物理气相沉积多元、多层金属陶瓷涂层的研究现状 被引量：6

1

作者 陈强 张而耕 +4 位作者 陈刚 林荣川 周琼 黄彪 李朝明 《中国陶瓷》 CAS CSCD 北大核心 2020年第11期1-9,共9页

物理气相沉积(Physical vapor deposition,简称PVD)硬质金属陶瓷涂层在各行业的应用广泛,并逐渐成为促进国民行业发展的重要支柱之一。硬质涂层性能对于工模具加工特性的影响极为关键。近些年,由于我国巨大的市场需求,致使我国涂层技术... 物理气相沉积(Physical vapor deposition,简称PVD)硬质金属陶瓷涂层在各行业的应用广泛,并逐渐成为促进国民行业发展的重要支柱之一。硬质涂层性能对于工模具加工特性的影响极为关键。近些年,由于我国巨大的市场需求,致使我国涂层技术发展速度迅猛,在高硬度、多组元、多层膜研究领域已取得巨大进步。但为满足高强度材料的制造及复杂成型加工对高性能硬质涂层的迫切需求,超硬、耐磨、抗高温已成为开发高性能硬质涂层的关键技术指标。详细介绍了掺杂IVB族、VB族和VIB族元素对TiN、TiAlN涂层性能的影响,以及多层化、周期化涂层技术在强化硬质涂层性能方面的研究现状,并针对研究现状提出拟解决的问题。 展开更多

关键词 物理气相沉积 多元化 多层化 硬质涂层 发展方向

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金属陶瓷基自润滑涂层的研究及应用进展

2

作者 陈强 张而耕 +7 位作者 周琼 黄彪 梁丹丹 柯汉银 戴群 李朝明 潘文高 李想 《中国陶瓷》 北大核心 2025年第6期1-11,共11页

硬质金属陶瓷涂层具有优异的性能,如高硬度、耐磨损、防腐蚀等,应用领域广泛,涉及精密加工、核电、航空、微电子、汽车及新能源等。然而,金属陶瓷涂层与自润滑涂层(DLC、MoS_(2)、WS_(2)等)的性能差异较大,在实际应用中不能够相互替代... 硬质金属陶瓷涂层具有优异的性能,如高硬度、耐磨损、防腐蚀等,应用领域广泛,涉及精密加工、核电、航空、微电子、汽车及新能源等。然而,金属陶瓷涂层与自润滑涂层(DLC、MoS_(2)、WS_(2)等)的性能差异较大,在实际应用中不能够相互替代。因此,若将金属陶瓷涂层与自润滑涂层进行系统设计,研发兼具金属陶瓷涂层及自润滑涂层优异性能的“第三类”硬质金属陶瓷自润滑涂层,使涂层具备“一机多能”的通用性特点,对于扩展涂层的应用范围、提高涂层的工程服役能力均具有重要意义。文章首先指出了金属陶瓷涂层在应用中的不足,综述了研究现状,详细阐述了其强化机理、增韧机制;随后介绍了金属陶瓷自润滑涂层的研究现状以及设计方法,即涂层结构多层化、自润滑元素掺杂;接着分析了金属陶瓷自润滑涂层在应用中的局限性,探讨了研究中存在的问题;最后提出了以非金属、金属掺杂金属陶瓷涂层作为固体润滑剂提高金属陶瓷自润滑涂层性能的方法,并强调应进一步深入研究元素掺杂金属陶瓷的作用机制、涂层界面结合机理及金属陶瓷/金属复合结构涂层。 展开更多

关键词 金属陶瓷 自润滑 固体润滑剂 涂层

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TiAlN基涂层的研究现状及展望

3

作者 何静 张而耕 +3 位作者 黄彪 周琼 陈强 梁丹丹 《热加工工艺》 北大核心 2025年第13期10-16,共7页

TiAlN涂层由于高硬度、良好的热稳定性等优异性能被广泛应用于刀具、零部件表面作为耐磨防护层。但随切削温度超过1000℃高温合金等难加工材料的应用,TiAlN涂层已不能满足需求。而通过元素掺杂可以改善TiAlN涂层的抗氧化性、耐磨性以及... TiAlN涂层由于高硬度、良好的热稳定性等优异性能被广泛应用于刀具、零部件表面作为耐磨防护层。但随切削温度超过1000℃高温合金等难加工材料的应用,TiAlN涂层已不能满足需求。而通过元素掺杂可以改善TiAlN涂层的抗氧化性、耐磨性以及提高其硬度。介绍了TiAlN基涂层的制备技术,并对各制备技术的原理以及优缺点进行了描述。综述了常见的Si、Cr元素掺杂TiAlN四元以及五元涂层的研究现状,从多角度阐述了元素掺杂对TiAlN涂层增硬、提高耐氧化性以及耐磨性的机理,并归纳了目前掺杂TiAlN基涂层的不足。最后,对TiAlN基涂层进行了展望,以期为TiAlN基涂层的进一步应用提供指导。 展开更多

