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氮流量对六方氮化硼(hBN)薄膜结构和力学性能的影响

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表面技术 2024年第5期53卷 52-59页

作者：张丽红张斌高凯雄于元烈唐宏亮张俊彦中国科学院兰州化学物理研究所材料磨损与防护重点实验室兰州730000 中国科学院大学化学工程学院北京100049 上海航天控制技术研究所上海201109

目的研究磁控溅射过程氮气(N_(2))流量对六方氮化硼(hBN)薄膜结构和力学性能的影响,为设计新型结构hBN薄膜提供新思路。方法利用中频电源磁控溅射硼靶,调节不同N_(2)流量(6、12、18、24、30、36 mL/min),沉积4 h后得到hBN薄膜,使用表征... 详细信息

目的研究磁控溅射过程氮气(N_(2))流量对六方氮化硼(hBN)薄膜结构和力学性能的影响,为设计新型结构hBN薄膜提供新思路。方法利用中频电源磁控溅射硼靶,调节不同N_(2)流量(6、12、18、24、30、36 mL/min),沉积4 h后得到hBN薄膜,使用表征工具分析N_(2)流量对hBN薄膜的组成、微观结构、表面形貌以及力学性能的影响。最后使用透射电子显微镜和选区电子衍射对所制备薄膜的纳米晶粒尺寸和晶体点阵结构进行分析。结果XRD结果显示,薄膜物相主要为hBN。XPS结果说明,所制备薄膜为富硼hBN薄膜。薄膜的硬度和弹性模量随N_(2)引入量的增加呈现先下降、后上升的趋势,最大硬度可达7.21 GPa,对应弹性模量为116.78 GPa。薄膜最低的硬度值为1.2 GPa,弹性模量为32.68 GPa。薄膜弹性破坏应变(H/E*)和塑性变形抗力(H3/E*2)随N_(2)引入量的增加也呈现先上升、后下降的趋势,硬度最高薄膜对应的H/E*值为6.414×10^(-2),H3/E*2值为29.27×10^(-3)GPa,最低硬度值对应的H/E*值为3.819×10^(-2),H3/E*2值为1.77×10^(-3)GPa。透射结果显示,当N_(2)引入量从6 mL/min逐渐增加到36 mL/min时,薄膜微观结构由结晶较差的卷曲结构过渡到局部纳米晶结构,最后形成结晶性较好的卷曲结构,并再次证明所制备薄膜为hBN。结论在中频磁控溅射沉积hBN薄膜时,通过调整N_(2)流量可以有效调节薄膜的特殊组成,使结构发生转变,进而影响薄膜的力学性能。

关键词： hBN薄膜 B靶 N_(2)流量力学性能卷曲结构

真空宽载下二硫化钼/碳复合薄膜的超低磨损机制

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中国表面工程 2024年第3期 175-184页

作者：程志强李春燕高凯雄兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室中国科学院兰州化学物理所材料磨损与防护重点实验室

空间装备正朝着重载、长时间运行的方向发展，对润滑材料的性能要求日益提高。当前二硫化钼（MoS2）薄膜主要在真空低载下（<0.5 GPa）服役，因此须发展针对真空宽载（中高载）下服役的二硫化钼复合薄膜。通过非平衡磁控溅射技术制备MoS... 详细信息

空间装备正朝着重载、长时间运行的方向发展，对润滑材料的性能要求日益提高。当前二硫化钼（MoS2）薄膜主要在真空低载下（<0.5 GPa）服役，因此须发展针对真空宽载（中高载）下服役的二硫化钼复合薄膜。通过非平衡磁控溅射技术制备MoS2/DLC复合薄膜，利用SEM、AFM、XRD、XPS、Raman、TEM、真空摩擦试验机等分析薄膜结构、形貌、摩擦学性能及磨损机制。结果显示：DLC的加入能够改善MoS2柱状结构，使复合薄膜更加致密，并且能够促进薄膜以（002）晶面择优取向生长。复合薄膜在真空宽载（0.73～1.27GPa）下均能保持稳定的低摩擦因数（0.02～0.06）和低磨损率(10-10mm3·N-1·m-1)，与MoS2相比降低了三个数量级。通过对磨屑进行分析，发现复合薄膜在摩擦过程能发生石墨化转变，形成有序的石墨结构以及润滑性能优良的（002）取向的MoS2，同时在MoS2催化作用及接触应力诱导下，形成的层间低剪切力的石墨结构及层状的MoS2有利于实现低摩擦因数和低磨损率。非晶碳的加入使得复合薄膜在真空环境下能够保持低摩擦因数和超低磨损率。通过复合结构设计实现了二硫化钼/碳复合薄膜在真空宽载条件下的超低磨损，可为空间超低磨损薄膜的设计、开发和应用提供一定的实验基础和理论指导。

