薄膜/基体结构的纳米压痕实验及其有限元分析

利用纳米压痕实验测定了氮化钛薄膜/高速钢基体中薄膜的弹性模量和硬度,并得到了纳米压痕过程的载荷—位移曲线;根据实验所得材料参数建立了纳米压痕实验的DEFORM计算模型,利用该有限元模型分析了不同薄膜厚度的膜/基结合处的切应力分布,研究了膜/基分离的可能性大小及分离位置与薄膜厚度的关系。     

应用纳米压痕法测试类金刚石薄膜的力学性能

纳米压痕仪被称为材料机械性质微探针,它借助于加载-卸载过程中压痕对载荷和压入深度的敏感关系,使得测试始终在薄膜材料的弹性限度内,克服了维氏法和努氏法等传统方法引起压痕边缘模糊或者碎裂的缺点,从而正确地、可靠地测试出薄膜材料的硬度和弹性模量等纳米力学性能.试验用微波电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积技术,在不同偏压条件下制备三种类金刚石薄膜(DLC膜),用纳米压痕仪测试不同载荷下薄膜的硬度和弹性模量值.试验结果表明,材料的纳米硬度和弹性模量随着载荷的增大而逐渐减小.     

AFM的纳米硬度测试与分析

基于原子力显微镜(AFM)和金刚石针尖建立了一套纳米压痕测量系统。通过向系统发送控制电压使金刚石针尖在完成加载和卸载全过程的同时进行实时的数据采集并直接绘出载荷-压深曲线。利用该系统,对单晶铝和单晶铜薄膜材料进行了单点压痕实验,用美国Hysitron公司的纳米原位测量仪(TriboIndenter)做了验证试验。实验结果表明,该系统适合测量较软材料的纳米硬度。分析了基体材料对薄膜硬度和弹性模量的影响,在薄膜厚度低于5~10倍压入深度时,基体对薄膜材料的力学性能影响很大;并根据获得的载荷－压深曲线分析得出由于尺度效应的影响,随着压痕深度的减小,薄膜的硬度值呈明显的上升趋势,弹性模量没有这个趋势。     

氮化硅表面DLC膜压痕过程的分子动力学模拟

对β Si 3 N4基体表面DLC薄膜压痕过程进行分子动力学模拟.压入过程模拟采用刚性球形压头与Tersoff势函数,考虑薄膜密度、膜厚、压入深度和基体属性对压痕过程的影响.模拟结果显示:薄膜抗压变形能力随着薄膜密度增加而变强,随着薄膜厚度增加而变弱;随压入深度增加,接触区内原子平均势能增加并转化为动能,导致温度升高, DLC膜中sp3键比例和配位数为5原子数增加,薄膜硬度增加.β Si 3 N4基体属性对薄膜压痕特性产生影响,高硬度基体表面D L C膜的抗压变形能力更强,但随薄膜厚度增加其影响逐渐减弱.     

W-C-S-Mo复合薄膜的制备及力学和摩擦学性能

利用磁控溅射与磁过滤阴极真空电弧（MS/FCVA）复合沉积法，在不同偏压下在单晶Si基体上制备W-C-S-Mo四元复合薄膜；分析沉积偏压对薄膜纳米硬度、弹性模量和膜基结合力等力学性能的影响；在潮湿大气、真空环境下研究偏压对薄膜摩擦学性能的影响。结果表明，薄膜硬度、弹性模量和附着力随着沉积负偏压的增大呈现先增大后减小的趋势，在偏压-100 V时薄膜力学性能最好；负偏压-100 V下制备的W-C-S-Mo四元复合薄膜样品在潮湿大气和真空环境下均具有较好的摩擦学性能，拉曼测试发现，W-C-S-Mo复合薄膜在潮湿大气环境中的润滑作用主要由DLC提供，而在真空环境中薄膜中的软质相MoS2晶粒起润滑作用。     

阳极氧化法制备TiO_2薄膜的力学性能与摩擦磨损性能

在不同的电解液体系中,利用阳极氧化法在TC4钛合金基体上制备了不同形貌的TiO2薄膜,分析了电解液体系及电压对薄膜形貌的影响;测试了薄膜的显微硬度、弹性模量和摩擦磨损性能。结果表明:TiO2薄膜的形貌与电压、电解液密切相关,电压过小或过大时薄膜形貌呈非纳米管结构,在HF溶液及含F-的无机电解液中,电压在10~20V时,薄膜形貌呈有序的纳米管状;在含F-的有机电解液中,当电压为40V时,薄膜呈纳米弹簧结构;非纳米管结构薄膜的显微硬度大,弹性模量高,耐磨性不佳;纳米管的管径与壁厚的比值越小,薄膜的力学性能和耐磨性越好;纳米弹簧状薄膜的显微硬度和弹性模量皆较小,摩擦因数高,磨损量大。     

