TaAgN复合膜显微结构、力学性能和摩擦性能的研究

采用非平衡反应磁控溅射法制备了TaAgN复合膜。利用X射线衍射仪、CSM纳米压痕测试仪和摩擦磨损测试了复合膜的显微结构、力学性能和摩擦性能。结果显示,TaAgN复合膜由面心立方结构的TaN相和底心斜方结构的Ta₄N相组成。随着Ag靶功率的增加,硬度H、弹性模量E、弹性恢复W_e和H³/E²值均呈先升高后降低的趋势,最大值分别为34 GPa,394 GPa,57%和250 MPa。随着Ag靶功率的增加,TaAgN复合膜室温下的平均摩擦因数呈降低趋势。当Ag靶功率为25 W时,随着温度的升高,TaAgN复合膜的平均摩擦因数逐渐减小。     

ZrSiN纳米复合膜的显微结构、力学性能和强化机理

利用磁控溅射方法,采用不同成分的ZrSi复合靶,在单晶硅基底片上沉积不同Si含量的ZrSiN纳米复合膜.利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、高分辨透射电子显微镜（HRTEM）和纳米压痕仪等表征测试方法研究了Si含量对ZrSiN纳米复合膜微观结构和力学性能的影响.结果表明：随着ZrSiN薄膜中Si含量的增加,薄膜结晶程度先升高后降低,同时薄膜硬度和弹性模量先上升后下降;当Si与Zr的原子比为1∶24时,ZrSiN薄膜的硬度和弹性模量达到最大值31.6 GPa和320.6 GPa,此时ZrSiN薄膜内部形成Si₃N₄界面相包裹ZrN纳米晶粒的纳米复合结构;Si₃N₄界面相呈结晶态协调邻近ZrN纳米晶粒间的位向差,并与ZrN纳米晶粒之间形成共格外延生长,表明ZrSiN纳米复合膜的强化来源于ZrN纳米晶粒和Si₃N₄界面相之间形成共格外延生长界面.     

掺杂对MoS_2基薄膜微观结构及力学性能的影响

采用磁控溅射沉积技术制备Ti、Si、C和N掺杂的复合MoS_2薄膜,通过X射线能谱仪、扫描电子显微镜Xray衍射、拉曼光谱研究了不同掺杂元素对MoS_2基薄膜成分及微观组织结构的影响,利用纳米压痕仪、球盘式摩擦磨损实验机对比分析了掺杂金属元素及不同非金属元素对MoS_2薄膜力学性能和摩擦磨损性能的影响。结果表明:MoS_2薄膜中掺杂均可有效抑制MoS_2柱状晶的形成,N原子的添加抑制了MoS_2(002)晶面生长,薄膜向无定型结构转变;Ti原子的掺入使MoS_2薄膜硬度增加,且呈现出良好的摩擦磨损性能;非金属元素Si的掺入有效地提高了MoS_2薄膜硬度,但对薄膜的摩擦性能具有负面影响.     

尿素辅助模板法合成介孔氮掺杂CeO2及其CO2捕获应用研究

以硝酸铈为前驱物,以尿素为助剂,采用一种简单的模板法合成了介孔氮掺杂CeO₂材料.利用X射线衍射仪(XRD)、吸附-脱附仪(BET)、透射电子显微镜(TEM)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等设备对合成材料进行表征.多种测试结果证明:试验得到的纳米材料具有均一的介孔结构和较高的比表面积(124.8 m²·g^-1)并掺杂了氮元素.同时,测定了介孔CeO₂材料对于CO₂的吸附性能,并研究了氮掺杂对CeO₂材料的CO₂吸附性能的影响.结果表明:相比未掺杂氮的介孔CeO₂,氮掺杂的介孔CeO₂具有更好的CO₂吸附性能和循环吸附脱附性能.     

N和Fe3+共掺杂TiO2薄膜的制备及亲水性能研究

 采用溶胶-凝胶法制备了N和Fe³⁺共掺杂的TiO₂薄膜,研究了N,Fe³⁺不同掺杂比例、镀膜层数、热处理温度和光照时间等对TiO₂薄膜亲水性能的影响.结果表明当掺杂物N和Fe³⁺的摩尔比为5.9:1、镀膜层数为3层、热处理温度为550℃时,所制备的薄膜亲水性能最佳(接触角为2°).     