关键词：摩擦磨损 MoS2/DLC复合薄膜致密度真空

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低温等离子体在电化学储能器件表面修饰的应用

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过程工程学报 2022年第9期22卷 1159-1168页

作者：王政德高凯雄张斌中国科学院兰州化学物理研究所材料磨损与防护重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学材料科学与光电技术学院北京100049

面对日益严峻的能源危机和环境污染,人类社会需减少化石燃料使用,发展新能源。以锂离子电池为代表的二次电池作为新能源存储设备在生活中得到了广泛应用。然而,在充放电过程中,以电极材料为代表的电化学储能器件面临体积膨胀、活性物质... 详细信息

面对日益严峻的能源危机和环境污染,人类社会需减少化石燃料使用,发展新能源。以锂离子电池为代表的二次电池作为新能源存储设备在生活中得到了广泛应用。然而,在充放电过程中,以电极材料为代表的电化学储能器件面临体积膨胀、活性物质溶解等问题,影响二次电池的电容量和安全性。对电化学储能器件进行合理的表面修饰是改善上述问题的关键。等离子体具有高活性,可以有效抑制电极材料表面活性物质溶解、避免副反应的发生,提高二次电池的循环寿命和放电容量。本工作对等离子体技术,特别是低温等离子体进行了介绍,并总结了低温等离子体技术在电化学储能器件表面修饰中的最新进展,重点介绍了其在先进电极材料表面的应用,最后讨论了等离子体方法优点,并对其未来面临的挑战和应用进行了展望。

关键词：等离子体电化学储能器件表面改性技术应用

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金属氮化物涂层的高温摩擦学研究进展

中国表面工程 2022年第3期35卷 48-63页

作者：赖振国贾倩唐诗琪高凯雄张斌中国科学院兰州化学物理研究所中国科学院材料磨损与防护重点实验室兰州730000 中国科学院大学材料与光电技术学院北京101408 许昌学院化工与材料学院许昌461000

高温润滑是核工业、航空、船舶和钢铁领域的难题之一。涂层材料可以在不改变原有基材的基础上,极大地提升材料的高温服役性能。氮化物涂层因其耐温性能好、摩擦因数低、耐磨性好等特性,成为该领域的研究热点。从材料的构成和设计出发,... 详细信息

高温润滑是核工业、航空、船舶和钢铁领域的难题之一。涂层材料可以在不改变原有基材的基础上,极大地提升材料的高温服役性能。氮化物涂层因其耐温性能好、摩擦因数低、耐磨性好等特性,成为该领域的研究热点。从材料的构成和设计出发,对单元氮化物涂层、二元氮化物涂层、三元氮化物涂层、多层氮化物涂层和高熵合金涂层等方面进行综述。对氮化物涂层在高温润滑领域的发展进行展望,认为发展非氮化物金属和氮化物金属多元组涂层和高熵合金氮化物涂层建立氮化物涂层数据库将成为新的研究热点,对氮化物涂层在高温润滑与耐磨条件的应用与服役有一定指导意义。

关键词：氮化物涂层多层氮化物电弧离子镀磁控溅射摩擦因数磨损率

层状双氢氧化物的制备及其摩擦学性能研究进展

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中国表面工程 2022年第2期35卷 91-102页

作者：张栋强王园园贾倩孙磊高凯雄张斌兰州理工大学石油化工学院兰州730050 中国科学院兰州化学物理研究所中国科学院材料磨损与防护重点实验室兰州730000 内蒙古科技大学机械工程学院包头014010

具有特殊层状结构的双氢氧化物(LDHs)作为润滑添加剂能极大地降低机械系统的摩擦和材料磨损,但在摩擦学领域对该材料的研究还相对较少。概述了LDHs的结构、性能和制备方法,并对不同制备方法进行比较和评价,重点综述LDHs材料作为油基、... 详细信息

具有特殊层状结构的双氢氧化物(LDHs)作为润滑添加剂能极大地降低机械系统的摩擦和材料磨损,但在摩擦学领域对该材料的研究还相对较少。概述了LDHs的结构、性能和制备方法,并对不同制备方法进行比较和评价,重点综述LDHs材料作为油基、脂基以及水基润滑添加剂时的摩擦学行为。相关研究结果表明:LDHs材料作为油基、脂基以及水基润滑添加剂时可以形成含有金属氧化物的保护膜,该保护膜具有高耐磨性和自润滑能力,可以达到减摩降磨的效果。但是LDHs材料作为油基润滑添加剂时,存在尺寸效应以及分散稳定性差的问题,成为制约其广泛应用的关键因素。通常采用表面改性剂来改善LDHs材料在润滑油中的分散性,如月桂酸、油酸和油胺等。对于层状双氢氧化物的研究和应用具有参考意义。

