基于功率谱分析的表面涂层厚度超声无损测量方法

针对厚度小于1mm的薄膜或涂层材料,研究了一种超声测厚信号处理方法。当超声波在两层或多层介质中传播时,不同界面的回波信号会相互叠加并发生干涉。当超声波在厚度L、声速v、声阻抗Z2的介质(介于声阻抗分别为Z1和Z3的两介质之间)中传播,由于界面回波的叠加与干涉,回波信号的功率谱在频率为f0=v／4L的奇数或偶数倍处出现周期性极值点。因此,当声速v已知,待测试样的厚度三可由关系式L=v／2△f来求得。其中,△f是相邻两极值的频率间隔。根据该原理,采用水浸聚焦脉冲回波超声检测方法,对镍基高温合金基体上的ZrO2热喷涂涂层(270～400μm)进行了厚度测试,试验结果与金相法测试结果相符。     

离子轰击对致密T区结构Cr薄膜残余应力的影响

对于能量沉积技术,离子轰击是独立于晶粒尺寸之外影响残余应力的重要因素,沉积束流能量和通量是决定残余应力演化的关键参数。本文分别采用高功率调制脉冲磁控溅射 (Modulated Pulsed Power magnetron sputtering, MPPMS) 和高功率深振荡磁控溅射 (Deep Oscillation magnetron sputtering, DOMS) 控制沉积Cr薄膜的束流能量和通量,在相近的平均功率下调节微脉冲参数对峰值电流和峰值电压进行控制,进而实现离子轰击对本征残余应力控制。MPPMS和DOMS沉积的Cr薄膜厚度分别控制在 0.1、0.2、0.5、1.0、1.5 和 3.0 μm,并对残余应力进行对比研究。所有沉积的Cr薄膜均呈现 Cr(110) 择优取向,且形成了晶粒尺寸相当的致密T区结构。较之MPPMS,DOMS沉积Cr薄膜更呈现残余压应力特征。当Cr薄膜小于0.5 μm时,DOMS沉积Cr薄膜的残余应力表现出较高的压应力;进一步增加膜厚,残余应力逐渐受残余拉应力控制。在薄膜生长过程中,离子轰击在薄膜生长初期对残余应力贡献不大,当薄膜生长较厚时,离子能量对薄膜残余应力影响明显。离子能量是影响残余压应力形成的重要因素,高能量离子轰击有利于残余压应力的形成和控制。     

高功率调制脉冲磁控溅射沉积NbN涂层特征工艺参数研究

目的 研究不施加基片温度和固定Ar/N2流量比为64/16的条件下,微脉冲占空比、充电电压特征工艺参数与负偏压对NbN涂层相组成、微结构和力学性能的影响。方法 采用高功率调制脉冲磁控溅射技术（MPPMS）,通过控制微脉冲占空比、充电电压和负偏压等特征工艺参数,沉积一系列具有不同相组成的NbN涂层,通过X射线衍射仪、纳米压痕仪和维氏硬度计,分别表征NbN涂层的相组成、结构、硬度和韧性,并通过扫描电子显微镜（SEM）对NbN生长形貌和压痕形貌进行观察分析。结果 改变微脉冲占空比和充电电压,所有NbN涂层均由δ-NbN和δ''-NbN组成,施加基片偏压后,NbN涂层主要由δ''-NbN组成。所有的NbN涂层均呈现致密柱状晶结构,且提高微脉冲占空比、充电电压和负偏压,制备的NbN涂层均更加致密。随微脉冲占空比升高,涂层硬度由25 GPa增至36 GPa,涂层的韧性逐渐增加。提高充电电压制备的NbN涂层,其表现出与控制微脉冲占空比制备的涂层相似的规律。施加负偏压后,涂层主要由δ''-NbN组成,涂层的硬度和韧性均下降。结论 两相结构和高致密性是使NbN涂层硬度和韧性同时增强的主要因素。     

