脉冲激光沉积法制备的PZT铁电薄膜的残余应力

根据压电本构方程和细观力学统计平均法，采用X射线衍射（XRD）测量Pb（Zr0.52Ti0.48）O5（PZT）铁电薄膜的残余应力。考虑激光沉积生长过程中，薄膜相变应力、热应力和本征应力对自由能的贡献，分析薄膜晶胞在晶体坐标系上的应力应变状态。由坐标转换将晶胞残余应力从晶体坐标系转换到样品坐标系得到任意取向晶粒的残余应力，通过取向平均得到薄膜样品坐标系上的残余应力。用脉冲激光沉积法（PLD）制备了不同厚度的PZT薄膜。利用X射线衍射分别采用细观力学统计平均法和传统sin^2φ法测量了PZT薄膜的残余应力。结果表明，两种结果在数值上是比较接近的（绝对差范围0．3～16．6MPa），残余压应力随着膜厚的增加从96MPa左右减少到45MPa左右。最后讨论了细观力学统计平均法的优缺点。     

脉冲激光沉积技术沉积温度对PZT/LSAT薄膜生长取向的影响

采用固相法分别制备了标准摩尔配比和铅过垦10%的两种靶材.并利用脉冲激光沉积技术(PLD)在镧锶铝钽(LaSrAlTaO3,LSAT)单晶衬底上成功制备了锆钛酸铅(Pb(Zr0.3Ti0.7)O3,PZT)铁电薄膜,在550～750℃沉积温度范围内研究了PZT薄膜的生长取向和铅含最对薄膜生长取向的影响.利用X射线衍射(XRD)仪和原子力显微镜(AFM)表征了薄膜生长取向和表面形貌.XRD测量表明在标准摩尔配比情况下薄膜牛长从550 C近似c轴取向逐渐过渡到750℃近似a轴取向,而在铅过量情况下薄膜生长取向无明显过渡性变化;AFM测量表明PZT薄膜在近似C轴和a轴生长情况下,表面均方根(RMS)粗糙度分别为16.9 nm和13.7 nm,而在混合生长无择优取向的情况下,薄膜表面均方根粗糙度达到68 nm,这可能是两种取向竞争生长的结果.     

热处理对脉冲激光沉积羟基磷灰石薄膜组织和性能的影响

利用脉冲激光沉积技术在Ti6Al4V(TC4)合金表面制备了羟基磷灰石(HA)薄膜,研究了退火温度对薄膜组织和性能的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)和傅里叶红外光谱(FTIR)等分析手段对热处理前后薄膜的表面形貌、成分和组织结构进行了分析;采用轮廓仪、接触角测量仪分别对热处理前后薄膜的表面粗糙度和润湿性进行了测量。实验结果表明,利用脉冲激光沉积技术制备的HA薄膜致密、无缺陷,主要由非晶相组成。热处理后的薄膜结晶度提高、表面粗糙度增大,Ca/P比更接近于HA,具有更好的表面亲水性。但是过高的热处理温度(700℃)会导致薄膜中微裂纹的出现。     

激光能量对沉积纳米Si薄膜晶粒尺寸的影响

为了制备纳米硅薄膜,采用脉冲激光沉积系统,保持靶材和衬底间距不变,在不同激光能量条件下,得到一系列纳米Si薄膜。利用喇曼散射光谱和X射线衍射谱对晶粒尺寸进行了计算和分析,取得了几组数据。结果表明,改变脉冲激光能量时,纳米Si晶粒平均尺寸均随能量的增强先增大后减小;在单脉冲能量为300mJ时制备的纳米Si晶粒平均尺寸最大,为8.58nm。这一结果对纳米硅薄膜制备的研究有积极意义。     

脉冲激光沉积法生长Zn1-xMgxO薄膜

采用脉冲激光沉积法,生长出没有组分偏析,晶体质量好的Zn1-xMgxO薄膜(x=0.2).研究了衬底温度对Zn0.8Mg0.2O薄膜晶体质量、晶粒度大小的影响,发现最佳衬底温度为650℃左右.对Zn0.8Mg0.2O薄膜进行了光致发光分析,发现相对ZnO晶体有0.4eV的蓝移.     

脉冲激光沉积法生长Zn1-xMgxO薄膜

采用脉冲激光沉积法,生长出没有组分偏析,晶体质量好的Zn1-xMgxO薄膜(x=0.2).研究了衬底温度对Zn0.8Mg0.2O薄膜晶体质量、晶粒度大小的影响,发现最佳衬底温度为650℃左右.对Zn0.8Mg0.2O薄膜进行了光致发光分析,发现相对ZnO晶体有0.4eV的蓝移.     