关键词 TIALN涂层 制备技术 硬度 抗氧化性 耐磨性

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PVD纳米涂层致硬机理研究现状及发展 被引量：13

4

作者 吴雁 王冰 +2 位作者 王犁 肖礼军 张而耕 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第7期90-97,119,共9页

从纳米多层涂层和纳米复合涂层两个角度总结了PVD纳米涂层的强化机制和涂层设计准则,提出了现有的涂层强化机制及涂层设计准则主要存在涂层强化机制适用性不足和理论性问题缺乏实验手段论证两个问题,并合理分析了问题存在的原因。从纳... 从纳米多层涂层和纳米复合涂层两个角度总结了PVD纳米涂层的强化机制和涂层设计准则,提出了现有的涂层强化机制及涂层设计准则主要存在涂层强化机制适用性不足和理论性问题缺乏实验手段论证两个问题,并合理分析了问题存在的原因。从纳米多层涂层和纳米复合涂层两个角度,综述了PVD纳米涂层致硬机理的国内外研究现状。研究现状表明,涂层强化机制和一些涂层表征实验在涂层致硬机理研究中扮演着重要的角色,研究者们根据涂层强化机制和必要的实验手段对涂层的致硬机理进行了分析。但是涂层强化机制并非涂层致硬机理研究中必不可少的工具,既存在用一种或多种涂层强化机制解释涂层致硬机理的情况,又存在未使用涂层强化机制去解释涂层致硬机理的情况。针对这种现象,分析了其存在的内因和外因。外因为涂层材料组合方式和实验研究变量不同;内因为涂层强化机制及设计准则不完善。最后结合PVD纳米涂层致硬机理研究现状存在的问题,本着完善涂层强化机制和设计准则的目的,对未来研究方向进行了展望。 展开更多

关键词 纳米多层涂层 纳米复合涂层 致硬机理 强化机制 涂层设计准则 共格外延生长

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TiAlSiN涂层力学性能改善措施的研究现状及进展 被引量：3

5

作者 周琼 王涛 +3 位作者 黄彪 张而耕 陈强 梁丹丹 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期40-51,共12页

TiAlSiN涂层具有耐温性好、化学惰性高等优异性能,其作为防护层被广泛应用于摩擦零部件、机械加工工具上。但TiAlSiN涂层内应力过大导致的力学性能不足,限制了其在严苛工况下的进一步应用。总结了目前改善TiAlSiN涂层力学性能的主要措施... TiAlSiN涂层具有耐温性好、化学惰性高等优异性能,其作为防护层被广泛应用于摩擦零部件、机械加工工具上。但TiAlSiN涂层内应力过大导致的力学性能不足,限制了其在严苛工况下的进一步应用。总结了目前改善TiAlSiN涂层力学性能的主要措施:涂层微观结构优化、膜层结构设计以及热处理工艺。对改善涂层力学性能所涉及的细晶强化、共格效应、固溶强化以及模量差理论等机理进行了全面的描述,并详细地对比分析了上述理论之间的内在联系与差异。系统地讨论了纳米多层和梯度复合膜层结构对涂层力学性能的影响规律,主要从调制结构以及成分调整2个角度对膜层结构变化进行了分析,有利于指导具有良好力学性能的膜层结构的设计。此外,分别阐述了退火温度、时间以及气氛环境对TiAlSiN涂层力学性能的影响规律,分析了退火条件对涂层微观结构的影响以及微观结构与力学性能之间的关系。在此基础上,提出了未来可以从基础理论和改善措施之间的协同作用角度,对TiAlSiN涂层力学性能的改善展开进一步研究。 展开更多

关键词 TiAlSiN 性能改善 力学性能 微观结构 膜层结构 热处理

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硬质TiAlCN多层膜的微观结构设计与摩擦磨损性能研究 被引量：2

6

作者 张而耕 付巧慧 +3 位作者 梁丹丹 陈强 周琼 黄彪 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第23期143-152,共10页

