1 西安工业大学光电工程学院, 陕西 西安 710021
2 西安工业大学兵器科学与技术学院, 陕西 西安 710021
随着身管射击类**发射速率及弹药量的增大, 对内膛镀层的机械特性提出了更高的要求, 使得传统的电镀铬工艺已逐渐无法满足其需求。因此采用真空电弧离子镀技术在PCrNi3MoV合金钢(特种钢)基体表面以相同工艺分别制备了厚度为20 μm和50 μm的金属铬镀层, 并对其表面形貌、力学和摩擦学相关性能进行检测。通过研究镀层厚度对形貌的影响, 发现沉积较厚的镀层对减少表面缺陷、提高表面质量有着积极作用; 通过测试基体表面镀膜前后的力学和摩擦学相关性能参数, 得出镀层摩擦系数在0.32~0.42之间, 比目前国内使用电弧离子镀技术制备的Cr镀层摩擦系数(0.35~0.45)降低了0.02, 与基体结合强度为45.3 N, 显微硬度达到15.01 GPa。在对比镀层厚度对表面耐磨性的研究过程中发现, 沉积较厚的镀层有利于耐磨性的提升, 其中50 μm厚Cr镀层经过1 800次摩擦后表面仅有轻微磨损, 其磨损率为0.000 13 mm3/(N·m), 耐磨性较之未镀膜的基体提高了75.93% , 这将对延长射击类**的身管服役时效及推进防护涂层事业的发展有着重要意义。
电弧离子镀 Cr镀层 表面形貌 机械特性 耐磨性 arc ion plating Cr plating surface morphology mechanical properties wear resistance
西安工业大学光电工程学院,陕西 西安 710021
为实现铌酸锂光学器件的高效集成,在其表面制备亚波长结构是实现其光学特性的最佳方式。然而,目前使用的聚焦离子束刻蚀、激光刻蚀、湿法刻蚀等方法很难简单、经济、较快地制备铌酸锂亚波长结构。鉴于此,本课题组基于有限元仿真及低能离子束刻蚀技术,研究了不同离子束参数下刻蚀的铌酸锂亚波长结构及其透射率。采用Lambda950分光光度计和原子力显微镜分别对刻蚀后的铌酸锂样品的透射率、均方根粗糙度、纳米结构的纵向高度和表面形貌进行了分析。结果表明:当离子束入射角度为70°、入射能量大于600 eV、束流大于40 mA、刻蚀时间大于60 min时,铌酸锂样品表面形成了大面积的锥形纳米结构,并且纳米结构的高度随着离子束刻蚀参数的增大而增大;在可见光波段,铌酸锂表面纳米结构越高,增透效果就越明显;当入射能量为1000 eV、离子束束流为40 mA、入射角度为70°、刻蚀时间为120 min时,铌酸锂表面刻蚀出了纵向高度为143.5 nm的锥形结构,此时在可见光范围内铌酸锂样片的峰值透射率为83.5%,相较于原片的透射率提高了约12.5个百分点。
表面光学 铌酸锂 亚波长结构 光学性能 离子束刻蚀 透射率
光子学报
2022, 51(12): 1223001
红外与激光工程
2021, 50(2): 20200302
西安工业大学 光电工程学院 陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室, 陕西 西安 710021
KDP晶体在惯性约束核聚变光学系统中具有十分重要的作用, 针对如何制造出满足应用要求的KDP晶体元件仍然是一个难点的问题。进行了采用飞切加工技术对KDP晶体平面元件的加工工艺研究。介绍了飞切加工的技术原理, 以及影响表面粗糙度的因素; 通过相应的工艺实验, 对KDP晶体加工检测过程中可能影响表面粗糙度的各个因素进行了研究。实验结果表明: 金刚石刀具参数、加工参数、以及加工后表面清洁方式都会影响表面粗糙度, 但是金刚石刀具参数对表面粗糙度的影响最大。采用前角为-45°、圆弧半径为5.0mm的金刚石刀具, 以及最优的加工参数, 可以获得表面粗糙度Sa优于1nm的超光滑表面。研究结果对飞切加工KDP晶体平面元件提供了有效的工艺方案, 具有广泛的工程应用价值。
单点金刚石切削 飞切 KDP晶体 表面粗糙度 single point diamond turning fly-cutting KDP crystal surface roughness
西安工业大学 光电工程学院, 陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室, 西安 710021
使用微波回旋共振离子源制备蓝宝石(A向)自组织纳米结构, 研究不同入射角度下Kr+离子束刻蚀蓝宝石表面形成的自组织纳米结构及其形成过程.采用等离子体与离子束刻蚀设备在不同入射角度下对蓝宝石样品表面进行刻蚀并通过Taylor Surf CCI2000非接触式表面测量仪和原子力显微镜分别对刻蚀后的蓝宝石样品的刻蚀速率及表面形貌进行分析.研究表明: 当离子束能量为400 eV,加速电压为200 V,离子束流密度为310 μA/cm2时, 小角度入射下, 蓝宝石样品表面出现纵向尺度较小的有序点状纳米结构; 随着入射角度的增加, 样品表面形成条纹状纳米结构, 30°时形成短程有序且纵横比为0.87的条纹状结构; 入射角度继续增加, 纵向高度减小直至纳米结构消失; 当角度达到60°附近, 蓝宝石表面又出现条纹状结构, 70°时形成了短程有序且纵横比为1.07的条纹状结构.自组织纳米结构的形成先以“岛状”形式出现, 随后岛上生长出条纹状纳米结构, 随着刻蚀时间的增加, 岛状条纹结构纵向尺度增大且有序性增强, 纳米结构的横向周期不变.
低能Kr+离子束 自组织纳米结构 条纹状纳米结构 蓝宝石 表面形貌 刻蚀速率 原子力显微镜 Low energy Kr+ ion beam Self-organized nanostructure Striped nanostructures Sapphire Surface morphology Etching rate Atomic force microscope
西安工业大学光电工程学院, 陕西 西安 710032
在不同氪(Kr)离子束参数下,研究了微波回旋共振离子源对旋转蓝宝石样片表面的刻蚀效果。采用四因素三水平正交实验,分析了Kr
+离子束的入射角度、离子束能量、束流密度、作用时间对辐照后蓝宝石表面结构的影响规律,研究了离子束参数与蓝宝石表面粗糙度、刻蚀速率的关系。实验结果表明:当离子束入射角度为60°、能量为600 eV、束流密度为239 μA·cm
-2、作用时间为90 min时,样品表面的粗糙度最大,且形成的表面形貌具有明显的点状结构;在同样的离子束入射角度、能量和束流密度下,作用时间为30 min时,刻蚀速率最大,表面形貌点状结构密集。利用最优参数组合可得到良好的点状纳米结构、最优的粗糙度和刻蚀速率。
材料 低能离子束刻蚀 自组织纳米结构 粗糙度 刻蚀速率 表面形貌 激光与光电子学进展
2019, 56(12): 121601