氧化参数对锆合金表面原位薄膜性能的影响规律

通过高温氧化工艺原位形成氧化锆膜技术是提高生物医学植入用锆合金材料使用性能的有效手段。采用扫描电子显电镜(SEM)、表面硬度测试、X射线衍射(XRD)及球盘式摩擦试验等方法研究了氧化温度及保温时间对氧化锆膜性能的影响规律。结果表明:氧化温度与保温时间增加,均会使氧化薄膜厚度增加,其中氧化温度对氧化薄膜厚度影响更大;氧化薄膜中t-ZrO_2体积分数是影响氧化薄膜表面硬度的重要因素,当氧化温度为500℃时,随着保温时间增加,氧化薄膜t-ZrO_2体积分数相应增加,其表面硬度增大;而当氧化温度为550℃时,氧化薄膜的t-ZrO_2体积分数和表面硬度均先增加后降低;获得氧化薄膜厚度、硬度与摩擦性能综合性能最优的参数为氧化温度550℃,保温时间6 h。     

靶通道选择器研究与优化设计

针对目前对多靶磁控溅射设备功率切换的高要求,设计了一套可以有效抗电磁干扰的靶通道选择器。该新型靶通道选用钨触点高压陶瓷继电器实现通道的切换,通过I/O信号控制通道的切换,规避串口通讯抗电磁干扰能力弱的问题,并成功应用于磁控溅射镀膜机上,经过用户的长期使用,证明了该设备的稳定性和可靠性,这一突破实现了靶通道选择器的自主可控。     

电参数对CrN薄膜在去离子水环境下摩擦磨损性能的影响

采用多弧离子镀方法，在不同偏压和靶电流下在GH05合金试样表面制备系列CrN薄膜，利用扫描电子电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、多功能材料表面试验仪对薄膜的微观组织结构和力学性能进行测试分析。利用盐雾磨损试验机的球-盘摩擦方式研究各CrN薄膜在去离子水环境下与Si3N4球对磨的摩擦学性能。结果表明：随着偏压增大，CrN薄膜表面微颗粒大小逐渐减小，硬度增大，结合力先增大后减小，随着靶电流增大，CrN薄膜表面凹坑逐渐减小，硬度减小，结合力先增大后减小；随着偏压增大，CrN薄膜的平均摩擦因数先增大后减小，磨损体积先减小后增大，随着靶电流增大，CrN薄膜的平均摩擦因数先减小后增大，磨损体积先减小后增大，当偏压为-80 V，靶电流为100 A时制备的CrN薄膜在去离子水环境下具有最佳的摩擦学性能；CrN薄膜在去离子水环境下的磨痕形貌主要呈现磨粒磨损的沟槽形貌，同时表现出抛光效果。     

条形离子源栅网设计及优化

为克服传统圆形离子源刻蚀基片数量较少、产能较低的劣势,提高离子源栅网的精度、稳定性及使用寿命,设计出一种用于离子束刻蚀的条形离子源栅网。采用ANSYS18.2对栅网进行热应力仿真模拟分析,为进一步增强离子源栅网性能,通过加工前后的真空退火处理,达到改善栅网使用性能、提高稳定性和延长使用寿命的效果。将两种栅网装载至M431-9/UM型离子束刻蚀设备进行实验验证,结果表明相比条形腰孔曲面型栅网,条形圆孔平面型栅网在热应力下形变量更小,更符合离子源对精度、稳定性及使用寿命的要求。     

一种海洋环境摩擦磨损试验机的研制

为了评定海洋环境下,滑动、滚动和滑滚复合运动等不同配副模式的材料表面的摩擦磨损性能,设计并搭建了一台海洋环境摩擦磨损试验机。试验机包括机械结构和测控系统两部分:机械结构主要包括主轴及驱动系统、闭环控制弹簧式施力系统和摩擦副与加热升温系统;测控系统主要包括传感器模块、单片机数据采集控制系统和计算机等单元。试验表明,试验机可实现滑动、滚动和滑滚结合的配副方式以及载荷、温度、转速、环境等条件的耦合,并可实时测量和存储载荷、温度、摩擦力等数据,且通过表格或图形的形式显示;试验机的离散度5%,重现性好,其测控系统也稳定精确。     

用于离子束刻蚀设备的冷却系统

为解决因离子束刻蚀基片的温度效应,采用冷却液和氦气冷却相结合的冷却方式,对离子束刻蚀的基片进行冷却,解决了一般冷却液冷却不充分导致基片升温过高的问题,且根据该冷却系统原理设计出工件台和控温系统,装载至M431-12/UM型离子束刻蚀设备上。通过试验验证,结果证明无论是八英寸硅片还是铝制基片盘,在冷却液和氦气冷却相结合的冷却方式下,冷却效果良好,表面温度均未超过50℃,而铝制基片盘表面温度仅为38℃;同时,若将冷却液换成换热类液体,可实现工件台温度控制,其可用于离子束沉积系统等薄膜生长设备的基片温度控制。