目的利用阴极电弧离子镀技术在不锈钢基体上分别制备了以TiN为打底层的TiAlCN单层涂层、TiAlN-TiAlCN双层涂层及TiAlN-TiAlCN多层涂层,研究并得出多层结构能提高TiAlCN涂层力学性能和耐磨性能。方法采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD... 目的利用阴极电弧离子镀技术在不锈钢基体上分别制备了以TiN为打底层的TiAlCN单层涂层、TiAlN-TiAlCN双层涂层及TiAlN-TiAlCN多层涂层,研究并得出多层结构能提高TiAlCN涂层力学性能和耐磨性能。方法采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪表征TiAlCN涂层的微观形貌和物相组成;进一步,通过纳米压痕仪、维氏硬度计评估TiAlCN涂层的力学性能;最后,通过摩擦磨损试验机、拉曼光谱仪和能谱仪(EDS)等分析了TiAlCN涂层的摩擦磨损性能。结果所制备的TiAlCN单层涂层、TiAlN-TiAlCN双层涂层及TiAlN-TiAlCN多层涂层均存在液滴,且多层结构能够显著提高TiAlCN涂层的表面质量。3种涂层的主要组成相均为(Ti,Al)(C,N),且沿着(111)、(200)、(220)的晶面择优生长。相较于TiAlCN单层和TiAlN-TiAlCN双层涂层,TiAlN-TiAlCN多层涂层表现出较高的硬度和较好的韧性。摩擦磨损后,3种涂层的ID/IG值均提高,表明涂层的石墨化程度均增加。另外,TiAlCN涂层的磨损机理均为磨粒磨损和氧化磨损,其中TiAlN-TiAlCN多层涂层的摩擦因数最高(0.26)、磨损率最低(9.3×10^(-6)mm^(3)/(N·m))。结论结构对于TiAlCN涂层的力学性能及摩擦学性能有显著的影响,相较于单层及双层涂层,多层结构的引入有效提高了TiAlCN涂层的力学性能及耐磨性。 展开更多

关键词 TiAlCN 多层涂层 结构设计 力学性能 摩擦学性能

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超声辅助TiAlN和TiAlSiN涂层刀具切削不锈钢性能的研究 被引量：2

7

作者 周琼 仝旭 +2 位作者 张而耕 黄彪 陈刚 《热加工工艺》 北大核心 2021年第12期92-96,共5页

研究了不同涂层铣刀在超声振动辅助作用下切削304不锈钢的切削性能,如磨损情况、刀具寿命、工件表面质量以及切削力。分别采用未涂层、TiAlN、TiAlSiN涂层铣刀结合超声刀柄进行铣削实验;对比研究不同影响因素耦合下的切削性能;采用超景... 研究了不同涂层铣刀在超声振动辅助作用下切削304不锈钢的切削性能,如磨损情况、刀具寿命、工件表面质量以及切削力。分别采用未涂层、TiAlN、TiAlSiN涂层铣刀结合超声刀柄进行铣削实验;对比研究不同影响因素耦合下的切削性能;采用超景深三维视频显微镜表征刀具后刀面磨损情况;采用粗糙度测量仪测试工件表面粗糙度;采用扫描电镜观察工件的表面形貌;采用kistler测力仪测量切削力。结果表明:TiAlN涂层铣刀在超声振动辅助下,磨料磨损速度最慢,铣刀使用寿命最长(走刀距离在45m左右),其寿命是无超声振动辅助无涂层铣刀寿命的11.25倍。TiAlN涂层铣刀在超声振动辅助下加工304不锈钢工件的表面粗糙度最好;从无超声状态到有超声状态下加工,TiAlN涂层刀具加工时工件所受的切削力均略小于TiAlSiN涂层刀具加工时工件所受的切削力。 展开更多

关键词 PVD涂层 超声振动辅助 刀具磨损 表面质量 切削力

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氮化物涂层在海水环境中磨蚀性能的研究进展

8

作者 张而耕 杨虎 +3 位作者 梁丹丹 陈强 周琼 黄彪 《腐蚀与防护》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期53-60,共8页

综述了应用于海水环境中不同结构氮化物涂层的磨蚀性能,探讨了基体材料、制备工艺参数、掺杂元素等对氮化物涂层在海水环境中磨蚀性能的影响,分析了氮化物涂层在海水环境中的磨蚀机理,并对氮化物涂层在海水环境中磨蚀性能的研究方向提... 综述了应用于海水环境中不同结构氮化物涂层的磨蚀性能,探讨了基体材料、制备工艺参数、掺杂元素等对氮化物涂层在海水环境中磨蚀性能的影响,分析了氮化物涂层在海水环境中的磨蚀机理,并对氮化物涂层在海水环境中磨蚀性能的研究方向提出了思考与展望。 展开更多

