Cr掺杂对GLC薄膜结构及其摩擦学性能的影响

采用磁控溅射方法制备类石墨碳膜(GLC)及掺杂金属Cr的类石墨碳膜(GLC-Cr),利用场发射扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱仪(Raman)、X射线光电子能谱仪(XPS)、纳米压痕仪等测试技术对比分析两薄膜样品的结构及机械性能,利用UMT-3多功能摩擦磨损试验机考察其在大气、去离子水、发动机油3种环境下的摩擦学性能.结果表明:本实验参数下制备的类石墨碳膜中,Cr的掺杂促使了类石墨碳膜中sp2杂化键的形成,降低了GLC薄膜的硬度及弹性模量,但在3种不同环境下均使得类石墨碳膜的摩擦学性能得到明显改善.其中水介质的存在可明显降低类石墨碳膜的摩擦系数,而油润滑介质虽未使得其摩擦系数明显降低,但其摩擦曲线波动性及磨损率均最小.     

Cr靶电流对Cr改性类石墨薄膜摩擦磨损性能的影响

采用闭合场非平衡磁控溅射离子镀设备,在不同Cr靶电流参数下制备Cr改性类石墨薄膜,测试了薄膜的硬度、结合强度、摩擦系数和比磨损率,采用扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察薄膜的显微结构.结果表明:改变Cr靶电流不仅能够改变薄膜的化学成分,而且能够改变薄膜的显微结构;随着Cr靶电流增加,薄膜的断口出现纤维状结构,并逐渐发展为柱状结构;Cr的加入使得类石墨薄膜形成周期性层状结构;在干摩擦条件下,随着Cr靶的电流增加,GLC膜的摩擦系数先减小而后增大;当载荷较小时,薄膜的比磨损率随Cr靶电流的增加而增大,载荷较大时薄膜的比磨损率变化不大.化学成分和显微结构的变化引起GLC膜硬度和韧性的变化,从而改变了薄膜的摩擦磨损性能.     

非平衡磁控溅射沉积MoS2-Ti复合薄膜结构与磨擦摩损性能研究

采用非平衡磁控溅射法制备出不同Ti含量的MoS2-Ti复合薄膜并对其结构进行表征,采用显微硬度仪测量MoS2-Ti复合薄膜的显微硬度,在球-盘摩擦磨损试验机上评价其在大气中的摩擦磨损性能.结果表明:不同Ti含量的MoS2-Ti复合薄膜呈岛状生长模式,断面呈致密细柱状,结晶状态均为无定形态;薄膜的显微硬度随Ti含量增加而升高;MoS2-Ti复合薄膜在大气中的摩擦磨损性能优于MoS2薄膜,掺杂适当Ti可以使MoS2-Ti复合薄膜的摩擦曲线波动减小,耐磨寿命提高,在本试验研究范围内,含30%Ti复合薄膜的耐磨寿命最长,当Ti掺杂量达到50%时MoS2-Ti复合薄膜失去润滑性能.     

Ti/Ni过渡层对WS2薄膜摩擦学性能影响

采用射频溅射法,通过预先制备Ti和Ni 2种过渡层的工艺在3Cr13马氏体不锈钢基片上制备了硫化钨薄膜,通过与无过渡层的射频溅射WS2薄膜对比,研究了2种过渡层对薄膜性能的影响.3种样品的物相分析,表面形貌观察,微区化学成分测定,膜基结合力和薄膜摩擦系数测试等结果表明,Ti过渡层对硫化钨薄膜结构和S/W原子比没有明显的影响,对膜层的摩擦系数影响也不大,但薄膜耐磨性有所提高.而Ni过渡层虽对S/W原子比无明显影响,但却明显地提高薄膜Ⅱ型织构(基面取向)的强度,从而降低了薄膜的摩擦系数,提高了薄膜耐磨性.     

四面体无定型无氢非晶碳膜的制备及其摩擦学性能研究

采用磁过滤阴极真空弧系统分别在硅片[Si(100)]、W18Cr4V高速钢和Cr18Ni9不锈钢基体上沉积了一系列sp3键含量较高的四面体无定型无氢非晶碳膜(ta-C),研究了所合成薄膜的结构、硬度、附着强度和摩擦磨损性能,考察了基体和薄膜厚度对薄膜摩擦系数的影响,简要分析了相应ta-C膜的失效机理.结果表明,在高速钢基体上沉积的ta-C膜的显微硬度为76 GPa,结合力Lc值达42 N,具有优良的摩擦学性能,其摩擦系数为0.12,且摩擦系数可以在16 000 r范围内保持稳定.     

