物理气相沉积中等离子体参数表征的研究进展

物理气相沉积作为制备表面防护薄膜的重要方法,一直是表面薄膜领域研究重点,而物理气相沉积中等离子体作为直接影响薄膜性能的关键因素,其参数的表征对优化沉积工艺和提高薄膜性能具有重要指导意义.概述了常用物理气相沉积方法及其发展,包括电弧离子镀、磁控溅射和电弧磁控复合技术的原理及发展历程.归纳了目前生产中常用的等离子体参数表征方法——Langmuir探针法、汤姆逊散射法、微波干涉法和发射光谱法,阐明了这些表征方法诊断等离子体参数的原理,分析了不同表征方法的优缺点和存在的主要问题,并对常用物理气相沉积中等离子体参数表征相关研究的发展和现状作了综合论述和总结,分别整理了电弧离子镀和磁控溅射中等离子体参数诊断的发展历程和近期研究.两种物理气相沉积方法最常用的等离子体参数表征方法都是Langmuir探针法和发射光谱法,早期的研究侧重于探索等离子体瞬态参数和薄膜结构性能的关系.随着现代技术的进步,早期诊断方法不断与新技术融合,研究方向也逐渐偏向于研究等离子体参数的时间变化和优化薄膜工艺、性能评价方法.最后分析了当前物理气相沉积中等离子体参数表征存在的问题和不足,展望了等离子体参数未来的研究趋势.     

某微型涡喷斜流压气机设计及性能分析

斜流压气机具有单级高压比、大流量和高效率的优点.基于此设计一台用于微型涡喷发动机的转速为40000 r/min、压比为3.5、设计流量为3.2 kg/s的单级斜流压气机.为研究该压气机的流动机制与稳定工作范围,分别分析90％、100％和110％转速下的工况,着重分析了100％转速下的近失速点、近堵塞点以及非设计转速下最高效率点的流场.结果表明:设计点仿真压比为3.662、流量为3.324 kg/s、等熵效率为87.61％,与设计指标相符合,说明该斜流压气机的设计可靠;导致压气机失稳的主要因素是叶片压力面、吸力面的激波损失,以及吸力面尾缘处的低能流体.     

不同转速下某跨音速轴流压气机的性能分析

为了研究某跨音速压气机的流动机理与稳定工作的范围,采用三维雷诺平均Navier-Stokes方程组和Spalart-Allmaras湍流模型进行了定常数值模拟。分别计算了90%、100%和110%设计转速下的全工况,同时着重分析了100%设计转速下的近堵塞点与近失速点和其他转速下的最高效率点。结果表明:设计工况点的等熵效率85.35%、压比1.387、流量4.861 kg/s,与设计指标相比,等熵效率和流量偏差2%以内以及压比偏差5%左右均在允许范围内,说明该计算方法验证压气机的内部流动特性是可靠的;叶片吸力面的低能流体在叶片尾缘汇合形成尾迹、激波造成叶片边界层分离和激波与叶顶间隙的泄露流相互作用形成的二次流是引发流动失稳的主要因素;随着转速的提高,进口马赫数增加,压气机在90%、100%和110%设计转速下最高效率点的等熵效率分别为88.57%、86.76%和82.66%。     

微型涡喷发动机离心压气机加进口导叶的仿真研究

为了扩大离心压气机的稳定工作范围,针对一款微型涡喷发动机压气机的离心叶轮,通过数值模拟的方式,研究不同开合角度的进口导向叶片对离心叶轮的性能影响。通过对比不同角度下内部的流动状况,进口导向叶片的角度对叶轮性能有显著影响。与原设计相比,在20°导叶的情况下,内部流动状况得到了改善,喘振裕度和最高效率都有提升。证明通过调节进口导向叶片角度来扩大压气机稳定工作范围是可行的。     

调制比对Cr/CrN/Cr/CrAlN多层膜结构及性能的影响

目的 探究Cr/CrN/Cr/CrAlN多层膜的最佳调制比.方法 利用电弧离子镀技术,在TC4钛合金上制备了不同调制比的Cr/CrN/Cr/CrAlN多层膜.利用扫描电子显微镜观察膜层表面和截面形貌;用Image-Pro分析软件对表面的大颗粒进行定量分析;利用X射线衍射法表征膜层的晶体结构;采用维氏硬度计测量膜层的显微硬度;采用划痕试验仪测量膜层与基体之间的结合力(临界载荷);通过基片弯曲法测量并计算得到膜层的残余应力;利用根据ASTM G76-05标准特制的AS600-喷砂试验机进行了抗冲蚀性能测试;采用三维表面轮廓仪测量冲蚀坑深度.结果 膜层表面质量和生长取向与LCr/CrN:LCr/CrAlN调制比密切相关,随着Cr/CrN比例的增加,膜层表面质量越来越好,择优取向由(111)晶面转为(200)晶面.多层膜的硬度随Cr/CrN比例的增加,呈下降趋势,结合力、残余应力和韧性则随之呈先升后降的趋势,并在LCr/CrN:LCr/CrAlN为1:2时,达到最佳.多层膜的抗砂粒冲蚀性能变化与力学性能变化一致,在LCr/CrN:LCr/CrAlN为1:2时达到最佳,其抗冲蚀能力是TC4基材的3倍以上,多层膜呈典型的脆性断裂失效形式.结论 在调制比LCr/CrN:LCr/CrAlN=1:2时,膜层获得最佳的抗冲蚀性能.     

物理气相沉积制备高熵氮化物涂层的进展

从体系和沉积方法入手，分析了强氮化金属元素体系、弱氮化金属元素体系及含非金属元素体系在结构上的特性和共性给高熵氮化物涂层性能带来的影响，阐述磁控溅射和电弧离子镀膜技术沉积涂层的表面形貌、微观结构及性能方面的差异性，并分别总结这些制备技术的优缺点。最后对高熵氮化物涂层体系在结构成分设计和沉积方法两方面未来的研究方向进行了展望。