Thickness Dependence of Structural and Optical Properties of Chromium Thin Films as an Infrared Reflector for Solar-thermal Conversion Applications

The thermal emittance of Cr film, as an IR reflector, was investigated for the use in SSAC. The Cr thin films with different thicknesses were deposited on silicon wafers, optical quartz and stainless steel substrates by cathodic arc ion plating technology as a metallic IR reflector layer in SSAC. The thickness of Cr thin films was optimized to achieve the minimum thermal emittance. The effects of structural, microstructural, optical, surface and cross-sectional morphological properties of Cr thin films were investigated on the emittance. An optimal thickness about 450 nm of the Cr thin film for the lowest total thermal emittance of 0.05 was obtained. The experimental results suggested that the Cr metallic thin film with optimal thickness could be used as an effective infrared reflector for the development of SSAC structure.

光栅阀角度对电弧离子镀TiN薄膜结构及性能的影响

通过调整光栅阀角度开展对电弧离子镀TiN薄膜结构及力学性能的研究。实验结果表明:光栅阀角度对TiN薄膜的择优取向无明显影响,薄膜均以TiN(200)面择优取向为主;随着光栅阀角度的增加,TiN薄膜中N与Ti原子比均呈欠化学计量比,且先增加而后降低,在光栅阀角度为10°时N与Ti原子比最高;TiN薄膜表面粗糙度随着光栅阀角度增加整体呈增加趋势;在光栅阀角度为10°时,TiN薄膜呈现出最高硬度和最低磨损率,具有最佳力学和耐磨性能。在电弧离子镀真空镀膜过程中,光栅阀角度通过影响气体流量进而影响薄膜性能,但对于TiN薄膜结构无明显影响,只有选择合适的光栅阀角度才能有助于薄膜综合性能的改善。

基于机器学习的薄板等离子弧搭接焊的熔深预测

在等离子弧搭接焊中,搭接焊接头的焊缝熔深是评价焊接质量的关键指标之一,而焊接过程中的热输入信息和熔池图像信息都与焊缝熔深有密切关系。本文通过建立304L不锈钢薄板等离子弧搭接焊数据采集系统,利用LabVIEW实时检测电信息,采用视觉传感技术实时获取薄板等离子弧搭接焊过程中的熔池图像,并通过图像处理方法获得熔池的几何参数信息,结合焊接工艺参数,选择峰值电流、峰值电压、焊接速度、离子气流量、保护气流量、熔池宽度和熔池后端长度作为输入量,焊缝熔深作为输出量,建立了基于支持向量机回归和BP神经网络的熔深预测模型。实验验证表明,采用径向基函数的支持向量机回归模型可以有效地对焊缝熔深进行预测,并具有很好的泛化能力,可为进一步实现在线优化焊接工艺参数提供依据。

薄板长直结构激光-电弧复合焊条件下焊接变形数值模拟

基于通用有限元软件MSC. Marc开发了考虑材料非线性、几何非线性和边界非线性的热-弹-塑性有限元计算方法来模拟薄板长直结构的焊接变形。采用所开发的数值模拟方法,计算了含有两条焊缝的薄板长直焊接结构在激光-电弧复合焊接条件下的焊接变形,并研究了焊接顺序、焊接热输入和两条焊缝的热输入比对焊接变形的影响。数值模拟结果表明:在本研究所采用的拘束条件下,焊接顺序对焊接变形有显著影响;对于非对称焊接结构,先焊局部刚度较大焊缝产生的焊接变形相对要小些;在两条焊缝热输入相同的情况下,焊接结构的变形大小与焊接热输入大小呈现正相关关系;两条焊缝的热输入比对于非对称结构的焊接变形也有较大的影响。