纳米结构碳基薄膜的制备及性能研究

利用单极脉冲等离子体增强化学气相沉积技术在单晶硅衬底上沉积含氢碳薄膜,用高分辨透射电子显微镜和激光拉曼光谱仪研究薄膜的微观结构,用X射线光电子能谱分析薄膜的化学键状态,并用纳米压痕仪测定薄膜的硬度和弹性模量,在CSM往复式摩擦磨损试验机上考察薄膜的摩擦学性能。结果表明:在单极脉冲等离子体增强化学气相沉积系统上成功制备出在非晶基体上镶嵌弯曲类富勒烯纳米结构的含氢碳薄膜,其独特的类富勒烯纳米结构赋予薄膜良好的力学性能,其弹性恢复系数和硬度分别高达86%和26.37 GPa;与非晶结构薄膜相比,制备的纳米结构含氢碳薄膜在室温环境下摩擦学性能更为优异,在机械摩擦表面具有广阔的应用前景。     

基于纳米压痕试验的TiN镀膜有限元分析

基于纳米压痕试验,利用Oliver和Pharr法求解氮化钛(TiN)镀膜的弹性模量和刚度,采用DEFORM有限元分析软件,通过量纲分析及曲线拟合法确定了TiN镀膜的屈服强度;针对不同膜厚,取镀膜上7个特征点进行力学性能有限元分析,通过膜基分离试验进行了验证。结果表明:压头压入点P0所受应力最大,其值为4 230 MPa,膜基结合处Ps点出现应力集中,所受切应力最大,其值随膜厚增大(1~2.5μm)而由3 150 MPa降低至2 260 MPa,该位置为镀膜最易剥落处;膜基分离试验证实镀膜分离区就在Ps点附近;随着镀膜厚度增加,基底对镀膜的影响程度逐渐减小。     

中阶梯衍射光栅厚铝膜硬度研究

铝薄膜硬度对机械刻制中阶梯母光栅质量影响显著,常采用纳米压入方法进行硬度测试。由于薄膜"三明治"式复合结构,进一步增加薄膜硬度表征的困难。为探究光栅厚铝薄膜的硬度特性,对其做浅压深和大压深纳米压痕实验,基于Nix-Gao模型和压痕功法,进行实验数据拟合与分析。结果显示,衍射光栅铝膜的本征硬度为0.480 6 GPa,浅压深拟合得到的尺度效应特征长度为0.38μm,大压深拟合得到的尺度效应长度为2.22μm,此研究揭示出基底存在尺度效应,为中阶梯衍射光栅厚铝膜的硬度研究提供参考和指导。     

脉冲偏压对PECVD制备DLC薄膜的结构及性能的影响

在不锈钢基材表面利用等离子体增强化学气相沉积技术(PECVD)改变脉冲偏压制备不同结构类金刚石薄膜(DLC)。分别采用表面轮廓仪、扫描电镜、拉曼光谱及电子探针分析薄膜的表面粗糙度、断面形貌、薄膜结构及成分,采用纳米压痕仪及划痕仪测试薄膜的纳米硬度、弹性模量和膜基结合力,采用球盘摩擦试验机测试薄膜在大气环境中的摩擦学性能。结果表明:脉冲偏压显著影响PECVD制备的DLC薄膜的表面粗糙度、微观形貌、膜基结合力、纳米硬度及摩擦学性能;随偏压的增大,DLC薄膜的表面粗糙度,摩擦因数及磨损量都先减小后增大,而膜基结合力则先增大后减小。其中2.0 k V偏压制备的DLC薄膜具有最强的膜基结合力,而1.6 k V偏压制备的DLC薄膜具有最低的表面粗糙度、最高的硬度和最优的减摩耐磨性能。     

叶切面最大厚度数值计算与应用

以叶切面最大厚度的数值计算方法为基础,探讨叶切面最大厚度计算的计算机实现,介绍叶切面厚度数值计算法的应用实例.     