关键词 海水环境 氮化物涂层 磨蚀性能 磨蚀机理

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热暴露温度对TiAlSiN梯度涂层性能的影响

9

作者 吴雁 谷嘉伟 谢永乐 《表面技术》 北大核心 2025年第6期108-114,共7页

目的探究不同热暴露温度对TiAlSiN梯度涂层表面微观结构及力学性能、结合强度、耐高温性能的影响规律及机制。方法采用阴极电弧离子镀制备了TiAlSiN梯度涂层,对涂层进行1h不同热暴露温度的加热,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(S... 目的探究不同热暴露温度对TiAlSiN梯度涂层表面微观结构及力学性能、结合强度、耐高温性能的影响规律及机制。方法采用阴极电弧离子镀制备了TiAlSiN梯度涂层,对涂层进行1h不同热暴露温度的加热,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、纳米压痕仪等试验设备来研究热暴露温度对TiAlSiN梯度涂层表面微观结构、力学性能和结合强度的影响。结果TiAlSiN涂层在800℃下表面平整性良好,主要衍射峰基本不变,在900℃及以上时,涂层表面平整性变差,生成氧化物,力学性能大幅下降;TiAlSiN梯度涂层的硬度和结合强度均随温度的上升而下降,弹性模量随着温度上升先下降后上升然后再下降;TiAlSiN梯度涂层在高温环境下会生成Al_(2)O_(3)、TiO、TiO_(2)氧化膜,降低了O元素的扩散速度和活动能力,有效减缓了氧化速度。此外由于TiO_(2)氧化膜结构疏松多孔,一方面可以细化晶粒,另一方面也增加了Al和Ti等元素的扩散通道,使涂层可以在更短时间内形成更多致密氧化膜,从而提高TiAlSiN梯度涂层的耐高温性能。结论TiAlSiN梯度涂层使用温度可达800℃且高温耐久性较强,说明该梯度涂层是一种综合性能优异的防护性涂层。 展开更多

关键词 TiAlSiN梯度涂层 阴极电弧离子镀 热暴露温度 表面微观结构 力学性能

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C掺杂TiAlN涂层的硬度演变机理 被引量：1

10

作者 周琼 仝旭 +3 位作者 张而耕 黄彪 陈强 程先华 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期140-149,共10页

C元素掺杂TiAlN涂层的增硬机理尚不明确,为了揭示C元索对涂层硬度的作用规律,采用阴极电弧离子镀膜技术在316不锈钢表面制备C原子比率分别为0%、3.87%、9.24%、14.76%、20.57%、25.90%的TiAlCN涂层,通过试验研究和密度泛函理论系统地从... C元素掺杂TiAlN涂层的增硬机理尚不明确,为了揭示C元索对涂层硬度的作用规律,采用阴极电弧离子镀膜技术在316不锈钢表面制备C原子比率分别为0%、3.87%、9.24%、14.76%、20.57%、25.90%的TiAlCN涂层,通过试验研究和密度泛函理论系统地从原子量级角度阐述C掺杂对涂层硬度的作用规律及机理。研究结果表明:C原子会置换TiAlN晶胞中的部分N原子形成TiAlCN固溶体相:随着C含量的增加,涂层硬度呈现先上升后下降的趋势,在C含量为14.76%时,涂层中Ti-N键转化成为Ti-C键的数量达到饱和,硬度达到最高值31.60GPa;当C原子含量高于14.76%时,涂层中出现类石墨结构,且随着C含量的增加,sp^(2)层状结构增多,在抵抗外界压力时石墨层发生侧滑,涂层硬度降低;第一-性原理数值模拟结果显示,随着C含量从0%增加到15.625%,涂层硬度逐渐上升是由于共价性较强的Ti-C键逐渐增加。阐明C元素掺杂对涂层硬度的作用变化规律,有利于指导超硬涂层的工艺设计和生产。 展开更多

关键词 TiAlCN涂层 C含量 硬度 第一性原理

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退火温度对DLC和Si-DLC涂层微观结构和摩擦学性能的影响 被引量：10

11

作者 周琼 岗志远 +4 位作者 黄彪 张而耕 陈强 梁丹丹 李正美 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期206-217,共12页