氮化时间对脉冲激光沉积AlN薄膜性能的影响

应用脉冲激光沉积(PLD)技术在氮化处理后的蓝宝石衬底上外延生长AlN薄膜。研究了氮化处理时间对AlN薄膜结构性能和表面形貌的影响,利用原位反射式高能电子衍射(RHEED)对生长过程进行实时观测,利用高分辨X射线衍射仪(HRXRD)和扫描电子显微镜(SEM)对AlN薄膜的结构性能以及表面形貌等进行表征和分析。结果表明,随着氮化时间的增加,AlN形核种子数量增加并逐渐有序,促进AlN薄膜由多晶转为单晶并提高其晶体质量,有利于AlN薄膜由三维生长转为二维生长,改善AlN薄膜表面形貌。为采用PLD技术制备高质量AlN基器件提供了一种新思路。     

WC-Co硬质合金的激光热处理

应用ＯＭ，ＳＥＭ和Ｘ射线衍射分析研究了ＷＣ－１８％Ｃｏ硬质合金激光热处理后的组织与硬度性能。指出硬质合金经激光熔融处理后分粘结相β熔化区、ＷＣ溶解析出区和基体三部分。前两区的组织变化导致显微硬度值有相当大的提高，最高可达ＨＶ１５４４，比原来提高３４～３７％。Ｘ射线衍射分析表明，面心立方Ｃｏ的含量在激光处理后将发生改变，并会出现密排六方Ｃｏ，其相应数量与激光工艺参数有关。     

激光冲击强化区的残余应力测试分析

用高重复率钕玻璃激光器,对QT700-2进行了激光冲击强化处理,利用X-350A残余应力测试仪对QT700-2激光冲击强化区残余应力进行了测试,结果显示经激光冲击处理后试件表面具有较高的残余压应力,可达-200Mpa以上;分析了表面残余应力及沿层深方向残余应力的分布情况。对激光冲击强化处理技术的实际工程应用具有指导性意义。     

镍-磷-纳米氧化铝化学镀层的激光热处理及其摩擦磨损性能

用化学镀技术在中碳钢基片上制备镍-磷-纳米氧化铝复合镀层,并用CO2激光在多种扫描速度及功率密度下对镀层进行热处理.采用能谱(EDS),扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射(XRD)、划痕实验和球盘式摩擦磨损实验对镀层的成分、结构形貌、结合力和摩擦学性能等进行表征,并考察工艺参数对镀层结构和耐磨性能的影响.结果表明,激光热处理后镀层由非晶态变为晶态,析出Ni和Ni3P相,而Al2O3仍呈非晶态;镀层硬度因相变硬化而显著提高,表面粗糙度增加和相结构的改变导致摩擦系数上升,镀层结合力小幅度下降,其主要磨损机制为磨粒磨损.在扫描速度1.5~3.0 m/min,激光功率密度5.0~8.3 kW/cm2范围内,镀层硬度高、耐磨性能优异,最低磨损率为1.21×10-5mm3/(N·m).     

超声辅助钛合金激光沉积成形试验研究

借鉴超声振动在铸造、焊接、熔覆等领域中的作用,将超声振动引入钛合金激光沉积成形系统中,利用超声作用细化晶粒,均匀组织成分,减小试件的残余应力,从而解决成形件变形开裂的难题。针对成形系统的结构特点,搭建了超声振动系统,进行了超声振动辅助钛合金沉积成形试验。通过观察沉积试件的微观组织和对试件残余应力的测试,发现超声振动使试件熔覆层中的晶粒得到细化,使功能梯度材料试件中的TiC硬质相弥散均匀;并且能够减小试件的残余应力。测试结果表明超声空化或机械效应可以打碎由初生枝晶交错连接形成的固态结晶网,从而细化了晶粒,同时使继续结晶时熔体得到补充,减小了枝晶间产生的拉应力;另外超声波在熔池中的搅拌声流将使硬质相运动到熔池各处,使之分布更为均匀,在一定程度上减少了相与相之间凝固收缩应力的不同而产生的凝固应力。     

