低能量离子束辐照磁控溅射沉积超硬质nc-TiN/nc-Cu纳米复合膜

利用诱导型等离子体辅助双靶磁控溅射法在Si（100）基板表面沉积Cu含量（原子分数）为0～10．0％的Ti—Cu—N膜，研究了Cu含量对薄膜结构及硬度的影响．结果表明，添加少量Cu可极大地提高薄膜硬度．Cu含量为2．0％的Ti—Cu—N薄膜具有超硬特性，硬度HV达到42，约为纯TiN薄膜硬度的2倍．超硬质Ti—Cu—N薄膜为nc-TiN／nc—Cu纳米复合薄膜，具有柱状晶结构．薄膜的超硬特性源于薄膜的纳米复合结构．     

Cu/Co多层膜表面粗糙度及织构演化机制

薄膜材料中的微观结构和织构特征对其性能有重要的影响作用,但目前薄膜中微观结构和织构的关系尚未清楚。以Cu/Co多层膜为对象,研究薄膜中的表面粗糙度和织构。采用磁控溅射法在单晶Si基底上制备Cu/Co多层膜,通过扫描电子显微镜和原子力显微镜对多层膜的表面粗糙度进行逐层表征,结合薄膜外延生长模型分析薄膜表面自由能的层间差异对薄膜生长模式和表面粗糙度的影响。结果表明,在Si基底上沉积的Cu薄膜呈岛状模式生长,表面粗糙度较小;继续在Cu薄膜上沉积的Co薄膜亦呈岛状模式生长,表面粗糙度增加;最后在Co薄膜上沉积的Cu薄膜,趋向于层状模式生长,表面粗糙度下降。此外,利用XRD与EBSD分析Cu/Co多层膜的织构演变行为,发现在Cu和Co层交替沉积的过程中,织构类型由{111}变为{0001}再变为{111},织构强度逐渐变弱。分析表明,薄膜的织构强度与其表面粗糙度存在一定关系,Cu薄膜中{111}织构强度越高,薄膜的表面粗糙度越小。通过明确Cu/Co薄膜生长过程中的织构演化规律以及织构与微观结构的相互作用,可为薄膜制备技术和性能调控的研究提供一定启示及参考意义。     

球头压痕确定薄膜模量的等效膜厚法

基于Hertz方程,修正了平头压痕薄膜系统的力学模型,建立了用于评估球头压痕确定薄膜弹性模量的等效膜厚法。采用有限元方法对模型进行计算分析,结果发现,当薄膜弹性模量大于基体时,计算误差小于Ranjana和William(RW)模型[1];当薄膜弹性模量小于基体时,对于较深的压痕计算得到的结果仍然和理论值相符,说明本模型可以用于比较深的压痕情况。另外,研究了薄膜屈服强度和球压头半径对计算结果的影响,结果显示,薄膜的压缩屈服强度越大,等效膜厚法得到的结果越准确;而在同一压痕深度下,较大的压头半径会带来较大的误差,当压痕深度较小时,薄膜的弹性模量受压头半径的影响较小。最后通过TiN/sapphire在球压头和三棱锥压头下的试验,验证了本方法。     

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．     

不锈钢上PVDAg—Cu／Ti双层膜力学性能研究

研究了不锈钢PVDAg－Cu／Ti双层薄膜的力学性能,包括薄膜结合强度、弹性模量、复合硬度及残余应力。结果表明,该双层膜膜基结合良好;用4点弯曲法测得其弹性模量为63．4GPa;薄膜复合硬度表现出导常的负荷依存性;用X射线法测得双层膜膜力应力为张应力,大小为160MPa。     

薄膜弹性性能和膜厚对其弹性模量的影响

基于应变协调理论模型推导出薄膜弹性模量和泊松比表达式,对普通拉伸试验法进行了改进,即采用分区不同膜厚拉伸法分别研究了氧化铝薄膜/铝合金基体系统和氮化钛薄膜/高速钢基体系统上不同厚度薄膜的弹性模量和泊松比.结果表明:该方法可有效地减少薄膜制备、拉伸试验中偶然因素以及基体材料等对所测薄膜弹性性能的影响.通过不同厚度薄膜弹性模量的对比,可知2种体系薄膜的弹性模量随膜厚的增加而提高.分析认为薄膜内应力的状态、大小以及在薄膜厚度方向的重新分配等因素对薄膜弹性模量有很大影响.     

电子束蒸发与磁控溅射制备AI／PI复合薄膜的性能研究

利用磁控溅射法和电子束蒸发法在聚酰亚胺（PI）薄膜基底上沉积了铝功能膜。测试了两种方法薄膜的膜厚、附着力、反射率、折射率和电导率。结果表明,磁控溅射法制备的铝膜的综合性能较电子束蒸制备的铝膜的性能优越。     

电子束蒸发与磁控溅射制备Al/PI复合薄膜的性能研究

利用磁控溅射法和电子束蒸发法在聚酰亚胺（PI）薄膜基底上沉积了铝功能膜。测试了两种方法薄膜的膜厚、附着力、反射率、折射率和电导率。结果表明,磁控溅射法制备的铝膜的综合性能较电子束蒸制备的铝膜的性能优越。     