类金刚石(DLC)涂层因具有优异的减磨耐摩性能被广泛应用,而涂层内部存在较高的内应力这一缺点限制其在摩擦学领域的进一步应用。退火处理可以通过改变涂层微观结构来降低涂层内应力,从而提高涂层的摩擦学性能。为研究退火温度对DLC和硅... 类金刚石(DLC)涂层因具有优异的减磨耐摩性能被广泛应用,而涂层内部存在较高的内应力这一缺点限制其在摩擦学领域的进一步应用。退火处理可以通过改变涂层微观结构来降低涂层内应力,从而提高涂层的摩擦学性能。为研究退火温度对DLC和硅掺杂类金刚石(Si-DLC)涂层微观结构和摩擦学性能的影响,采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)和电弧离子镀的复合沉积技术制备DLC和Si-DLC涂层,将涂层在大气环境中进行不同温度的退火处理。运用扫描电子显微镜、高分辨率透射电子显微镜、拉曼光谱以及XPS光谱仪对涂层摩擦试验前后的形貌和结构进行表征,采用纳米压痕仪和摩擦磨损试验机测试涂层的力学性能和摩擦学性能。结果表明:沉积的DLC和Si-DLC涂层为非晶结构。退火温度对涂层的微观结构和摩擦学性能有重要影响。随着退火温度从RT上升到500℃,由于C-H键断裂,C网发生集束化,DLC涂层的sp^(3)含量呈现先上升后降低的趋势,涂层的sp^(3)含量在300℃热处理后获得最大值,涂层硬度达到最大的20.66 GPa;而Si-DLC涂层由于Si元素的掺杂提高了涂层的热稳定性,其在400℃热处理时sp^(3)含量最大,硬度最大值为24.28 GPa。涂层与氧化锆对磨球的磨损机理为磨粒磨损,涂层的磨损率呈现先降低后升高的趋势,热处理温度为300和400℃为最优。研究证明涂层的微观结构和摩擦学性能可以通过热处理温度调控,优选热处理温度的涂层具有优异的综合性能。研究结果可为退火处理对DLC和Si-DLC涂层的性能影响提供理论支持。 展开更多

关键词 类金刚石(DLC) 硅掺杂类金刚石(Si-DLC) 退火温度 热稳定性 摩擦学性能

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Ti-Al-Si-N多层梯度涂层的微观结构及力学性能研究 被引量：11

12

作者 吴雁 王冰 +4 位作者 肖礼军 王犁 张而耕 陈强 黄彪 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期232-237,共6页

目的分析Ti-Al-Si-N多层梯度涂层微观结构特征和力学性能,得到涂层强化机制。方法采用阴极电弧离子镀镀膜工艺,使用4个靶材交替沉积的方式,分别在高速钢和Si基底上制备Ti-Al-Si-N多层梯度涂层。采用X射线衍射仪(XRD)、高分辨透射电镜(HR... 目的分析Ti-Al-Si-N多层梯度涂层微观结构特征和力学性能,得到涂层强化机制。方法采用阴极电弧离子镀镀膜工艺,使用4个靶材交替沉积的方式,分别在高速钢和Si基底上制备Ti-Al-Si-N多层梯度涂层。采用X射线衍射仪(XRD)、高分辨透射电镜(HRTEM)和纳米压痕仪对Ti-Al-Si-N多层梯度涂层晶相组织、微观结构和力学性能进行了表征。结果Ti-Al-Si-N多层梯度涂层中主要相为(Ti,Al)N晶相,择优取向(200)。Ti-Al-Si-N多层梯度涂层由TiN、TiAlN、TiAlSiN三种层区组成,层区厚度分别为41.7、1458.3、1450 nm。通过HRTEM实验观察TiN、TiAlN层区结构发现,在TiAlN层区内部形成了TiAlN/TiN周期变化的结构,证实为TiAlN/TiN纳米多层涂层微结构特征,其中TiN调制层为1 nm左右,TiAlN调制层约为0.5 nm,调制周期约为1.5 nm。此外,发现TiAlN层区存在nc-TiAlN/α-Si3N4结构,TiAlN晶粒大约为6 nm左右,非晶层Si3N4大约为2~3 nm。制备的Ti-Al-Si-N多层梯度涂层硬度为27.7 GPa,弹性模量为338.0 GPa。结论构建了Ti-Al-Si-N多层梯度涂层示意图,对于涂层的强化机制,可以用模量差理论、交变应力场理论及nc-TiN/α-Si3N4模型进行说明,其主要强化机制为nc-TiN/α-Si3N4模型理论。 展开更多

