1 1.天津大学 材料科学与工程学院, 天津 300350
2 2.中国科学院 宁波材料技术与工程研究所, 新能源技术研究所,宁波 315201
3 3.河北工业大学 机械工程学院, 天津 300130
4 4. Department of Physics, Chemistry, and Biology (IFM), Linköping University, Linköping 581 83, Sweden
锆合金表面涂层研究作为提高核燃料包壳事故容错能力的重要技术手段之一, 能够有效解决失水事故下锆水反应的问题。Zr2Al3C4以其优异的抗氧化性能和适用于核环境的化学组分而成为锆合金包壳的候选涂层材料之一。由于Zr2Al3C4涂层与锆合金基底之间的元素扩散以及热膨胀系数不匹配等问题, 在其上制备Zr2Al3C4涂层的相关研究较少。本研究通过磁控溅射结合后续热处理工艺, 以Al/Mo-C作为扩散屏障层, 在锆合金基底上制备Zr2Al3C4涂层。结合X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等分析手段, 研究了Al/Mo-C中间层对涂层的相和微观结构的影响。结果表明, 在800 ℃退火3 h后, 未添加中间层的涂层开裂, 同时由于Zr-Al-C涂层与基底之间存在明显的元素扩散, 导致Zr2Al3C4无法成相。Al/Mo-C中间层作为扩散屏障, 能够有效阻止退火过程中Zr-Al-C涂层和基底之间的元素扩散, 从而大大降低Zr-Al-C涂层与标准化学量比的偏差, 有利于最终涂层中Zr2Al3C4相的形成。此外, 该扩散屏障层能够抑制Zr2Al3C4涂层在退火过程中产生裂纹, 同时将退火态涂层与锆合金基底的结合力提高30 N。
Zr2Al3C4 中间层 扩散屏障 结合力 Zr2Al3C4 coating interlayer diffusion adhesion
1 华南师范大学广东省微纳光子功能材料器件重点实验室, 广东 广州 510006
2 广东省工业超短脉冲激光技术企业重点实验室, 广东 深圳 518055
汽车制造时将钢/铝合金结合起来使用, 能够实现车身强度不降低的前提下, 极大地减轻车身的质量, 以实现节能减排的目的。选取100 mm×50 mm×1.5 mm的DC01冷轧钢板和相同尺寸的6010铝合金进行光纤激光搭接焊接试验。试验发现, 当激光功率P=1 900 W, 焊接速度v=45 mm/s, 离焦量f=-3 mm时获得的焊接接头剪切强度达到最大值100.21 MPa。随后在搭接面添加0.2 mm的Cu中间层后, 实验结果表明, 添加Cu中间层后接头强度提升到144.91 MPa, 焊缝中心硬度显著提高。金相显微镜观察表明, 添加Cu中间层可以增大焊缝深宽比, 同时细化晶粒。XRD结果表明, 添加中间层后有新物相生成, 主要为Al-Cu系化合物。EDS线扫描结果发现, 添加中间层后金属间化合物层由40 μm降低至20 μm。
钢/铝合金激光焊接 汽车轻量化 中间层 金属间化合物 剪切强度 steel/aluminum alloy laser welding automotive lightweight intermediate layer intermetallic compound shear strength
华侨大学信息科学与工程学院 福建省光传输与变换重点实验室, 福建 厦门 361021
为了提高双结叠层有机太阳能电池(OSCs)的性能, 我们对有机小分子叠层OSCs的中间层(IL)、阴极界面层(CL)和活性层进行了优化。首先,研究不同低功函数的金属纳米粒子(Mg、Ag、Al和Ca)作为IL对叠层OSCs性能的影响, 得到了最优的IL材料为0.1 nm厚的金属Al, 使得叠层OSCs的PCE提升了50.9%。其次, 研究了不同低功函数金属(Mg、Al和Ca)作为CL对叠层OSCs性能的影响, 并得到了最优的CL金属材料为Mg, 与Al作为CL的叠层OSCs对比, 采用Mg作为CL的器件PCE提升了20.7%。最后采用窄带隙材料DTDCTB取代中带隙材料boron subphthalocyanine chloride(SubPc)作为后子电池的活性层, 与仅采用SubPc的叠层OSCs相比, PCE提升了30.2%。当前后子电池均采用体异质结结构后, 最终叠层OSCs的PCE达到了4.04%, 与最初未优化前OSCs的PCE(2.1%)相比, 最优OSCs的PCE提升了92.4%。
叠层有机太阳能电池 中间层 阴极界面层 体异质结 tandem organic solar cell intermediate layer cathode interface layer bulk heterojunction
大连理工大学材料科学与工程学院辽宁省先进连接技术重点实验室, 辽宁 大连 116024
