。研究结果表明,MoDTC明显影响ta-C涂层/活塞环—缸套摩擦副摩擦学性能,当Mo元素质量分数在0.03%~0.05%范围内时摩擦磨损性能最优;而当Mo元素质量分数为0.10%时摩擦磨损性能最差。在相同摩擦磨损试验条件下,研究Yubase4+基础油(Yubase4+,Yu4+)对照组、Yu4+/MoDTC和Yu4+/MoDTC/二烷基二硫代磷酸锌(zinc dialkyl dithiophosphate,ZDDP)润滑体系对ta-C涂层/活塞环—缸套摩擦副影响,并用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、X射线光电子能谱仪(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)对缸套磨损表面进行分析。研究结果表明,Yu4+/MoDTC体系摩擦系数最低,而Yu4+/MoDTC/ZDDP体系摩擦系数最高。这可能是因为ta-C材质活塞环硬度高,Yu4+/MoDTC/ZDDP润滑体系缸套摩擦膜中含有ZDDP自分解产物及与MoDTC、缸套表面作用产物(如MoO_(3)、ZnS、Fe_(3)O_(4)、ZnO等),摩擦膜中磨粒大小不均匀在对偶间的摩擦造成较高的磨粒磨损,从而引起摩擦系数增加。

(W,Ta)C复合碳化物含量对WC-10Co硬质合金显微结构和力学性能的影响

采用低压烧结制备了WC-10Co硬质合金,结合SEM和力学性能测试手段,研究了(W,Ta)C复合碳化物添加量对WC-10Co硬质合金显微结构和力学性能的影响。结果表明:(W,Ta)C复合碳化物的添加能明显细化晶粒,但会降低合金的断裂韧度;随着(W,Ta)C添加量的增加,合金的密度、抗弯强度和硬度均呈先增高后降低的趋势;当添加0.6%(质量分数)的(W,Ta)C复合碳化物时,合金的综合力学性能最好,其抗弯强度、密度、硬度和断裂韧度分别为3 198.5MPa、14.58g/cm^3、1 338HV和17.33 MPa·m^(1/2)。

CⅡTA基因在五种人类恶性血液病细胞株细胞中的表达及意义

目的:探讨5种血液病细胞株细胞的HLA-Ⅱ类抗原表达,以及对IFN-γ诱导HLA分子表达的反应性与MHCⅡ类分子反式激活因子(CⅡTA)表达的关系。方法:采用流式细胞术和免疫组化法检测肿瘤细胞HLA分子及CⅡTA蛋白的表达,RT-PCR检测肿瘤细胞CⅡTA基因表达。混合淋巴细胞反应检测肿瘤细胞刺激外周血T细胞反应的能力。结果:肿瘤细胞HLAⅡ类分子表达与CⅡTA表达一致;结构型或诱导型表达CⅡTA的肿瘤细胞,经IFN-γ作用后其HLAⅠ、Ⅱ类抗原表达增高;IFN-γ诱导后仍不表达CⅡTA的肿瘤细胞,其对IFN-γ促HLAⅡ表达的作用不反应。Jurkat诱导后刺激T细胞表达高水平的IL-2mRNA。结论:某些恶性血液病细胞株细胞对IFN-γ不能诱导HLA分子表达与CⅡTA诱导型表达缺陷有关,表明CⅡTA参与调控肿瘤细胞HLAⅠ、Ⅱ类抗原表达,可能在肿瘤免疫逃逸中起重要作用。

抗CⅡTA核糖核酸酶P抑制Daudi细胞表面MHC-Ⅱ类抗原的表达

探讨抗MHC-Ⅱ类分子转录激活因子(CⅡTA)的核糖核酸酶P对Daudi细胞表面MHC-Ⅱ类分子表达的抑制作用.M1-RNA是核糖核酸酶P的催化活性单位.以pTK117质粒为模板,PCR扩增带有抗CⅡTA第452及629位点的引导序列的M1-RNA(M1-452-GS及M1-629-GS),再分别插入pUC19载体(pUC19-M1-452-GS和pUC19-M1-629-GS).从Raji细胞中克隆CⅡTA基因DNA片段(114～800)后插入pGEM-7zf(+)质粒.将重组M1-RNA与靶基因的mRNA进行细胞外共孵育,显示仅pUC19-M1-629-GS可特异性地切割靶基因mRNA.再将M1-629-GS克隆入psNAV载体(pA629)并稳定转染Daudi细胞株,RT-PCR检测其CⅡTA的mRNA水平,流式细胞术检测其HLA-DR、DP、DQ抗原表达.与对照组比较,M1-629-GS阳性Daudi细胞的CⅡTAmRNA含量减少90.19%(P<0·05),其HLA-DR、DP、DQ抗原表达分别降低91.97%、90.19%、92.36%(P<0·05).研究表明,抗CⅡTA的核糖核酸酶P可通过抑制CⅡTA的转录而降低Daudi细胞表面的MHC-Ⅱ类分子的表达.