关键词：层状双氢氧化物摩擦学行为润滑添加剂磨损机械

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铀的表面防腐技术研究进展

中国材料进展 2023年第1期42卷 47-53页

作者：陈丽刘瑞轩孟树文赖振国高凯雄兰州理工大学石油化工学院甘肃兰州730000 中核四〇四有限公司甘肃嘉峪关735100 中国科学院兰州化学物理研究所中国科学院材料磨损与防护重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学材料与光电技术学院北京101408

金属铀因具有优异的放射性能在国防和核能领域具有重要的战略价值。然而,由于铀具有高的反应活性,在大气环境中极易被腐蚀。在众多防腐技术中,表面处理技术被广泛用来提高铀的耐腐蚀性能。聚焦铀表面防腐的需求,重点综述了表面合金化、... 详细信息

金属铀因具有优异的放射性能在国防和核能领域具有重要的战略价值。然而,由于铀具有高的反应活性,在大气环境中极易被腐蚀。在众多防腐技术中,表面处理技术被广泛用来提高铀的耐腐蚀性能。聚焦铀表面防腐的需求,重点综述了表面合金化、电镀、离子注入、离子镀等铀的防腐技术的研究进展,并针对不同技术目前面临的难题,展望了其未来的发展。近年来,离子注入、离子镀技术成为铀防腐领域的研究重点,具有很大的发展潜力。然而,金属铀的防腐性能仍需更进一步提高,复合沉积技术可以结合各种技术的优点,有望制备出耐蚀性更好的铀表面防腐涂层。此外,高功率脉冲磁控溅射技术在防腐领域拥有较大的应用潜力,是制备铀表面高性能防腐涂层的潜在方法,值得进一步研究。另一方面,合理利用铀的氢化腐蚀特性,可能使该材料成为一种优秀的储氢材料。

关键词：铀防腐电镀离子注入离子镀脉冲激光

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新媒体时代广播新闻发展策略探讨

文化产业 2022年第26期 28-30页

作者：高凯雄四川电影电视学院播音主持学院

新媒体的崛起对传统媒体的发展造成了极大冲击。作为媒体行业史无前例的媒介变革,媒体融合为媒体领域的创新发展提供了新的动力。现主要运用文献研究法、调查法等,分析广播新闻在融媒体时代的发展现状,以及广播新闻在节目定位、传播主... 详细信息

新媒体的崛起对传统媒体的发展造成了极大冲击。作为媒体行业史无前例的媒介变革,媒体融合为媒体领域的创新发展提供了新的动力。现主要运用文献研究法、调查法等,分析广播新闻在融媒体时代的发展现状,以及广播新闻在节目定位、传播主体、节目质量等方面存在问题的原因,并提出使用先进设备、提高节目质量、增强节目互动性等有针对性的优化措施,旨在创新传统广播新闻传播的方式,更好地扩大广播新闻节目的受众面。

关键词：广播新闻融媒体时代媒体融合媒介变革新媒体时代传播主体媒体领域受众面

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含氢碳薄膜500℃退火前后摩擦学行为研究

表面技术 2022年第10期51卷 192-199页

作者：黄民备赖振国张斌龙美彪高凯雄张俊彦南岳电控(衡阳)工业技术股份有限公司湖南衡阳421000 中国科学院兰州化学物理研究所材料磨损与防护重点实验室兰州730000 中国科学院大学材料与光电技术学院北京100049

目的为含氢碳薄膜在甲醇发动机中应用提供新思路。方法首先利用BiP–PECVD方法在Si基底上制备了含氢碳薄膜,并在500℃于Ar气氛中进行1 h退火处理。通过纳米硬度、X射线光电子能谱、傅里叶转变红外光谱、激光共聚焦拉曼光谱、场发射扫描... 详细信息