不同工艺参数对TiN薄膜形貌和力学性能的影响

随着硬质薄膜的快速发展,TiN薄膜已经在诸多领域成功应用。通过采用PVD多功能离子镀膜机在不同工艺参数条件下制备了TiN薄膜,研究不同工艺参数对TiN薄膜表面大颗粒形貌和力学性能的影响。利用扫描电子显微镜对TiN薄膜的表面形貌进行研究,利用球坑仪、划痕仪和显微硬度计对薄膜的力学性能进行分析。研究结果表明,弧电流越大,大颗粒尺寸越大,薄膜厚度及硬度也会显著增加;当沉积温度升高时,TiN表面大颗粒的尺寸与数量显著减小,结合强度出现先增加后减小的趋势;当负偏压增大时,TiN薄膜表面大颗粒出现了先减少后增多的趋势,而薄膜的厚度和硬度也会相应降低。该研究为生产中制备性能优良的TiN薄膜提供了一定的理论依据。

基于遗传算法的超薄板焊接接头检测识别

超薄板在切割过程中会产生毛刺和剪切不齐的现象,大大增加了焊接过程中出现烧穿、焊接变形等焊接缺陷的几率。因此,本文计划使用图像检测平台,通过检测识别实时调节焊接过程中的热量输入,以降低超薄板焊接缺陷出现的几率。优化后的算法可迅速、精细地检测和识别超薄板的剪切不齐和毛刺,将此检测平台应用于智能化焊接设备,可实时检测、识别与调节焊接参数,抑制超薄板焊接缺陷的产生,形成完整的超薄板缺陷抑制系统。

超薄板脉冲微束等离子弧焊熔池振荡特征

由于熔池的振荡行为,熔池轮廓的动态变化具有一定的波动性.基于视觉传感检测方法,研究0.1 mm厚超薄板不锈钢脉冲微束等离子弧焊接的熔池振荡行为,讨论焊接电流的不同脉冲参数对熔池振荡频率和振幅的影响.结果表明,在基值电流和峰值电流作用期间,熔池的大小是小幅度波动的,这是由熔池振荡引起的;熔池的振荡频率在一定范围内随着脉冲电流的频率增加而增加,而熔池振荡幅度随脉冲电流频率的加大而减小.熔池的振荡频率可以反映焊缝成形质量的好坏.

AlCrSiN/Cr周期复合薄膜的制备及红外辐射特性和摩擦磨损性能

红外隐身技术是现代隐身技术的重要一环,它能有效降低目标被红外侦察技术发现的风险。然而,传统的红外隐身材料虽然具有较低的红外发射率,但在耐磨损、抗高温氧化、抗腐蚀等方面表现不佳。尤其是在沙漠、火山等恶劣环境下,这些材料很难同时满足红外隐身性能和功能性的需求。为此,本工作采用电弧离子镀技术制备了AlCrSiN/Cr周期复合薄膜,并研究了不同循环周期对薄膜红外辐射特性、力学性能和摩擦磨损性能的影响。研究结果表明:AlCrSiN/Cr周期复合薄膜中的相结构主要由AlCrN固溶相和Cr金属相两种构成,其平均红外发射率较低(0.27),硬度较高(1962HV),薄膜与基底之间的结合力超过100 N。随着周期数的增加,薄膜的摩擦磨损行为趋于稳定,在三周期时,磨损率达到2.78×10^(-6) mm^(3)/(N·m)的较低值。

偏压对电弧离子镀薄膜表面形貌的影响机理

在不同偏压下用电弧离子镀沉积TiN薄膜,采用扫描电子显微镜(SEM)观察薄膜表面大颗粒污染情况,并分析偏压对大颗粒的影响。结果表明,偏压对大颗粒的影响主要来自电场的排斥作用。直流偏压下,等离子体鞘层基本稳定,电子对大颗粒表面充电能力很弱,而脉冲偏压下,由于鞘层厚度不断变化,大颗粒不断进出于鞘层,电子对大颗粒表面的充电能力强,使其所带负电荷明显增多,受到基体的排斥力变大,大颗粒不易沉积到基体而使薄膜形貌得到有效改善。

