国家自然科学基金(51102283)
- 作品数：9 被引量：28H指数：3
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- 正偏压对ZrCuN薄膜的组织结构与性能的影响
- 2012年
- 采用磁控溅射技术在钛合金和单晶硅上沉积ZrCuN薄膜,考查了正负脉冲偏压对薄膜微观结构和硬度、韧性的影响。采用场发射扫描电镜观察截面形貌,X射线光电子能谱（XPS）分析元素结合状态,X射线衍射（XRD）分析物相结构。采用纳米压入仪进行加载、卸载试验,分析了薄膜弹塑性变形特性;采用压入法定量比较了薄膜的断裂韧性。结果表明：正偏压不影响薄膜结构,其效果在于提高沉积速率约20%,改变等离子体内电荷状态,从而改变了薄膜的成分。向ZrN中添加少量Cu,抑制了柱状晶,薄膜结构由T区向II区转变;ZrN薄膜中加入Cu后硬度并未降低,而韧性得到很大改善。Cu在薄膜中以2种形式存在：一是替换固溶到ZrN晶粒中;二是以单质Cu存在于晶界。
- 杜军朱晓莹唐修检
- 关键词：磁控溅射韧性
- 磁控溅射ZrAlN薄膜的硬度和断裂韧性
- 2014年
- 采用磁控溅射技术在钛合金和单晶Si上沉积原子分数x(Al)分别为5%、23%、47%、63%的ZrAlN薄膜,并考察了薄膜硬度和断裂韧性。采用场发射扫描电镜观察截面形貌,X射线衍射(X-Ray Diffraction,XRD)分析物相结构。采用纳米压入仪进行10 mN加载、卸载试验,分析了薄膜的弹塑性变形特性;采用压入法定量比较了薄膜的断裂韧性。试验发现:原子分数x(Al)分别为5%、23%、47%、63%的ZrAlN薄膜对应硬度分别为24.5、40.1、17.1、19.1 GPa;对应断裂韧性分别为1.47、3.17、1.13、1.58 MPa·m1/2;x(Al)=23%的薄膜保持了ZrN的金属键特性,韧性最好;而x(Al)=47%的薄膜表现强烈离子键特性,韧性最差。XRD表明:x(Al)分别为5%和23%时,Al原子固溶到ZrN晶粒中,保持ZrN立方结构;而x(Al)分别为47%和63%时,形成纤锌矿AlN第二相。
- 杜军郭蕾朱晓莹
- 关键词：磁控溅射韧性
- 钛合金表面耐冲蚀Zr(AlCu)N涂层的结构与性能被引量：3
- 2011年
- 为了提高钛合金TC6的耐冲蚀性能,采用磁控溅射技术在钛合金上沉积不同Zr(AlCu)N涂层,考察了涂层的硬度、韧性和耐冲蚀性能,采用场发射扫描电镜(FESEM),X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)分析其微观结构。结果发现:向ZrN涂层中加入20at%Cu后(Zr0.8Cu0.2N),显著提高了涂层的韧性,而硬度并未明显变化,冲蚀实验表现出塑性材料的冲蚀特征;加入23at%Al后(Zr0.77Al0.23N),涂层的硬度和韧性显著提高,表现出脆性材料的冲蚀特征;同时加入19at%Al和2at%Cu时,涂层硬度最高(41.7 GPa),韧性最好,耐冲蚀性能最好。结果表明,通过添加合金元素,可显著改善磁控溅射钛合金表面耐冲蚀防护涂层性能。
- 杜军张平朱晓莹蔡志海
- 关键词：磁控溅射韧性冲蚀
- 超声波辅助选择性电沉积技术研究进展被引量：12
- 2015年
- 选择性电沉积技术可用于机械零件局部表面功能性涂层的制备,还可用于局部损失部位的尺寸恢复,该技术具有沉积电流密度大、沉积速度快的特点,但同时存在沉积层残余应力大、易产生裂纹、质量不均匀等不足。将超声波引入选择性电沉积可减小沉积层的内应力,提高沉积层的硬度和耐腐蚀性能,实现机械零件局部高性能涂层的制备及小型精密件的快速成形。介绍了浸没式超声辅助选择性电沉积、超声辅助喷射电沉积以及工件振动式超声辅助喷射电沉积等超声波在选择性电沉积技术中的应用方式,重点介绍了超声波对镀层表面形貌、相结构、硬度、耐磨性、耐腐蚀性等的影响,探讨了超声空化、热效应和机械效应等超声波影响选择性电沉积的机理,并指出了超声波辅助选择性电沉积技术存在的问题及发展方向。
- 兰龙谭俊杜军王猛
- 关键词：超声波电沉积
- 磁控溅射沉积硬韧ZrAlN薄膜及薄膜力学性能被引量：1
- 2014年
- 目的获得具有高硬度、高韧性的ZrAlN薄膜。方法采用磁控溅射技术在钛合金和单晶Si上沉积不同Al含量的ZrAlN薄膜,对薄膜的微观组织和相结构进行表征,并测试薄膜的硬度(H)、弹性模量(E)和断裂韧性(KIC)。结果当Zr1-xAlxN薄膜x分别为0.05,0.23,0.47,0.63时,对应的硬度依次为24.5,40.1,17.1,19.1 GPa,断裂韧性依次为1.47,3.17,1.13,1.58 MPa·m-0.5。x为0.05和0.23时,Al固溶到ZrN晶粒中,形成NaCl型面心立方(FCC)结构;x为0.47和0.63时,则形成纤锌矿密排六方(HCP)AlN第二相。结论 ZrAlN薄膜的硬度和韧性与相组成密切相关。Al固溶时,ZrAlN的硬度较高,韧性较好;超过固溶极限,形成六方AlN时,ZrAlN硬度较低,韧性较差。相比之下,Zr0.77Al0.23N薄膜同时具备最高的硬度和最高的韧性。