磁控溅射沉积抗氧化、长寿命二硫化钼基复合薄膜

采用磁控溅射技术制备了MoS_2,Ti/MoS_2,Pb/MoS_2和Pb-Ti/MoS_2复合薄膜.通过AFM,SEM和XRD对薄膜的形貌和结构进行分析;利用纳米压痕仪,CSM摩擦试验机和Bainano高真空摩擦试验机分析薄膜的力学和摩擦学性能,并探讨了Pb、Ti掺杂对薄膜的结构,力学和摩擦学性质的影响.结果表明:Pb-Ti/MoS_2复合薄膜具有非常致密的结构,表面光滑平整,且具有较高的硬度;Pb、Ti共掺杂显著提高MoS_2薄膜在RH75%高湿度环境下和真空环境下的摩擦学性能,在潮湿大气和真空环境下磨损率分别为未掺杂MoS_2的13%和25%,且低于单一掺杂MoS_2薄膜.PbTi/MoS_2复合薄膜优异的摩擦学性能得益于Pb掺杂元素增加薄膜结构的致密度和Ti掺杂元素提高薄膜的抗氧化和力学性能.     

非平衡磁控溅射沉积类石墨膜及其摩擦磨损性能研究

利用全封闭非平衡磁控溅射技术制备了高硬度类石墨膜，对不同工艺所制备的薄膜进行了微观分析，测定了薄膜的厚度、膜基结合强度和硬度，并考察了薄膜的摩擦学性能和腐蚀性能．结果表明：采用全封闭非平衡磁控溅射方法制备的以sp^2杂化为主的类石墨膜具有高硬度、低摩擦系数和良好的抗磨及抗腐蚀性能；摩擦系数随载荷的增大而减小，而磨损率同硬度呈反比关系；加入适量Cr可软化薄膜，提高膜基结合强度，从而优化薄膜的性能．     

磁控溅射沉积高承载、低摩擦MoS_2/Ti复合薄膜

采用磁控溅射技术制备了不同Ti含量的Mo S2/Ti复合薄膜,利用SEM、AFM、纳米压痕仪、XRD和CSM摩擦试验机分析了复合薄膜的结构、力学和摩擦学性能.结果表明:复合薄膜结构致密,表面光滑平整,且具有较高的硬度,Ti含量较低的Mo S2/Ti复合薄膜呈现以(002)基面为主的择优取向;在大气环境下,赫兹接触应力为2.5 GPa的摩擦工况下,Ti含量较低的Mo S2/Ti复合薄膜的摩擦系数低至0.02,磨损率低至10-17m3/(N·m)数量级,呈现出高承载、低摩擦、耐磨损的优异摩擦学性能.这是由于Ti的掺杂一方面提高了复合薄膜的力学和抗氧化性能,另一方面复合薄膜的(002)基面取向对其摩擦磨损性能发挥了重要作用.     

钛合金表面DLC薄膜的制备及其与不同材料配副的摩擦学性能研究

利用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)在钛合金TC4表面制备了梯度结构DLC薄膜,并研究了DLC薄膜微观形貌结构、力学性能以及不同对偶球材料(包括4种陶瓷与4种金属材料)对其摩擦学性能的影响. 结果表明:所制备的梯度结构DLC薄膜表面相对光滑平坦且与基底结合紧密,具有良好的力学性能;对于陶瓷球/DLC配副,在摩擦过程中由于对偶球硬度较大且耐磨,从而在陶瓷球表面易于形成稳定的碳质转移膜,SiC/DLC、Si₃N₄/DLC和ZrO₂/DLC表现为轻微的磨粒磨损和黏着磨损,而Al₂O₃球表面的碳元素含量较高使得DLC薄膜虽然发生破损和剥落但其摩擦系数仍保持在较低水平;金属球/DLC与陶瓷/DLC相比较,由于金属对偶球硬度较低,在摩擦过程中碳质转移膜无法稳定地覆盖在金属球,引起较高的摩擦系数,Al/DLC主要表现为严重的磨粒磨损,而Brass/DLC、304SS/DLC和GCr15/DLC主要为轻微的磨粒磨损或黏着磨损;SiC/DLC、ZrO₂/DLC、304SS/DLC和GCr15/DLC的DLC薄膜均具有较低的摩擦系数和磨损率且对偶球的磨斑较小,故其为较合理的摩擦副. 赫兹接触分析表明,陶瓷/DLC中除了ZrO₂/DLC,平均摩擦系数和计算接触半径的变化趋势是一致的,而在金属/DLC中并未发现这一规律.      