抗CⅡTA的核糖核酸酶P对Jurkat细胞MHCⅡ类分子表达的抑制作用

本研究旨在探讨抗MHCⅡ类分子转录激活因子(CⅡTA)的M1-RNA抑制细胞表面MHCⅡ类分子的表达。M1-RNA是核糖核酸酶P的催化活性单位,设计并克隆针对CⅡTA第3408位点的M1-RNA(M1-3408-GS)及其相应的CⅡTA靶基因片段(3176-3560),分别插入pUC19、pGEM-7zf(+)载体,进行细胞外切割活性筛选。将细胞外切割作用明显的M1-3408-GS亚克隆入psNAV载体并稳定转染Jurkat细胞株,采用流式细胞术检测该细胞表面经典的MHCⅡ(HLA-DR、-DP、-DQ)类抗原表达,RT-PCR检测其CⅡTA的mRNA水平。结果表明:在重组人干扰素(IFN)-γ诱导下,M1-3408-GS阳性Jurkat细胞株与对照组比较,其表面HLA-DR、HLA-DP、HLA-DQ抗原诱导型表达分别降低了83.17%、94.12%及84.31%;同时CⅡTA的mRNA含量明显降低(P<0.05,t=4.89)。结论:抗CⅡTA的M1-RNA(M1-3408-GS)降低了自身mRNA含量,从而阻止其调控的MHCⅡ类分子的表达。

高熵(Zr,Hf,Nb,Ta)C微米长方体的制备、吸波性能和抗氧化性研究

针对高熵碳化物制备困难,本文采用ZrC、HfC、NbC和TaC粉为原料,Ni粉为熔剂,通过低温无压烧结工艺成功制备出三种不同成分的高熵(Zr, Hf, Nb, Ta)C粉体。结果表明,三种粉体均为微米长方体,且暴露(100)晶面。(Zr_(1/4)Hf_(1/4)Nb_(1/4)Ta_(1/4))C微米长方体因具有高介电常数而展现出优异的吸波性能,在厚度为3.5 mm、频率为6.16 GHz时,最低反射损耗值可达-48.86 dB。高熵(Zr, Hf, Nb, Ta)C微米长方体在800~1 200℃下展示出优异的抗氧化性,且氧化产物均由正交相(Nb_(x)Ta_(1-x))_(2)O_(5)固溶体、单斜相(Zr_(x)Hf_(1-x))O_(2)固溶体和正交相HfO_(2)所组成,与氧化温度和过渡金属的物质的量比无关。Zr、Hf、Nb和Ta的协同作用导致其氧化机制与单组元碳化物截然不同,Hf的存在抑制Nb_(2)O_(5)由正交晶系向单斜晶系转变,还会促使ZrO_(2)在800℃时由四方晶系转变为单斜晶系。此外,Nb和Ta的存在促使HfO_(2)在常压下由单斜晶系转变为四方晶系。

一步还原法制备(W-Ti-Ta-Nb)C复合碳化物的研究

研究了一步还原法制备(W-Ti-Ta-Nb)C复合碳化物过程中,不同煅烧温度、煅烧时间和混料时间对产品固溶相比例、化合碳含量、游离碳含量的影响。通过正交试验优化得出最佳制备工艺条件为:煅烧温度2 100℃,煅烧时间50 min,混料时间3 h。所得复合碳化物粉末为100%的固溶相,其中化合碳的含量为10.67%,游离碳的含量为0.15%。

纳米级ta-C薄膜对二次电子发射抑制的研究

二次电子倍增引起的微放电效应已经成为制约空间通信技术发展的重要因素。提出采用纳米级四面体非晶碳(ta-C)薄膜抑制二次电子发射的新方法,研究了在镀银铝基材料上制备ta-C薄膜的工艺,以及薄膜中sp2键的含量以及薄膜的厚度对二次电子发射系数的影响。研究结果表明,涂层后的二次电子发射系数减小了35%;且当薄膜厚度超过5 nm,二次电子发射系数显著降低,当厚度大于10 nm,二次电子发射系数会增加,分析主要原因是薄膜厚度在5-10 nm时,sp2键的含量较大,呈现出石墨的弱二次电子发射特性,研究结果表明,ta-C薄膜可以较好地起到抑制二次电子作用。

(Ti,W,Mo,Nb,Ta)(C,N)纳米固溶体粉的合成及性能

采用高能球磨-碳热氮化还原法合成了(Ti,W,Mo,Nb,Ta)(C,N)纳米固溶体粉,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和元素分析仪等分析了还原温度和还原时间对粉体物相组成、晶格常数及碳氮含量的影响。结果表明:金属元素在Ti(C,N)中的固溶按难易程度排序为钽、铌、钨、钼;随还原温度的升高和还原时间的延长,固溶体粉的晶格常数、碳含量及粒径均逐渐增大;在1 500℃碳热氮化还原1 h后,可合成单相且平均粒径为100 nm的(Ti,W,Mo,Nb,Ta)(C,N)固溶体粉,其碳、氮质量分数分别为9.1%和7.2%。