磁控溅射工艺对FeCrCoNiMn氧化物薄膜质量的影响

目的 探究氧气浓度、基底温度和溅射功率对高熵合金氧化物薄膜成分、膜基结合力和硬度的影响,分别找出某一工艺参数的改变对性能的影响趋势,并总结影响因素和规律。方法 采用射频磁控溅射方法在Si(100)基体上制备不同工艺参数下的(FeCrCoNiMn)Ox薄膜,结合X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)、划痕仪、纳米压痕仪分析薄膜的物相结构、成分组成、膜基结合力、硬度和弹性模量。结果 薄膜为FCC结构。膜基结合力、硬度和弹性模量随着氧气浓度的增加,分别由4.85 N、6.06 GPa、137.8 GPa提高至6.56 N、14.51 GPa、189.4 GPa,最后降至3.75 N、7.52 GPa、144.9 GPa。薄膜的膜基结合力、硬度和弹性模量随着基底温度的升高而升高,分别由3.6 N、12.58 GPa、164.2 GPa升高到5.05 N、14.51 GPa、189.4 GPa。随着溅射功率的提高,膜基结合力由5.05 N提高至8.25 N,硬度和弹性模量呈先升高后降低的趋势。结论 与普通FeCrCoNiMn合金薄膜相比,氧原子的引入使(FeCrCoNiMn)Ox薄膜拥有更大的混合熵,增强了其固溶强化效应。氧气浓度和溅射功率对薄膜成分的影响较大,基底温度对成分无明显影响。适当提高氧气浓度和溅射功率可以有效提高薄膜的力学性能,在温度为350 ℃时膜基结合力和硬度均最好。     

磁控共溅射制备Al-Cu薄膜分析

采用磁控Al和Cu靶共溅射方法，通过FJL560D2型超高真空磁控溅射仪制备薄膜。采用不同的溅射功率和退火温度来获得不同特性的薄膜。采用扫描电镜、电子探针显微分析仪、X射线衍射仪和纳米压入硬度测试仪对薄膜的组织和性能进行了分析。结果表明：Al—Cu薄膜是由细小颗粒聚集形成的致密合金薄膜。随着Cu溅射功率的增加，薄膜中的Cu含量增加，薄膜的显微硬度和弹性模量明显增加，薄膜的显微硬度和弹性模量分别为664Hv和203GPa。薄膜中组织除α—Cu（Al）相以外，还会形成新的合金相。薄膜经过退火后，成分没有明显变化，但会加快新相的形成，如θ-Al2Cu和ω—Al7Cu2相的形成。这些相的形成对薄膜的性能有较大的影响。     

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 通过测量超声波在固体介质中传播的纵波传播速度，进一步测量该固体的杨氏模量，得到了测量固体杨氏模量的一种新方法。     

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研究了扬氏模量(E)、切变模量(G)和泊松比(μ)的关系,介绍了悬丝耦合弯曲共振法的优点,简单阐述了悬丝耦合弯曲共振法的原理,用悬丝耦合弯曲共振法测量金属试样的弹性模量。     

铸件点模数计算模型的分析

对铸件３种点模数计算的数学模型进行了分析比较,评述了它们各自的特点,为建立完善的点模数计算模型提供了依据。     

特种模型材料弹性模量的测量

层状复合方法适用于测定高阻尼材料的弹性模量。特种模型材料由环氧树脂、增韧剂、固化剂和金属粉构成。用层状复合方法测定了特种模型材料的弹性模量，得到的数据分散性小。特种模型材料的弹性模量随着金属粉的增加而增加。     

用CCD图像传感器测量杨氏弹性模量的研究

对传统的镜尺法测量杨氏弹性模量进行了改进,用高灵敏度电荷耦合器件(CCD)图像传感器取代传统的依靠人眼从望远镜读数获取激光位移数据,实现了过程自动化,消除了测量过程中人为因素的影响。试验测得杨氏弹性模量的相对误差仅为0.88%,大大提高了测量精度。     

调高水玻璃模数的研究

使用较高模数的水玻璃混制的型砂具有残留强度低、吹CO2时间短等优点，并有好的抗吸湿性和表面稳定性。一般低模数的水玻璃可以通过在其中加入一定量的无定形二氧化硅来提高模数，但研究表明，用这种方法调得的高模数水玻璃质量并不十分理想，在使用上存在很大问题。     

低模量Ti-Nb-Ta-Zr-O合金的再结晶特性

研究了冷变形态亚稳β钛合金Ti-23Nb-0.7Ta-2Zr-O(at%)的再结晶特性。结果表明:经90%冷变形的合金的再结晶温度应高于750℃,在800℃和820℃则发生明显再结晶,合金在这两个温度下的动力学方程Avrami指数约为2;估算得到Ti-23Nb-0.7Ta-2Zr-O合金的再结晶激活能为176.3kJ/mol。在800℃和820℃等温退火过程中该合金迅速软化,而在进一步再结晶过程中硬度基本保持不变。     

提高灰铸铁弹性模量的研究

研究了Si/C比、w(C)量、加Sn微合金化、炉料配比、孕育处理等因素对灰铸铁弹性模量的影响规律,结果显示:(1)在相同的CE条件下,提高Si/C比,弹性模量提高,合适的Si/C比为0.55～0.60;(2)在相同的w(Si)量条件下,降低w(C)量,弹性模量提高;(3)在相同的w(C)、w(Si)量条件下,使用Sn进行微合金化,弹性模量提高,Sn的加入范围为0.04％～0.06％;(4)在相同的w(C)、w(Si)量条件下,采用合成铸铁的配料,能增加初析奥氏体枝晶含量,提高弹性模量;(5)其它条件相同时,优化孕育量和孕育工艺,改善石墨形态、细化共晶团,也可以提高弹性模量.     

利用硬度计进行弹性模量测试的研究

弹性模量是材料性能的一项重要参数。采用Oliver-Pharr方法计算弹性模量容易受接触深度及初始卸载斜率的影响,尤其是材料呈现堆积状态时。采用量纲分析及有限元仿真,建立材料的弹性模量与压痕参数的解析表达式。数值反演和试验结果表明:提出的方法能获得较高精度的弹性模量,实现了弹性模量的高效测量,降低了试验成本。