电弧离子镀氧化铬涂层的组织结构及硬度

采用电弧离子镀方法在不锈钢基体上沉积Cr2O3薄膜.研究了氧流量和脉冲偏压对薄膜相结构、沉积速率、表面形貌、薄膜硬度的影响.结果表明,氧流量和脉冲偏压对薄膜的相结构有较大的影响.在氧流量为130 cm3/s、脉冲偏压为-100V时,出现Cr2O3{001}面择优取向;氧流量增高,脉冲偏压增大时,薄膜的表面形貌得到改善;在脉冲偏压为-200 V、氧流量为130 cm3/s时,可获得符合Cr2O3化学计量比的薄膜,其硬度达到36 GPa.

电弧离子镀TiN薄膜中的缺陷及其形成原因

分析了电弧离子镀(AIP)TiN薄膜中的主要缺陷-熔滴、孔洞和疏松等。结果表明:这些缺陷存在于晶内、晶界或者贯穿于整个薄膜;缺陷的存在极大地影响了薄膜的性能;缺陷密度与镀膜方法及具体的工艺参数有密切关系;使用磁过滤器镀制薄膜可显著减少上述缺陷,从而提高薄膜的各种性能。认为使用磁过滤器镀制TiN及其各种复合或多层薄膜是一种切实有效的方法,是今后制备高性能TiN及其复合膜的发展方向,另外,缩短脉冲电弧在高值时的时间,用人工来减少薄膜缺陷也是一种行之有效的方法。

负偏压对电弧离子镀复合TiAlN薄膜的影响

采用电弧离子镀技术,以W18Cr4V高速钢为基体,调整基体负偏压,制得多个复合TiAlN薄膜试样,研究了基体负偏压对薄膜微观组织形貌、物相组成、晶格位向、硬度、厚度和沉积速率的影响。结果表明,过高或过低的负偏压会使得膜层表面不平整,显微硬度下降。当负偏压为200 V时,膜层的沉积速率最大;负偏压为150 V时,有利于薄膜(111)晶面的择优取向生长,且TiAlN膜的硬度最高。

电弧离子镀纳米TiO_2光催化薄膜

采用电弧离子镀法在普通玻璃表面制备透明的TiO2薄膜,AFM、XRD分析TiO2薄膜表面形貌和结构,结果表明经过500℃退火后TiO2薄膜主要为锐钛矿结构。对纳米TiO2薄膜进行了亲水性研究和光催化降解有机物甲基橙和罗丹明B的研究,发现在紫外光照射下纳米TiO2薄膜表现出强光催化活性和超亲水性。

工艺参数对阴极电弧离子镀ZrN薄膜表面形貌及结构的影响

本文采用阴极电弧离子镀技术制备了ZrN膜层,研究了工作气压、偏压、弧流等工艺参数对ZrN膜层表面形貌和结构的影响,分别用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)分析了膜层的表面形貌及相结构。结果表明:工作气压、偏压、弧电流等工艺参数对ZrN膜层的表面形貌有较大的影响,在本实验内适当提高N2压强、偏压以及在稳弧前提下降低弧流有利于减少大颗粒,改善ZrN膜层表面形貌,提高膜层综合性能;不同工艺参数下制备的ZrN膜层均具有典型的面心立方结构,工作气压和弧电流对ZrN膜层晶体生长方向的影响较小,偏压对晶体生长方向的影响显著,在20 V偏压下,晶体呈(200)面择优取向,继续提高偏压(100 V^300 V),晶体生长呈(111)面择优取向。

基片偏压对电弧离子镀ZrN薄膜微结构和表面形貌的影响(英文)