目的为含氢碳薄膜在甲醇发动机中应用提供新思路。方法首先利用BiP–PECVD方法在Si基底上制备了含氢碳薄膜,并在500℃于Ar气氛中进行1 h退火处理。通过纳米硬度、X射线光电子能谱、傅里叶转变红外光谱、激光共聚焦拉曼光谱、场发射扫描电镜、CSM摩擦试验机等,分别评价未退火和500℃退火含氢碳薄膜的结构、力学性能、表面形貌及在干燥空气和甲醇环境中的摩擦学性能。通过对比,研究甲醇的引入对500℃退火含氢碳薄膜摩擦学行为造成的影响。结果500℃退火会改变含氢碳薄膜中碳的杂化方式由sp3–C向sp2–C转变,促使薄膜石墨化,C==C/C—C的值明显增大(从0.67到0.99),硬度降低(从26.5 GPa到22.0 GPa),弹性模量几乎不变,H/E减小,耐磨性变差。在干燥空气中,与未退火碳薄膜相比,500℃退火含氢碳薄膜的摩擦因数降低(从0.031到0.024),磨损率增加了1.27倍,而相应摩擦对偶球的磨损降低(从4.22×10^(–6)mm^(3)到3.99×10^(–6)mm^(3))。而在甲醇环境下,500℃退火含氢碳薄膜的摩擦因数增高(从0.052到0.062),磨损率增加了15.11倍,相应摩擦对偶球的磨损也增高(从6.16×10^(–6)mm^(3)到13.9×10^(–6)mm^(3))。但是,未退火含氢碳薄膜在甲醇环境中的磨损率是干燥环境中的1/2.84,表现出降低趋势;500℃退火的含氢碳薄膜在甲醇环境中的磨损率是干燥环境中的4.14倍。结论含氢碳薄膜经过500℃退火会造成薄膜内部碳原子杂化方式转变,薄膜石墨化,这对干燥环境中薄膜的摩擦学性能有所提高,但并不利于其甲醇环境中的摩擦。

关键词：含氢碳薄膜 500℃退火双极脉冲干燥空气甲醇环境摩擦学性能

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锆基非晶合金的制备工艺研究

锆基非晶合金的制备工艺研究

作者：高凯雄兰州理工大学

学位级别：硕士

本文主要研究了熔体过热处理、冷却速率和Nb元素的添加对Zr基非晶合金的形成能力、热稳定性和力学性能的影响以及作用机理。实验采用磁悬浮-铜模吸铸法在不同铸造功率(5kw、6kw、7kw)和保温时间(0.5min、1min、3min、5min)下制备了直径... 详细信息

本文主要研究了熔体过热处理、冷却速率和Nb元素的添加对Zr基非晶合金的形成能力、热稳定性和力学性能的影响以及作用机理。实验采用磁悬浮-铜模吸铸法在不同铸造功率(5kw、6kw、7kw)和保温时间(0.5min、1min、3min、5min)下制备了直径为3mm的ZrCuAlNiNb合金;在相同铸造功率和保温时间下，制备了直径分别为3mm、4mm、6mm的ZrCuAlNiNb和Zr49.5Cu27Ni4.5Al9Nb10阶梯型合金;同时制备了(ZrAlNiCu)00-xNb(x=0,7,7.5,8,8.5,9)合金试样。分别采用X射线衍射仪、示差扫面热分析仪、万能试验机及扫描电镜等检测设备对试样进行了结构分析、热稳定性分析、压缩试验和断口形貌分析。结果表明：铸造温度升高可以提高非晶的形成能力和热稳定性。在铸造温度及冷却速率等条件不变的情况下，随着保温时间的延长，非晶合金的形成能力和热稳定性降低。当铸造功率为6kw，保温时间为0.5min时，在此条件下制备的ZrCuAlNiNb合金的压缩断裂强度达到1955MPa，塑性达到2.94%。对于特定成分的非晶合金，存在一个最佳的铸造温度及保温时间，即在此铸造条件下制备的非晶合金的压缩断裂强度最高，塑性最好，非晶合金的力学性能在一定程度上可由铸造条件控制。 ZrCuAlNiNb的Ф3mm、Ф4mm、Ф6mm合金均为非晶态。当直径为Ф4mm时，合金压缩断裂强度最高达到1921MPa，当直径为Ф3mm时，合金的塑性应变为1.36%，断裂强度为1875MPa，表现了良好的综合力学性能。ZrCu7NiAlNb0合金直径为Ф3mm和Ф4mm时，合金为非晶态;直径为Ф6mm时，从非晶基体中析出了少量的晶体相。当直径为Ф3mm时，合金的压缩断裂强度达1803MPa，当直径为Ф4mm时，合金的压缩断裂强度和塑性应变分别为1732MPa和1.52%，表现了良好的综合力学性能。冷却速率对非晶合金的形成能力、力学性能和组织有很大的影响，与大直径非晶合金相比，具有相同化学成分的小尺寸的非晶合金表现出更为优异的塑性和良好的压缩断裂强度。 (ZrAlNiCu)00-xNb(x=0,7,7.5,8,8.5,9)合金，均为非晶态。随着Nb含量增加，玻璃化转变温度Tg及晶化开始温度Tx呈先上升后下降的趋势，导致了合金过冷液相区ΔTx和参数γ的变化趋势呈现出先升后降。制备的(ZrAlNiCu)Nb非晶合金的压缩断裂强度和塑性应变量分别达到1975Mpa和5.52%，断口侧面出现大量剪切带，形成多重剪切。适量的Nb元素添加能提高Zr基非晶合金的形成能力、热稳定性、压缩断裂强度和塑性变形能力。

关键词：非晶合金熔体过热处理冷却速率热稳定性力学性能剪切带