提出了加入Ni中间层的6061铝合金与DP980高强钢搭接接头激光诱导电弧复合连接技术,采用该技术实现了6061铝合金与DP980高强钢的良好连接。分析了Ni中间层对搭接接头力学性能、微观组织的影响,并分析了Ni中间层在焊接过程中的作用。使用光学显微镜、扫描电镜、电子探针、X射线衍射仪等对典型焊接接头的显微组织、元素分布进行分析。结果表明:在铝合金与高强钢之间加入Ni中间层,能有效阻止Fe元素向铝合金基体中扩散,并改变了6061/DP980界面金属间化合物的种类及分布,金属间化合物的厚度明显减小,金属间化合物主要由FeAl3和Fe2Al5组成,Ni元素也发生扩散,并主要以Al-Ni化合物及Fe(Ni)固溶体的形式存在于焊缝中。添加Ni中间层焊接接头的剪切拉伸载荷可达到173 N/mm,比未添加Ni中间层的接头提高了约35%。
激光技术 激光诱导电弧 复合焊接 铝合金 高强钢 Ni中间层
1 华侨大学机电及自动化学院, 福建 厦门 361021
2 北京工业大学北京市激光应用技术工程技术研究中心, 北京 100124
3 哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150001
采用中间过渡层的新方法研究了黄铜焊接气孔的控制,对比分析了以紫铜为中间层的黄铜激光焊接和常规激光焊接获得的焊缝的气孔率,结果表明:在中间层条件下,焊缝表面和内部的气孔率均大幅降低;随着焊接速率增大,气孔率逐渐减小,当焊接速率为2.2 mm/s时,气孔率几乎为零;当焊接参数相同时,中间层条件下的焊缝气孔率仅为常规激光焊接的1/3,焊接接头的力学性能优于常规激光焊接。在焊缝成形良好的前提下,验证了采用紫铜为中间层的焊接方法控制黄铜激光焊接气孔缺陷的有效性。
激光技术 激光焊接 紫铜中间层 黄铜 焊接气孔
1 温州大学机电工程学院, 浙江 温州 325035
2 浙江省激光加工机器人重点实验室, 浙江 温州 325035
针对新能源车用Cu/Al焊接端子的功能特点, 以Ag为中间层开展铜铝激光熔钎搭接焊工艺研究。通过添加不同厚度的银镀层和银箔, 分析接头抗拉强度、电阻率、显微形貌和组织成分变化。结果表明, Ag中间层添加有利于改善焊缝成型和焊接质量, 接头抗拉强度和电阻率均随Ag中间层厚度的增加先减小后增大; 在添加厚度为20 μm银箔时, 抗拉强度提高了近1/3, 电阻率减小至8.6×10－8/Ω·m。这主要与Ag有效抑制铜铝液相熔合、控制二元脆硬相生成有关。在铜侧边界形成“啮齿状”Al-Al2Cu-Ag2Al三元共晶相, 熔化区以枝晶α-Al为主, 界面层化合物种类少、分布均匀, 内部拉应力产生的裂纹减小, 有利于提高接头强度和降低电阻率。
Cu/Al激光熔钎焊 银中间层 抗拉强度 电阻率 显微组织 Cu/Al laser brazing welding Ag middle layer tensile strength resistivity microstructure
基于ITO/NPB/TCTA/Ir(MDQ)2(acac)∶TCTA/FIrpic∶TmPyPb/Ir(ppy)3∶TmPyPb/TmPyPb/LiF/Al结构的三原色白光器件, 通过分别在蓝光与红光、绿光发光层界面处插入2 nm TCTA与2 nm TmPyPb中间层, 研究了中间层的有无对器件性能的影响。结果表明, 中间层的引入可以调整激子的分布, 影响能量转移。具有双中间层的器件实现了高质量的白光发射, 最大发光效率达到22.56 cd/A。
有机发光二极管 中间层 三原色 能量转移 organic light-emitting diodes(OLEDs) interlayer primary three colors energy transfer
清华大学 信息科学与技术国家实验室, 北京 100084
研究了基于Al2O3中间层的InP/SOI晶片键合技术。该方案利用原子层沉积技术在SOI晶片表面形成Al2O3作为InP/SOI键合中间层, 同时采用氧等离子体工艺对晶片表面进行活化处理。原子力显微镜和接触角测试结果表明, 氧等离子体处理使得晶片的表面特性更适于实现键合。透射电子显微镜和X射线能谱仪测试结果证实, 采用Al2O3中间层可以实现InP晶片与SOI晶片的可靠键合。
晶片键合 等离子表面处理 键合中间层 wafer bonding plasma surface treatment bonding interface layer
1 西安理工大学 材料科学与工程学院, 西安 710048
2 河北沧海核装备科技股份有限公司, 沧州 061300
为了研究激光焊接镁/铝异种金属的工艺方法, 采用4kW光纤激光器对AZ31B镁合金和5083铝合金进行了添加Zn中间层的焊接试验, 得出了Zn中间层对镁/铝异种金属激光焊接接头的影响机理。结果表明,焊接接头组织较为均匀, 热影响区不明显; 镁侧熔合区及焊缝中心部位以α-Mg和α-Mg+Mg17Al12共晶组织为主, 底部为Al固溶体及Mg/Al,Mg/Zn间化合物组成的混合组织; 随着Zn中间层厚度的增加, 焊缝底部生成的Mg/Zn化合物数量增多, Mg/Al间化合物数量明显减少, 且连续分布的状态得到改善, 剪切断裂由解理向混合断裂方式过渡; 当中间层厚度为0.1mm时, 拉剪强度达到最大值25.47MPa。该研究对提升镁/铝异种金属焊接接头的强度是有帮助的。
激光技术 焊接 Zn中间层 金属间化合物 laser technique welding Zn interlayer intermetallic compound