在不同的基片偏压下利用电弧离子镀技术制备氮化锆薄膜,以考察基片偏压对氮化锆薄膜微结构和表面形貌的影响。利用XRD、EPMA和FE-SEM等技术对不同偏压时得到ZrN薄膜的相结构、成分和表面形貌进行表征。结果表明,薄膜中存在立方氮化锆和六方纯锆相;随着基片偏压的增大,薄膜的择优取向由(111)变为(200),最后变为(111),晶粒尺寸由30nm减小至15nm。同时发现,随着基片偏压的增大,薄膜微结构由明显的柱状特征变为致密的等轴晶特征,表明由偏压增强的离子轰击能有效抑制柱状晶生长;薄膜沉积速率和锆氮摩尔比随着基片偏压的增大先增大后减小,在-50V时达到最大。

氮气流量对电弧离子镀CrN薄膜组织结构和性能的影响

利用电弧离子镀技术在高速钢基体上于不同氮气流量条件下制备CrN薄膜样品,通过纳米压痕仪、XP-2台阶仪、SEM和XRD测试分析了薄膜的硬度、弹性模量、厚度、表面形貌和物相结构。实验结果表明,氮气流量对CrN薄膜的组织结构和力学性能都具有较为明显的影响。

射频溅射法和电弧离子镀法制备的纳米TiO_2薄膜性能比较

采用射频磁控溅射法和电弧离子镀法制备了纳米TiO2薄膜,并利用XRD、UV-VIS、AFM及通过亲水性和光催化实验对两种方法制备的TiO2薄膜进行了对比表征.结果表明,磁控溅射法的薄膜生长速率只有电弧离子镀法的1/30;前者仅需较低的退火温度就能形成完善的锐钛矿结构;虽然两者有相近的紫外吸收边,但是前者有较大的紫外吸收;磁控溅射法制备的TiO2薄膜表面呈现针状晶结构和具有较大的比表面积;在暗室中保存5 h后,磁控溅射法制备的TiO2膜水的接触角恢复到1°,而后者达到20°;对于光催化降解苯酚,前者有较大的降解率.

偏压对阴极电弧离子镀AlN薄膜的影响

在不同基体负偏压作用下，用阴极电弧离子镀等离子体物理气相沉积（ＰＶＤ）方法在单晶 Ｓｔ（１００）基片上获得六方晶系的晶态ＡｌＮ薄膜．用Ｘ射线衍射仪分析了沉积膜的物相组成和晶格位向随 偏压的变化，在扫描电子显微镜（ＳＥＭ）下观察沉积膜的显微组织形貌．结果表明，在较小偏压下，ＡｌＮ 膜呈（００２）择优取向，表面致密均匀；在较大偏压下，ＡｌＮ膜呈（１００）择优取向，表面形貌则粗糙不 平．ＡｌＮ薄膜的择优取向及表面形貌受到不同偏压下不同离子轰击能量的影响．

TiN/AlN纳米多层膜的制备及耐蚀性能

采用多弧离子镀技术制备了TiN/AlN纳米多层膜,并通过多层膜在酸中的浸泡试验及极化曲线测定,对比研究了TiN/AlN纳米多层膜和TiN薄膜的耐蚀性能。结果表明,由于TiN/AlN纳米多层膜中铝的钝化作用及薄膜的特殊层结构,TiN/AlN纳米多层膜比TiN薄膜具有更优良的耐腐蚀性能。

电弧离子镀CrN薄膜的镀覆工艺研究

随着氮分压增加,低分压时所产生的Cr和Cr2N的衍射峰减弱至消失,而CrN的衍射峰增强直至形成单相薄膜,薄膜表面的大颗粒密度、尺寸都减小,N2分压过大时薄膜表面的大颗粒又增加;随着脉冲偏压的施加,薄膜的表面变得均匀平整,大颗粒数量、尺寸明显减少,偏压过大时薄膜表面又有较大熔滴产生;抛光和喷砂均能降低薄膜表面大颗粒的形成。最后得到了电弧离子镀氮化铬涂层的最佳工艺。