高功率调制脉冲磁控溅射沉积TiAlSiN纳米复合涂层结构调控与性能研究

采用高功率调制脉冲磁控溅射Al/(Al+Ti)原子比(x)分别为0.25、0.5和0.67的TiAlSi合金靶, 溅射功率1~4 kW, 氮气分压25%, 工作气压0.3 Pa, 在Si(100)和AISI 304奥氏体不锈钢基片上沉积了TiAlSiN纳米复合涂层。TiAlSiN涂层中氮含量保持在52.0at%~56.7at%之间, 均形成了nc-TiAlN/a-Si₃N₄/AlN纳米晶/非晶复合结构。随着原子比x增加, 非晶含量增加, 涂层硬度先升高而后降低。当x=0.5时, 硬度最高可达28.7 GPa。溅射功率升高可提高溅射等离子体中金属离化程度, 促进涂层调幅分解的进行, 形成了界面清晰的非晶包裹纳米晶结构, 且晶粒尺寸基本保持不变。当x=0.67时, 溅射功率由1 kW上升到4 kW时, 硬度由16.4 GPa升至21.3 GPa。不同靶材成分和溅射功率条件下沉积的TiAlSiN涂层的磨损率为(0.13~6.25)×10^-5 mm³/(N·m), 具有优良的耐磨性能。当x=0.67, 溅射功率2 kW时, nc-TiAlN/a-Si₃N₄纳米复合涂层具有最优的耐磨性能。     

低温区间的Fe-N二元相图理论分析

采用亚点阵的化合物能模型计算低温区间Fe-N二元相图。计算结果表明,25～350℃低温区,分别存在着α-Fe(N)和γ＇-Fe4N,γ＇-Fe4N和ε-Fe₂N_1-x二相平衡。α-Fe(N),γ＇-Fe₄N,ε-Fe₂N_1-x均为热力学稳定相。依据Guillermet和Du的热力学性质参数计算的低温区间Fe-N二元相图与现有实验数据相符。     

基于氧化膜屈曲破坏的高温合金循环氧化动力学模型

高温合金循环氧化膜弯曲剥落行为等效为弹性基础梁失稳问 题,利用有限元特征值屈曲分析,提出高温合金循环氧化膜弯曲剥落理论,建立了高温合金 循环氧化动力学模型.Fe-Ni-Cr-Al合金高温循环氧化动力学计算结果与实验数据相符,证明 了氧化膜弯曲剥落模型的正确性.     

等离子体源增强磁控溅射沉积Al2O3薄膜研究

采用电子回旋共振微波等离子体源增强磁控溅射沉积氧化铝薄膜.X射线光电子谱和X射线衍射分析表明,在600℃沉积温度下,Si（100）基片上获得了亚稳的具有化学计量配比成分、面心立方结构的γ-Al₂O₃薄膜.薄膜的折射率为1.7,与稳定的α-Al₂O₃体材料相当.     

核主泵齿形联轴器内外齿渗氮表面斑点缺陷分析

核主泵齿形联轴器内外齿渗氮表面出现尺寸3～10 mm、颜色比正常区域略深且金属光泽暗淡的表面斑点缺陷,利用扫描电镜、电子探针、X射线衍射仪,以及维氏硬度计分别对斑点缺陷与正常区域进行了观察和检测,缺陷区域的化合物层厚度和氮浓度均显著降低,显微硬度由HV_(0.25N)6.15 GPa降低至HV_(0.25N)5.10 GPa,解释了渗氮表面斑点缺陷成因并提出了消除措施。     

高温氧化防护涂层寿命预测的基础理论问题

介绍了高温氧化的动力学理论和高温循环氧化膜剥落的统计规律；理论计算了高温氧化动力学常数k p，氧化膜裂纹密度指数m和氧化剥落常数q；讨论了高温循环氧化动力学模型与高温防护涂层寿命预测的关系.      

强流脉冲离子束辐照对316L不锈钢表面改性的实验研究

利用离子能量为300 keV、束流密度为200 A/cm2、脉冲宽度为75 ns的混合离子束(70%H 30%C )组成的强流脉冲离子束(HIPIB)对316L不锈钢进行了表面辐照处理,辐照次数分别为1,5,10次.采用SEM,XRD,TEM和EPMA分析辐照后试样表面形貌、表面层相组成和微观结构及元素分布的变化.结果表明,HIPIB辐照使试样表面光滑化,表面层晶粒细化、产生择优取向,杂质元素选择性烧蚀,电化学腐蚀性能明显提高.由于HIPIB辐照引起的大应力和冲击波的影响,辐照后在深度达100μm表层内显微硬度提高,表面摩擦系数降低,表面抗磨损性能显著改善.随着辐照次数的增加,316L疲劳极限和蠕变断裂寿命延长,稳态蠕变速率降低.