递进式脉冲激光沉积CN_x薄膜的组织结构与摩擦学特性

采用脉冲激光沉积法(PLD)在不同激光通量下烧蚀CNx靶,在单晶硅基底上沉积CNx薄膜。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线光电子谱仪(XPS)等对薄膜的形貌、化学成分和微观结构进行了表征。采用球-盘式磨损试验机在大气(相对湿度48%～54%)环境下测试了薄膜的摩擦学特性。结果表明,递进式PLD技术可显著提高CNx薄膜的含氮量。当激光通量从5.0J/cm2提高至10.0J/cm2时,薄膜含氮原子数分数由23.8%上升至29.9%,膜中N-sp2 C键的含量上升,N-sp3 C键和sp3 C-C键的含量下降,薄膜的磨损率从2.1×10-15 m3/(N.m)上升至9.0×10-15 m3/(N.m)。摩擦系数为0.15～0.23,激光通量5.0J/cm2沉积的薄膜有最佳摩擦学性能。     

激光冲击参数对2024铝合金冲击区域的主应力及其方向的影响

为了研究不同功率密度对激光冲击诱导的残余主应力及其方向的影响,采用5种不同功率密度对2024铝合金进行冲击,用X射线应力分析仪测量3个方向的残余应力,计算出残余主应力及其方向。结果表明,激光功率密度对冲击区域的残余主应力幅值、主应力方向角的分散程度、应力强度及最大切应力有影响;对于2024铝合金,功率密度为2.8 GW/cm2时,残余最大主应力的方差为1987,主应力方向角的方差为13905,残余应力分布均匀,主应力方向角分散,但残余最大主应力的均值为-158 MPa;功率密度为2.1 GW/cm2时,残余最大主应力的均值为-239 MPa,冲击区域的残余应力值最大,但残余最大主应力的方差为5471,残余应力分布均匀性差。     

激光快速成形TA15钛合金热处理组织及其力学性能

采用激光快速成形方法制备了TA15(Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V)钛合金厚壁件,研究了不同退火温度对激光快速成形TA15钛合金组织和室温拉伸力学性能的影响。结果表明,随着退火温度的升高,粗大β晶内的初生α相板条体积分数减少,而β转变组织体积分数增加,且β转变组织形貌由板条状(β)→层片状(α+β)→细层片状(α+β)转变。力学测试结果表明,经940 ℃/1 h,空冷热处理后,激光快速成形TA15钛合金室温拉伸力学性能达到最优;而当退火温度大于等于970 ℃时,其室温拉伸力学性能大幅度降低,拉伸断口扫描电镜(SEM)照片表明,室温拉伸断裂为脆性断裂。     

激光喷丸强化ZK60变形镁合金的疲劳性能研究

为研究激光喷丸对高强度变形镁合金ZK60疲劳性能的影响机理,使之适应交变应力结构件的工作需要,进行了激光喷丸强化表面改性和拉伸疲劳性能实验。实验结果表明,在激光喷丸强化区域获得有益的残余压应力,产生硬化效应,表面塑性变形的微小区域,变形轮廓曲线波动范围较基体小,增加喷丸次数可增强激光喷丸的强化效应。经3次激光喷丸后,中心孔疲劳试样的平均疲劳寿命由未喷丸试样的78023次提高到125641次,寿命增益达61%。从断口来看,激光喷丸强化主要是改变了裂纹源萌生位置,延缓了裂纹扩展速率,对瞬断区无明显影响。激光喷丸强化为镁合金的抗疲劳制造提供了新的途径。     

脉冲激光淀积MgF2薄膜的制备及性质研究

本文采用脉冲激光淀积方法(PLD)制备了MgF2光学薄膜，并对其表面形貌以及光学性质进行了测试分析，X射线光电子能谱分析显示MgF2样品具有很好的化学组分配比，F／Mg原子比在1．9～2．1之间，接近于体材料；在可见光波段其光学透过率为60％～80％，在红外波段更是达到了90％以上，由KK变换计算MgF2的折射率大约为1．39，也接近于体材料的折射率1.38。     

激光熔覆制备CrNiAlCoMoBx系高熵合金涂层的组织与性能研究

为了拓展激光熔覆制备高熵合金涂层在材料表面改性中的应用, 本文利用激光熔覆的方法在45#钢基体上制备了成形质量良好的CrNiAlCoMoBx系高熵合金涂层, 并研究了激光熔覆工艺参数和B含量对涂层成形质量、微观组织结构和硬度的影响。结果表明: 在优化的工艺参数下, 可以得到表面形貌良好的CrNiAlCoMoBx系高熵合金涂层, 涂层与基体呈良好的冶金结合, 涂层由枝晶和网状共晶组织组成, 均匀致密, 最高硬度达到950 HV0.2, 平均硬度可达700 HV0.2, 是基体45#钢硬度的3倍。随着B含量的增加, 裂纹减少, 硬度有所降低, 但始终在600 HV0.2以上; 涂层的干摩擦磨损性能优于H13钢; 在3.5%NaCl电解液中耐腐蚀性良好, 与304不锈钢相当。