关键词 TiAlSiN 多层梯度涂层 微观结构 力学性能 强化机制

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金属管道对接焊缝超声检测缺陷类型识别研究 被引量：14

13

作者 侯怀书 任慧霞 《热加工工艺》 北大核心 2019年第21期143-146,152,共5页

超声波具有传递能量和传递信息的功能,因此超声检测技术应用广泛。目前通过超声检测技术可以成功定位到缺陷的位置和计算缺陷的大小,但是对于缺陷类型的识别还存在一定的难度。利用短时傅里叶变换方法,从缺陷信号的频谱和功率谱密度出发... 超声波具有传递能量和传递信息的功能,因此超声检测技术应用广泛。目前通过超声检测技术可以成功定位到缺陷的位置和计算缺陷的大小,但是对于缺陷类型的识别还存在一定的难度。利用短时傅里叶变换方法,从缺陷信号的频谱和功率谱密度出发,对超声检测技术在金属管道对接焊缝缺陷中的缺陷类别识别问题进行了探究。首先,在管道焊缝上制作人工缺陷,利用高频数据采集卡采集缺陷信号,最后通过短时傅里叶变换处理缺陷信号。实验结果表明,利用短时傅里叶变换处理超声缺陷信号,可以识别出金属管道焊缝中的四种缺陷类型。 展开更多

关键词 管道对接焊缝 超声波检测 缺陷识别 短时傅里叶变换

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DLC涂层的制备及内应力、热稳定性改善措施研究现状 被引量：9

14

作者 周琼 黄彪 +1 位作者 张而耕 张致富 《陶瓷学报》 CAS 北大核心 2019年第5期555-564,共10页

类金刚石(DLC)涂层具有硬度高、耐磨性好、摩擦系数低以及良好的化学惰性等优异性能而被广泛运用于航空航天、汽车零部件以及生物医学等领域,然而,采用不同碳源类型、不同技术获得的DLC涂层性能差异较大。本文综述了含氢碳源、无氢碳源... 类金刚石(DLC)涂层具有硬度高、耐磨性好、摩擦系数低以及良好的化学惰性等优异性能而被广泛运用于航空航天、汽车零部件以及生物医学等领域,然而,采用不同碳源类型、不同技术获得的DLC涂层性能差异较大。本文综述了含氢碳源、无氢碳源为原料制备DLC涂层的机理以及造成含氢和无氢DLC涂层性能差异的原因,阐述了物理气相沉积、化学气相沉积以及液相法制备DLC涂层的原理差异,总结了造成DLC涂层内应力高、结合强度不足以及热稳定性差的原因,并在此基础上对采用强碳元素(Ti)、弱碳元素(Al)以及不成键元素(Cu)掺杂降低DLC涂层内应力、多层梯度膜系设计提高膜基结合力以及元素掺杂提高涂层热稳定性机理做出分析,提出未来可以从基础理论和相关技术两方面对DLC薄膜的机械性能展开深入研究。 展开更多

关键词 类金刚石 制备机理 内应力 结合强度 热稳定性

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含氢和无氢类金刚石涂层的制备及切削性能研究 被引量：6

15

作者 张而耕 牛帅 +1 位作者 陈强 黄彪 《陶瓷学报》 CAS 北大核心 2019年第5期637-643,共7页

为研究磁过滤阴极电弧沉积无氢类金刚石(Ta-C)涂层及气相沉积含氢类金刚石(含氢DLC)涂层的成分、结构及力学特性,以及两种涂层对刀具高速切削铝合金性能的影响。采用髙分辨率的显微镜观察膜层的表面形貌;Raman光谱分析sp2/sp3键角混乱度... 为研究磁过滤阴极电弧沉积无氢类金刚石(Ta-C)涂层及气相沉积含氢类金刚石(含氢DLC)涂层的成分、结构及力学特性,以及两种涂层对刀具高速切削铝合金性能的影响。采用髙分辨率的显微镜观察膜层的表面形貌;Raman光谱分析sp2/sp3键角混乱度和sp2团簇信息,以及sp3-C/sp2-C的比例关系;纳米压痕仪测量膜层的硬度;高速铳削实验表征涂层刀具的切削性能并分析刀具的失效原因及工件的加工质量。结果表明,Ta-C涂层表面致密光滑,表面颗粒细小,无明显凹坑,Ta-C和含氢DLC涂层在Raman光谱中D峰和G峰强度比值Id/Ig分别为0.5和1.1。Ta-C及含氢DLC涂层厚度分别为0.7μm和1μm,摩擦系数分别是0.11和0.18,结合力分别满足工业等级HF1和HF2。在高速、干式切削铝合金条件下,Ta-C涂层铳刀的切削寿命是含氢DLC涂层铳刀的1.5倍,涂层铳刀加工工件的表面粗糙度整体为上升趋势,但Ta-C涂层刀具加工工件的表面粗糙度值较低。相较于含氢DLC涂层,磁过滤阴极电弧沉积Ta-C涂层刀具抑制铝合金材料粘附效果更佳,切削寿命更长,加工出的工件表面质量更好,因此更适用于铝合金的加工。 展开更多