氟化非晶碳基薄膜摩擦学行为对配副材料的依赖性

为了系统研究氟掺杂对非晶碳基薄膜摩擦学行为的影响,以C_2H_2和CF_4为气源,通过等离子体增强化学气相沉积方法制备不同F含量的非晶碳基薄膜.采用XPS、SEM、Raman光谱以及纳米压痕等技术测定薄膜的微观结构、化学组成和力学性能,利用球-盘式往复摩擦试验机评价薄膜与不同配副材料的摩擦磨损性能.结果显示:较低F含量并未显著影响薄膜与强碳黏着对偶Ti、WC和Si_3N_4的摩擦系数;少量F原子掺杂明显增加了薄膜与弱碳黏着对偶ZrO_2和Al_2O_3的摩擦系数;薄膜与GCr15对偶的摩擦系数随F含量增加而明显升高;高F含量导致薄膜与Cu对偶的摩擦系数产生明显波动,而导致薄膜与Al对偶的摩擦系数显著增加;值得注意的是,高F含量薄膜在不同体系中都表现出高摩擦低磨损的特点.高活性F原子与对偶材料的摩擦化学作用能够合理解释不同体系摩擦学行为.     

Al-DLC薄膜结构及其在水介质下摩擦学性能研究

采用磁控溅射技术,以Al为溅射靶材,甲烷为溅射气体,在不同射频功率下制备了一系列Al含量不同的类金刚石碳基薄膜(AL-DLC).分析了Al含量对薄膜成分、结构及机械性能的影响,并探讨了其在空气和水介质下的摩擦磨损行为.结果表明:Al掺杂使得薄膜中sp~3-C的生长受到抑制,sp~2-C增加,表面吸附水分子能力变强,在水介质摩擦过程中的剪切阻力变小,从而使得摩擦磨损减小.通过调整射频功率可以对薄膜中Al含量进行调控,在最优Al含量时,Al-DLC在空气和水介质中均具有优异的摩擦学性能.     

Thermal analysis of thin multi-layer metal films during femtosecond laser heating

Multi-layer metals films are widely used in modern engineering applications such as gold-coated metal mirrors used in high power laser systems. A transient heat flux model is derived to analyze multi-layer metal films under laser heating. The two separate system composed of electrons and the lattice is considered to take into account the electron–lattice interaction. The present model predicted the effects of underlying chromium’s thermal properties on temperature rise of the top gold layer. The effects of two adjacent and different metals with different electron–lattice coupling factors are analyzed for the heating mechanism of different lattices. The derived transient model combined with the two different conservation equations for the lattice and electrons are applied for the ultra short-pulse laser heating of a multi-layer film composed of gold and chromium.     

Thermal behaviour of metal films – a hyperbolic two-step model

A perturbation technique is proposed for solution of the generalized equations governing the thermal behaviour of thin metal films described by a hyperbolic two-step model. The generalized equations of this model contains diffusion terms in both the electron and lattice energy equations and assumes that incident laser radiation is absorbed by both the electron gas and solid lattice to account for the thermal behaviour of semiconducting and impure metals. A perturbation technique is utilized to eliminate the coupling between the electron and phonon energy equations when the normalized temperature difference between electrons and phonons is a small quantity, which is true in materials exhibit high coupling factors. Received on 6 January 1999     

Enzyme–metal nanocomposites for antibacterial applications

Metal nanoparticles have been used as antibacterial agents widely, and the combined use of enzymes and metal nanoparticles promotes antibacterial activity, achieving a synergistic effect. Additionally, enzymes decrease the amounts of metals and increase biocompatibility, thereby reducing toxicity of metals. However, the efficiency of enzymes is hindered when coupled with metals, which causes deactivation in the function of enzymes. How can a balance be struck between metals and enzymes? Although the antibacterial mechanism of metal nanoparticles is relatively clear, how enzyme–metal nanocomposites work against bacteria is not conclusive. Here, we describe several examples on the synthesis of enzyme–metal nanocomposites via co-immobilization or in situ reduction and summarize how enzyme–metal nanocomposites combat microorganisms.     