Natural frequencies of vibration of a class of solids composed of layers of isotropic materials

In a recent paper, the Ritz method with simple algebraic polynomials as trial functions was used to obtain an eigenvalue equation for the free vibration of a class of homogeneous solids with cavities. The method presented is here extended to the study of a class of non-homogeneous solids, in which each solid is composed of a number of isotropic layers with different material properties. The Cartesian coordinate system is used to describe the geometry of the solid which is modelled by means of a segment bounded by the yz, zx and xy orthogonal coordinate planes and by two curved surfaces which are defined by fairly general polynomial expressions in the coordinates x, y and z. The surface representing the interface between two material layers in the solid is also described by a polynomial expression in the coordinates x, y and z. In order to demonstrate the accuracy of the approach, natural frequencies are given for both a two- and three-layered spherical shell and for a homogeneous hollow cylinder, as computed using the present approach, and are compared with those obtained using an exact solution. Results are then given for a number of two- and three-layered cylinders and, to demonstrate the versatility of the approach, natural frequencies are given for a five-layered cantilevered beam with a central circular hole as well as for a number of composite solids of more general shape.     

活塞销孔加工工艺的改进

我公司于８０年代末引进Aspera公司年产８０万台冰箱（冷柜）压缩机生产线及软件技术，在压缩机加工中，活塞销孔（如图１所示）的加工是难点之一。用镗床加工，质量一直难以达到要求，废品率很高。后来我们将Aspera公司的加工工艺即精镗后滚光改为精镗后用金刚石铰刀粗、精铰孔，由此解决了这个技术难题。（１）原意大利Aspera公司工艺简述其工艺流程为：钻６．５通孔→扩孔至７＋０．１→粗镗７．４７３＋０．０３６、圆柱度０．０１→精镗至７．９３５＋０．００６、圆柱度０．００２→滚光７．９３８＋０．００６、圆柱度０…     

盘丝极心偏对三爪自定心卡盘找标精度影响的分析

三爪自定心卡盘作为机床的主要附件,已有一百多年的发展历史,尽管目前随着数控技术的不断发展,越来越多地需求高速动力卡盘,但三爪自定心卡盘目前仍有一定的市场。 要保证卡盘可靠地夹紧工件,必须使其有可靠的夹持精度;要保持卡盘的精度,必须要严格控制各零部件公差及误差,如盘丝的极心偏。 　　极心偏是形成圆的渐开线的基圆圆心 (极心 )与盘丝内孔中心不同心所造成的偏差值。它对卡盘精度的影响分两种情况,一是卡爪夹持弧采用配磨,二是卡爪夹持弧采用单磨。本文主要探讨配磨时的影响。 　　卡爪夹持弧采用配磨,即每台卡盘整体…     

双丝杠驱动机构同步分析

介绍了双丝杠驱动机构工作原理,论述了双丝杠运动产生不同步的原因以及如何判定与解决同步问题。     

圆柱面素线的直线度公差带解析

详细分析了圆柱面素线的直线度公差带在新旧标准中定义和解释的区别，并从对圆柱面素线实际要素检测的角度，提出了推行新标准的实际意义。     

膨胀套导向机构的设计

通过分析膨胀套在实际使用产生滑移受阻现象、卡死现象原因的实质,并在分析产生问题原因的基础上提出了改进措施即：增加导向机构。     

广州地铁APM列车制动机理分析

根据广州市珠江新城旅客自动运输系统(APM)列车的运行特点,介绍APM列车制动系统的制动方式及其特点,分析APM列车动态制动和摩擦制动的工作机理及其区别和联系,阐明APM列车制动系统的电控制过程和气控制过程,从而为APM列车制动系统的维护和管理提供一定的依据.     

磨粉机快辊轴承座加工工艺设计

设计了磨粉机快辊轴承座的加工工艺和具体的工装夹具.利用卧式加工中心加工磨粉机快辊轴承座,辅以能够高效快速夹紧的夹具,既可以保证加工精度,又能够提高加工效率.     

Development of sclerometric method of studying activation of parameters of damage and fracture of friction deformable surfaces

The article presents a brief review of the wear models based on the kinetic thermofluctuation approach. The materials were developed using SamGTU sclerometric programming software and a set of instruments developed at Samara Engineering University for assessing the parameters of kinetic thermoactivation for surface fracture deformed by friction. The first obtained results of assessments and the estimated prediction of wear resistance exemplified by tribocouple of the aircraft chassis are presented.