关键词 无氢类金刚石涂层 含氢类金刚石涂层 铝合金 切削寿命 表面粗糙度

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TiAlSiN多层梯度涂层力学及摩擦磨损性能试验研究 被引量：5

16

作者 吴雁 肖礼军 +3 位作者 王冰 王犁 张而耕 黄彪 《中国陶瓷》 CAS CSCD 北大核心 2020年第9期36-42,共7页

利用物理气相沉积(PVD)技术,基于阴极电弧技术在Si片、高速钢试片上制备了TiAlSiN多层梯度涂层。利用洛氏硬度计、X射线衍射仪、透射电子显微镜、纳米压痕仪对涂层的表面形貌、物相结构和力学性能进行表征。通过超精密三维表面轮廓光学... 利用物理气相沉积(PVD)技术,基于阴极电弧技术在Si片、高速钢试片上制备了TiAlSiN多层梯度涂层。利用洛氏硬度计、X射线衍射仪、透射电子显微镜、纳米压痕仪对涂层的表面形貌、物相结构和力学性能进行表征。通过超精密三维表面轮廓光学测量仪、HSR-2M摩擦磨损试验机测试涂层的摩擦磨损性能。试验结果表明TiAlSiN多层梯度涂层结构致密,各层间界面清晰,主要由柱状的面心立方结构的(Ti,Al)N相组成。涂层与基体的结合力达到工业等级HF1,具有良好的膜基结合力,其硬度为27.7 GPa,弹性模量为338.0 GPa,具有较高的硬度和弹性模量。TiAlSiN多层梯度涂层的摩擦系数为0.54,磨损率为7.06×10~3μm^3/(N·m),主要磨损机制为磨粒磨损和轻微粘着磨损。 展开更多

关键词 TiAlSiN多层梯度涂层 膜基结合力 摩擦系数 磨损率 磨损机制

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纵扭复合超声振动铣削SiCp/Al表面质量研究 被引量：5

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作者 马亚健 聂文忠 +1 位作者 陆建民 刘运朋 《机床与液压》 北大核心 2020年第8期45-48,共4页

SiCp/Al复合材料具有优异的性能,在航天航空、光学行业、汽车工业等高科技领域得到了广泛应用,但它在塑性和硬度之间差距巨大,使得超精密加工显得非常困难。建立超声铣削动力学模型,采用单因素法检测分析了SiCp/Al复合材料在不同主轴转... SiCp/Al复合材料具有优异的性能,在航天航空、光学行业、汽车工业等高科技领域得到了广泛应用,但它在塑性和硬度之间差距巨大,使得超精密加工显得非常困难。建立超声铣削动力学模型,采用单因素法检测分析了SiCp/Al复合材料在不同主轴转速、铣削速度和铣削深度下的表面粗糙度与表面形貌,建模仿真了纵扭复合超声振动刀刃铣削轨迹,得到了影响加工表面质量规律及机制。研究发现主轴转速为3000 r/min、铣削速度为180 m/min时,表面粗糙度值最小;材料表面质量随铣削深度的增加而下降。为SiCp/Al复合材料铣削加工提供了合理工艺参数,提高了加工效率,降低了刀具磨损,延长了刀具使用寿命。 展开更多

关键词 SICP/AL复合材料 单因素法 纵扭复合超声铣削 表面质量

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纵扭复合超声振动铣削K9玻璃表面质量的研究 被引量：3

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作者 聂文忠 马亚健 +1 位作者 陆建民 刘运朋 《机床与液压》 北大核心 2020年第20期45-48,共4页