Ti—B—N纳米复合薄膜的制备及结构和力学性能

利用反应磁控溅射方法在(100)单晶硅和高速钢(W18Cr4V)基片上制备出不同B含量的Ti--B--N纳米复合薄膜.使用X射线衍射(XRD)和高分辨透射电镜(HRTEM)研究了Ti--B--N纳米复合薄膜的组织结构,并用纳米压痕仪测试了它们的纳米硬度和弹性模量.结果表明:通过改变TiB2靶功率和Ti靶功率的方法可制备出非晶--纳米晶复合结构的Ti--B--N薄膜;Ti--B--N薄膜中主要含有TiN纳米晶,随着B含量的增加,形成的TiN纳米晶尺寸变小,非晶成分增加;当B含量很高时会出现很小的TiB2纳米晶,此时薄膜性能不好;当TiN晶粒尺寸为5 nm左右时,Ti--B--N薄膜力学性能最优,纳米硬度和弹性模量分别达到32.7 GPa和350.3 GPa.     

Ce掺杂的NiCo2O4催化氧化甲苯性能研究

NiCo₂O₄是一种很前景的甲苯氧化催化剂。本文以Ce为杂原子,利用水热法制备Ce/NiCo₂O₄催化剂,以提高NiCo₂O₄尖晶石表面活性氧生成速率。采用氢气程序升温还原(H₂-TPR)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、比表面积测定(BET)、以及透射电子显微镜(TEM)等表征催化剂。通过改变铈掺杂量,得到最佳掺杂比例。甲苯降解实验表明,在甲苯浓度为2538ppm,空速为10000h^_-1,催化剂体积为0.5mL 时,一次水热法制备得到的15%Ce/NiCo₂O₄催化剂降解性能最优(T₉₉=267℃),在267℃下进行催化反应72h后催化剂性能无显著变化。机理研究发现,掺杂铈可提升催化剂中高价金属含量,同时催化剂良好的氧化还原性能可加快表面活性氧生成速率,从而催化性能得以提升。     

Si含量对TiAlSiN纳米复合涂层的微观结构和力学性能的影响

采用不同Si含量的TiAlSi复合靶,在Si基底片上用射频磁控溅射工艺沉积了TiAlSiN纳米复合涂层,采用X射线衍射仪（XRD）、高分辨透射电子显微镜（HRTEM）和纳米压痕技术研究了Si含量对TiAlSiN涂层的微观结构和力学性能的影响.结果表明：TiAlSiN涂层内部形成了Si₃N₄界面相包裹TiAlN纳米等轴晶粒的纳米复合结构.随着Si含量的增加,TiAlSiN涂层的结晶程度先增加后降低,涂层内部的晶粒尺寸先减小后趋于平稳,涂层的力学性能先升高后降低.当Si与TiAl原子比为3：22时获得的最高硬度和弹性模量分别为37.1 GPa和357.3 GPa.     

Al2O3对Mo-W-Co高温合金力学性能的影响

通过改变Mo-W-Co高温合金中Al₂O₃的含量,研究Al₂O₃对Mo-W-Co高温合金硬度和耐磨性能的影响.采用球磨、压制成形和真空烧结等工艺制备Mo-W-Co-Al₂O₃高温合金,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和金相显微镜(OM)对制备好的合金的相结构、形貌和粒度进行分析,并测试合金的硬度和耐磨性能.结果表明:添加Al₂O₃能提高Mo-W-Co高温合金的硬度和耐磨性能,当w_Al2O3为5%时,Mo-W-Co高温合金的硬度和耐磨性能达到最佳效果;在真空烧结时,Al₂O₃在合金中形成了γ-Al₂O₃相,是影响合金组织和性能的关键相.     