- 杜军孟凡军臧艳郭蕾
- 关键词：磁控溅射韧性
- 划痕法结合强度临界载荷值的影响因素分析被引量：9
- 2015年
- 目的研究划痕法测试参数对临界失效载荷的影响,以便更准确地测定硬质薄膜的结合强度。方法采用磁控溅射技术在304不锈钢和Si片上制备氮化钛（Ti N）薄膜。采用扫描电镜观察薄膜的截面形貌和厚度,采用纳米压入法测试薄膜的硬度,采用划痕法测试薄膜的结合强度,研究不同划痕长度、划动速率和加载速率对临界载荷的影响。结果所制备Ti N薄膜致密,厚度约2μm,纳米压入硬度约2300HV,Ti N/304不锈钢体系为硬膜软基体。相同加载载荷（10 N）和划动行程（3 mm）条件下,增加划动速率（1~3 mm/min）,导致首次声发射信号延迟;相同加载载荷（10 N）和划动速率（3 mm/min）条件下,随着划动行程的增加（3~9 mm）,第三、四类失效模式逐渐减弱。结论采用划痕法测定结合强度时,应该以划痕形貌同时出现第一到第四模式时判断失效,并且对应典型声发射信号为参考;合理的测试参数范围,可重复出现临界载荷值。制备的Ti N薄膜声发射信号存在共同的临界特征值4.9 N,结合划痕形貌特征,判定其结合强度值为4.9 N。
- 杜军王红美王鑫
- 关键词：磁控溅射TI划痕法声发射失效模式
- 磁控溅射ZrAlCuN薄膜的微观组织与力学性能
- 2014年
- 采用磁控溅射技术制备不同原子比的ZrAlCuN薄膜。采用场发射扫描电镜（FESEM）观察截面形貌,高分辨透射电镜分析微观组织结构,纳米压入法测定薄膜的硬度,压入法（维氏压头）测定薄膜的韧性。结果表明：Zr0.36Al0.15Cu0.01N0.48薄膜截面呈纳米尺度柱状晶,沿沉积方向生长,仅存在[111]、[200]、[220]、[311]取向的5-10nm ZrN晶粒,未发现AlN及Cu独立相,硬度约41.7GPa（载荷10mN）,弹性模量约257.8GPa。Zr0.29Al0.24Cu0.08N0.39薄膜呈纳米尺度柱状晶,存在10-20nm ZrN纳米晶以及Cu[111]纳米晶,硬度约27GPa（载荷10mN）,弹性模量约225.8GPa。由于前者具备较高的硬度/弹性模量比,从而表现出较好的韧性。
- 杜军杨班权孟凡军
- 关键词：磁控溅射韧性
- Zr/C纳米自蔓延反应薄膜制备及表征被引量：1
- 2016年
- 目的研究物理气相沉积技术制备Zr/C纳米多层自蔓延反应薄膜的可行性,以及多层膜的结构和反应特征。方法利用扫描电镜法(SEM)、透射电镜法(TEM)、能谱分析法(EDS)、X射线衍射法(XRD)、差示扫描量热法(DSC)等手段,对薄膜的微观形貌、周期结构、成分组成、晶体结构及反应特征等进行表征,分析了薄膜的沉积时间、结构周期、层间结构、反应温度等工艺参数对多层膜结构和性能的影响。结果 Zr层的沉积速率为27 nm/min,C层的沉积速率为11.8 nm/min。薄膜中存在单质Zr(002)和Zr(101)峰,C以非晶形态存在。Zr/C多层膜的表面形貌呈"菜花状",Zr层与C层结构清晰,分布均匀。透射电镜观察Zr层与C层界面,发现两者之间存在一定厚度的界面反应层,表明沉积过程中两者之间发生了轻微扩散或是预先反应。DSC发现,600℃时Zr/C多层膜发生放热反应,但反应前后多层膜质量未发生明显变化。结论利用物理气相沉积技术可制备较纯的Zr/C纳米多层自蔓延反应薄膜,自蔓延反应时,Zr层与C层之间发生快速的剧烈放热反应,并有Zr C生成,无其他产物生成。
- 杜军杨吉哲王尧
- 关键词：磁控溅射自蔓延反应
- Zr基氮化物/金属Cu纳米多层膜的强韧化研究被引量：2
- 2011年
- 多层结构可以提高材料的强度、弹性模量和韧性。当尺寸减小到纳米量级时,性能将产生飞跃变化。首先探讨了多层结构提高强度、弹性模量和韧性等性能的基本原理,然后阐明了纳米尺度效应及理论,重点以过渡族金属氮化物ZrN纳米多层膜为例,研究了氮化物/金属(ZrN/Cu)纳米多层膜、ZrAlN纳米复合膜以及ZrAlN/Cu纳米多层膜的强韧化性能。结果表明,ZrN/Cu纳米多层膜的断裂韧性约是二元ZrN薄膜的2倍。当纳米多层膜的Cu单层厚度为20 nm时,多层膜的K_(IC)值最高。ZrAlN复合膜的断裂韧性与Al含量密切相关,当Al原子分数为23%时,薄膜的K_(IC)值达3.17 MPa·m^(1/2),其硬度>40 Gpa,Al原子分数为47%的薄膜的K_(IC)值则降低到1.13 MPa·m^(1/2),其硬度降低至17.1 GPa。与ZrN/Cu纳米多层膜和ZrAlN复合膜相比,以ZrAlN层和Cu层为调制结构制备的ZrAlN/Cu纳米多层膜具有最高的硬度和最好的韧性。
- 张平杜军
- 关键词：纳米多层膜氮化物强韧化