等离子体电解沉积的研究现状

等离子体电解沉积(PED)是一门新兴的材料表面处理技术.本文详细介绍了等离子体电解沉积的机 理及其在材料表面改性、生物材料、电子材料、高性能材料等方面的应用.其基本原理是: 当两极之间的电势差达到一定程度时, 电极与电解液界面处的电势突变产生的高电场强度, 可以击穿界面处的钝化膜、气体等电介质, 使得电极表面局部瞬间高温并发生复杂的物理、 化学反应, 从而在电极表面制备特定性能的陶瓷层或渗透层.在结构材料的应用方面, 可以 利用PED技术在铝合金、钛合金、镁合金等轻金属表面制备陶瓷层、可以对钢铁基体进行快 速碳氮共渗或涂覆金属镀层, 以提高这些材料的抗磨擦、耐腐蚀等性能.选择含有钙、磷元 素的电解液或是在电解液中添加羟基磷灰石粉末进行PED处理, 可以在钛合金表面制备具有 生物活性的陶瓷膜, 从而使植入体与自然骨形成分子水平的化学键合.选择适当的电解液, 可以制备BaTiO等离子体电解沉积;陶瓷层;表面改性;生物 材料;电子薄膜;DLC薄膜;氮化碳Plasma electrolytic deposition,Ceramic layer,Surface modification,Biomaterials,Electrolytic films,DLC films,Nitrogen-containing carbon films国家自然科学基金(50071066)2004年5月25日等离子体电解沉积(PED)是一门新兴的材料表面处理技术.本文详细介绍了等离子体电解沉积的机 理及其在材料表面改性、生物材料、电子材料、高性能材料等方面的应用.其基本原理是: 当两极之间的电势差达到一定程度时, 电极与电解液界面处的电势突变产生的高电场强度, 可以击穿界面处的钝化膜、气体等电介质, 使得电极表面局部瞬间高温并发生复杂的物理、 化学反应, 从而在电极表面制备特定性能的陶瓷层或渗透层.在结构材料的应用方面, 可以 利用PED技术在铝合金、钛合金、镁合金等轻金属表面制备陶瓷层、可以对钢铁基体进行快 速碳氮共渗或涂覆金属镀层, 以提高这些材料的抗磨擦、耐腐蚀等性能.选择含有钙、磷元 素的电解液或是在电解液中添加羟基磷灰石粉末进行PED处理, 可以在钛合金表面制备具有 生物活性的陶瓷膜, 从而使植入体与自然骨形成分子水平的化学键合.选择适当的电解液, 可以制备BaTiO等离子体电解沉积;陶瓷层;表面改性;生物 材料;电子薄膜;DLC薄膜;氮化碳Plasma electrolytic deposition,Ceramic layer,Surface modification,Biomaterials,Electrolytic films,DLC films,Nitrogen-containing carbon films国家自然科学基金(50071066)2004年5月25日等离子体电解沉积(PED)是一门新兴的材料表面处理技术.本文详细介绍了等离子体电解沉积的机 理及其在材料表面改性、生物材料、电子材料、高性能材料等方面的应用.其基本原理是: 当两极之间的电势差达到一定程度时, 电极与电解液界面处的电势突变产生的高电场强度, 可以击穿界面处的钝化膜、气体等电介质, 使得电极表面局部瞬间高温并发生复杂的物理、 化学反应, 从而在电极表面制备特定性能的陶瓷层或渗透层.在结构材料的应用方面, 可以 利用PED技术在铝合金、钛合金、镁合金等轻金属表面制备陶瓷层、可以对钢铁基体进行快 速碳氮共渗或涂覆金属镀层, 以提高这些材料的抗磨擦、耐腐蚀等性能.选择含有钙、磷元 素的电解液或是在电解液中添加羟基磷灰石粉末进行PED处理, 可以在钛合金表面制备具有 生物活性的陶瓷膜, 从而使植入体与自然骨形成分子水平的化学键合.选择适当的电解液, 可以制备BaTiO等离子体电解沉积;陶瓷层;表面改性;生物 材料;电子薄膜;DLC薄膜;氮化碳Plasma electrolytic deposition,Ceramic layer,Surface modification,Biomaterials,Electrolytic films,DLC films,Nitrogen-containing carbon films国家自然科学基金(50071066)2004年5月25日等离子体电解沉积(PED)是一门新兴的材料表面处理技术．本文详细介绍了等离子体电解沉积的机理及其在材料表面改性、生物材料、电子材料、高性能材料等方面的应用．其基本原理是：当两极之间的电势差达到一定程度时，电极与电解液界面处的电势突变产生的高电场强度，可以击穿界面处的钝化膜、气体等电介质，使得电极表面局部瞬间高温并发生复杂的物理、化学反应，从而在电极表面制备特定性能的陶瓷层或渗透层．在结构材料的应用方面，可以利用PED技术在铝合金、钛合金、镁合金等轻金属表面制备陶瓷层、可以对钢铁基体进行快速碳氮共渗或涂覆金属镀层，以提高这些材料的抗磨擦、耐腐蚀等性能．选择含有钙、磷元素的电解液或是在电解液中添加羟基磷灰石粉末进行PED处理，可以在钛合金表面制备具有生物活性的陶瓷膜，从而使植入体与自然骨形成分子水平的化学键合．选择适当的电解液，可以制备BaTiO3、SrTiO3、NaTaO3、SrZrO3等钙钛矿结构电子薄膜．利用有机溶液高电压电解，可以制备类金刚石(DLC)薄膜、氮化碳等高性能的材料．文中对PED涂层的残余应力、涂层与基体的结合力、界面断裂韧性、微观缺陷对宏观性能的影响等力学问题进行了讨论．等离子体电解沉积在轻金属特别是铝合金表面制备陶瓷层已经取得了成功，在钢铁材料的表面处理、DLC薄膜和氮化碳的制备等方面有一些初步进展，在生物活性陶瓷薄膜和电子薄膜方面也有应用前景．     