Xe30+在Au下表面退激辐射的Ｘ射线谱

报导了1.0-3.0MeV的Xe₃₀₊离子与1.0MeV的Xe₂₆₊离子入射Au表面发射的X射线谱,考虑到探测器Be窗对射线的非均匀衰减,还原了1.0MeV的Xe₃₀₊离子产生X射线谱。通过用经典过垒模型及两体碰撞模型的分析表明：动能1.0-3.0MeV的Xe₃₀₊离子入射Au靶,下表面空心原子M壳层空穴退激发射了能量0.7-1.75keV的Xe M X射线,下表面空心原子N壳层空穴退激发射了能量0.5-0.7keV的Xe N X射线。     

医用不锈钢表面TiN薄膜的组织结构和力学性能研究

为改善医用不锈钢的耐磨性,采用反应磁控溅射在304不锈钢表面沉积了TiN薄膜,研究了Ti过渡层沉积时间对TiN薄膜微观结构和力学性能的影响。通过Ｘ射线衍射仪、扫描电子显微镜、纳米压痕仪、FST1000型薄膜应力测试仪、HSR-2M摩擦磨损试验机和WS-2005型涂层附着力自动划痕仪对样品进行微观组织表征和力学性能测试。结果表明,当Ti过渡层沉积时间为20 min,Ti过渡层厚度为340 nm时,TiN薄膜结晶性最强,硬度和弹性模量达到最大值,分别为21.6 GPa和327.5 GPa,平均摩擦因数达到最小值0.45,临界载荷达到最大值24.7 N,TiN薄膜的力学性能、摩擦性能以及与基体的结合力达到最优。进一步延长Ti过渡层的沉积时间,TiN薄膜的柱状晶组织粗化、力学性能、摩擦性能以及与基体的结合力均降低。     

射频PECVD方法生长含氢非晶碳膜的结构及摩擦学性能

利用射频等离子体增强化学气相沉积技术在不锈钢表面制备了含氢非晶碳膜.采用Raman光谱、红外光谱、X射线光电子能谱和原子力显微镜等研究了薄膜的微观结构和表面形貌,在栓盘摩擦磨损试验机上考察了薄膜在不同载荷与滑动速度下的摩擦学性能.结果表明:所制备的含氢非晶碳膜具有典型的类金刚石结构特征,薄膜均匀、致密,表面粗糙度小;薄膜与不锈钢球对磨时显示出良好的抗磨减摩性能;薄膜的抗磨减摩性能同对磨件表面上形成的转移膜以及摩擦过程中薄膜结构的石墨化相关.     

Correlation between structure and hardness of magnetron sputtering deposited CNx films

Carbon nitride films are deposited on Si (001) substrates by reactive dc magnetron sputtering graphite in a pure N2 discharge. The structure of carbon nitride films has been probed using Fourier transformation infrared, near edge X-ray absorption fine structure (NEXAFS) and high resolution electron microscopy (HREM), and the hardness has been evaluated in nanoin-dentation experiments. FTIR spectra show that N atoms are bound to sp1, sp2, and sp3 hybridized C atoms. C1s NEXAFS spectra show that the intensity of π* resonance is the lowest for the film grown at substrate temperature TS = 350℃, with a turbostratic-like structure and high hardness, while it is the highest for the film grown at TS = 100℃, with an amorphous structure and low hardness. The correlation between the structure and hardness of carbon nitride films has been discussed.     

Nanotribological behaviors of in situ nanoparticles doped molecular deposition films

The molecular deposition films of poly （diallyl dimethylammonium chloride） （PDDA） and poly （acrylicacid） （PAA） with Cu2＋ on quartz and glass substrates were prepared in laboratory first, then different bilayers films were dipped into fresh Na2S aqueous solution. As a result, CuS nanoparticles were fabricated in multilayer molecular deposition films in situ. The structure and nanotribological properties of the composite films were analyzed by ultraviolet-visible （UV-visible） spectroscopy, XPS and atomic force microscope （AFM）. It was found that the CuS nanoparticles were homogeneously distributed throughout the whole film. And these films had a much smaller friction force than their substrates and higher antiwear life than pristine PDDA/PAA molecular deposition films. The fluctuation and variation trend of the topography, hardness, and friction with the AFM indentation length were also investigated.     

类金刚石膜在钢丝圈上的应用

钢领和钢丝圈长期不停地进行干摩擦运转,导致国内钢丝圈使用周期一般只有10 ～ 15 d.通过在钢丝圈表面制备类金刚石膜的方法,使钢丝圈表面具有高硬度、强耐磨性和较低的粗糙度,以降低钢丝圈磨损.在室温下对类金刚石涂层进行干摩擦情况下的球盘式摩擦磨损试验,试验模拟钢丝圈高速低载荷的工作环境,通过改变速度、载荷等外部因素,测试摩擦系数等的变化以及工作的稳定性.试验结果表明,与其他类型的钢丝圈相比,类金刚石膜摩擦系数、磨损率均极低,其性能极大地满足了钢丝圈在低载高速的工作环境下的使用要求,且在改变工作条件的情况下可保持较好的稳定性,保证了这类钢丝圈的使用寿命.     