K9玻璃由于具有优异的性能,在航空航天、汽车、光学精密仪器、电子信息等现代高科技领域得到了广泛应用,但其在塑性和硬度之间差距巨大,使得传统机械加工容易出现亚表面损伤等现象,表面质量难以满足要求。建立超声铣削动力学模型,采用... K9玻璃由于具有优异的性能,在航空航天、汽车、光学精密仪器、电子信息等现代高科技领域得到了广泛应用,但其在塑性和硬度之间差距巨大,使得传统机械加工容易出现亚表面损伤等现象,表面质量难以满足要求。建立超声铣削动力学模型,采用多因素法检测并分析了不同主轴转速、铣削速度和铣削深度时纵扭复合超声铣削与普通铣削加工K9玻璃表面粗糙度与表面形貌,得到了影响加工表面质量的规律及机制。研究发现:主轴转速为3 000 r/min、铣削深度为0.2 mm时,表面质量最好;K9玻璃的表面质量随铣削速度的加快而下降。采用纵扭复合超声振动铣削提高了K9玻璃的表面质量和加工效率,并为K9玻璃纵扭超声铣削加工提供了优化的工艺参数。 展开更多

关键词 K9玻璃 多因素法 纵扭复合超声铣削 表面质量

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基于第一性原理的涂层WC/α-Ti界面结合能、稳定性及电子结构的研究 被引量：2

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作者 候逸群 张锁怀 +1 位作者 徐少丽 丁鑫 《热加工工艺》 北大核心 2021年第10期75-80,85,共7页

运用基于密度泛函理论的第一性原理方法,对WC/α-Ti界面性能进行了研究。研究内容包括:界面结合能、界面稳定性、界面电子结构及界面结合机制。结果表明:WC(001)与α-Ti(001)各自拥有较小的表面能,且两者之间错配度较小,γ角也互相一致... 运用基于密度泛函理论的第一性原理方法,对WC/α-Ti界面性能进行了研究。研究内容包括:界面结合能、界面稳定性、界面电子结构及界面结合机制。结果表明:WC(001)与α-Ti(001)各自拥有较小的表面能,且两者之间错配度较小,γ角也互相一致,故建立了WC(001)/α-Ti(001)界面;其次考虑到α-Ti(001)与WC(001)堆积方式以及WC用以构成界面终端原子(C-终止,W-终止)种类的不同,总共建立了6种界面模型。研究结果还表明,以C原子为终端原子,且堆积方式为空心位点方式堆积的界面,拥有最高的结合能(9.53 J/m^(2))、最小的界面距离和最大的界面稳定性;差分电荷密度图以及分波态密度图(Pdos)表明,以C-终止、空心位点方式堆积的界面处,形成了强烈C-Ti共价键。 展开更多

关键词 WC/α-Ti界面 界面结合能 第一性原理

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硅、铬掺杂对TiAlN基涂层微观结构及摩擦学性能的影响 被引量：1

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作者 黄彪 周琼 +1 位作者 王雅琪 安琦 《机械工程材料》 CAS CSCD 北大核心 2024年第9期67-73,共7页

分别以Ti_(0.5)Al_(0.5)、Ti_(0.5)Al_(0.4)Cr_(0.1)、Ti_(0.5)Al_(0.4)Si_(0.1)为靶材,采用电弧离子镀技术制备了TiAlN涂层、TiAlSiN涂层和TiAlCrN涂层,研究了硅、铬掺杂(二者掺杂量近似相同)对TiAlN基涂层微观结构、力学性能以及摩擦... 分别以Ti_(0.5)Al_(0.5)、Ti_(0.5)Al_(0.4)Cr_(0.1)、Ti_(0.5)Al_(0.4)Si_(0.1)为靶材,采用电弧离子镀技术制备了TiAlN涂层、TiAlSiN涂层和TiAlCrN涂层,研究了硅、铬掺杂(二者掺杂量近似相同)对TiAlN基涂层微观结构、力学性能以及摩擦学性能的影响。结果表明:TiAlN涂层、TiAlSiN涂层和TiAlCrN涂层均结构致密,与基体结合良好,呈柱状晶生长,呈现较强的(200)晶面择优取向;硅、铬元素掺杂使得涂层晶粒细化,其中硅元素掺杂形成的Si_(3)N_(4)非晶相对(Ti,Al)N纳米晶生长有抑制作用,TiAlSiN涂层的晶粒尺寸最小。硅、铬元素掺杂提高了涂层的硬度和内应力,并且硅掺杂的提升效果更好;硅、铬掺杂降低了涂层的硬度与弹性模量的比值和结合力,并且硅掺杂的降低幅度更大,TiAlSiN涂层的韧性最差;硅元素和铬元素的掺杂均能降低TiAlN涂层的摩擦因数和磨损率,硅掺杂对摩擦因数的降低幅度高于铬掺杂,对磨损率的降低幅度低于铬掺杂。 展开更多

关键词 硅掺杂 铬掺杂 TiAlN基涂层 微观结构 力学性能

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