Effects of interfacial properties on the ductility of polymer-supported metal films for flexible electronics

Polymer-supported metal films as interconnects for flexible, large area electronics may rupture when they are stretched, and the rupture strain is strongly dependent upon the film/substrate interfacial properties. This paper investigates the influence of interfacial properties on the ductility of polymer-supported metal films by modeling the microstructure of the metal film as well as the film/substrate interface using the method of finite elements and the cohesive zone model (CZM). The influence of various system parameters including substrate thickness, Young’s modulus of substrate material, film/substrate interfacial stiffness, strength and interfacial fracture energy on the ductility of polymer-supported metal films is systematically studied. Obtained results demonstrate that the ductility of polymer-supported metal films increases as the interfacial strength increases, but the increasing trend is affected distinctly by the interfacial stiffness.     

滑移区内不同堆焊层熔敷金属的微动摩擦磨损性能研究

采用低氢钠型药皮铬钼钒系堆焊焊条CHR237在45#钢基体上进行手工电弧堆焊,分析不同堆焊层熔敷金属的组织,测试堆焊层熔敷金属的硬度,并对不同堆焊层熔敷金属的微动摩擦磨损性能进行研究.结果表明,基体金属与堆焊层熔敷金属具有类似的摩擦特性,但基体金属的微动磨斑尺寸最大,随着堆焊层数增加,磨斑尺寸逐渐减小,堆焊层熔敷金属的耐磨性能提高.     

MICROBE-METAL-INTERACTIONS FOR THE BIOTECHNOLOGICAL TREATMENT OF METAL-CONTAINING SOLID WASTE

In nature, microbes are involved in weathering of rocks, in mobilization of metals from minerals, and in metal precipitation and deposition. These microbiological principles and processes can be adapted to treat particulate solid wastes. Especially the microbiological solubilization of metals from solid minerals （termed bioleaching） to obtain metal values is a well-known technique in the mining industry. We focus here on non-mining minerai wastes to demonstrate the applicability of mining-based technologies for the treatment of metal-containing solid wastes. In the case study presented, microbial metal mobilization from particulate fly ash （originating from municipal solid waste incineration） by Acidithiobacilli resulted in cadmium, copper, and zinc mobilization of 〉80%, whereas lead, chromium, and nickel were mobilized by 2, 11 and 32%, respectively. In addition, the potential of HCN-forming bacteria （Chromobacterium violaceum, Pseudornonas fluorescens） was investigated to mobilize metals when grown in the presence of solid materials （e.g.,copper-containing ores, electronic scrap, spent automobile catalytic converters）. C. violaceum was found capable of mobilizina nickel as tetracyanonickelate from fine-grained nickel powder. Gold was microbially solubJlized as dicyanoaurate from electronic waste. Additionally, cyanide-complexed copper was detected during biological treatment of shredded printed circuit-board scraps. Water-soluble copper and platinum cyanide were also detected during the treatment of spent automobile catalytic converters.