原位合成CNTs/Cu-Al2O3复合材料的性能研究

对Al的质量分数分别为0.20%,0.35%,0.60%的Cu-Al合金粉末进行内氧化,得到Cu-Al₂O₃粉末。采用化学气相沉积法在Cu-Al₂O₃粉末表面原位生长碳纳米管(carbon nano tubes, CNTs),采用放电等离子烧结工艺成功制备了CNTs/Cu-Al₂O₃复合材料。采用扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察了CNTs/Cu-Al₂O₃复合粉末、复合材料断口的形貌。采用显微硬度计、微拉伸试验机、摩擦磨损试验机分别对纯Cu及复合材料的维氏硬度、抗拉强度、摩擦因数进行测试。采用电化学工作站测试复合材料在3.5%NaCl (质量分数)水溶液中的耐腐蚀性能。结果表明,随着Al的质量分数的增加,粉末表面合成的CNTs的数量也增多。Al的质量分数为0.35%时,CNTs/Cu-Al₂O₃复合材料的综合性能最佳,与纯Cu相比,复合材料的抗拉强度和腐蚀电势分别提高了86.4%和43.2%,分别为315 MPa和-0.268 V,摩擦因数降低了53.3%,仅为0.28。     

MPTS/MPTES复合自组装薄膜的制备及摩擦磨损特性分析

采用分子自组装技术,在单晶硅表面制备3-巯丙基三甲氧基硅烷(MPTS)、3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(MPTES)薄膜以及MPTS/MPTES复合自组装薄膜,利用原子力显微镜（AFM）、X射线光电子能谱仪（XPS）及接触角测定仪对MPTS/MPTES复合薄膜的结构进行分析,并采用DF PM型动/静摩擦系数精密测定仪评价其摩擦磨损性能.结果表明,与MPTS薄膜和MPTES薄膜相比,MPTS/MPTES复合薄膜具有优异的疏水性和摩擦磨损性能,其原因在于MPTS/MPTES复合薄膜的分子体积较大并具有可移动性和特殊的柔韧性,其基底附近呈现出类似于固体紧密排列的结构并具有一定的刚性和承载能力.     

ZrYN层厚度对CrN/ZrYN纳米多层膜微观结构和力学性能的影响

采用磁控溅射技术在单晶Si基片上交替沉积CrN层、ZrYN层，制备不同厚度ZrYN层的CrN/ZrYN纳米多层膜。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、纳米压痕仪表征纳米多层膜的微观结构和力学性能。结果表明：随着ZrYN层厚度的增大，纳米多层膜中CrN相的结晶程度呈现出先上升后下降的趋势；纳米多层膜的硬度、弹性模量、韧性也呈现出先增大后减小的趋势；当ZrYN层厚度为0.9 nm时，纳米多层膜具有最高的硬度、弹性模量、韧性，分别为20.3 GPa、210.4 GPa、2.25 MPa·m^1/2。上述结果表明，随着ZrYN层厚度的增大，纳米多层膜出现由晶态向非晶态转变，在非晶态下，能够获得良好的综合力学性能。     

干摩擦条件下金刚石复合膜摩擦学性能

在干摩擦条件下利用 SRV磨损试验机比较了在硬质合金基体上金刚石薄膜、石墨 /金刚石复合膜以及硬质合金 3种试样的摩擦学性能。利用扫描电子显微镜观察了试样和磨痕的表面形貌。利用表面形貌仪测试了磨损体积。研究了振动频率对试样的摩擦学性能影响。结果表明 ,在干摩擦条件下 ,金刚石薄膜与石墨 /金刚石复合膜的摩擦学性能差别不大 ,二者的磨损机理均为微断裂磨损。在干摩擦条件下 ,高频时金刚石薄膜的耐磨性是硬质合金耐磨性的 8～ 10倍 ,其原因是硬质合金的磨损机理存在着从粘着磨损到微断裂磨损的转变