利用激光熔覆工艺制备锡基合金熔覆层、镍/锡基合金熔覆层,对两种熔覆层的显微组织、硬度及摩擦磨损性能进行分析,并与铸造锡基巴氏合金进行对比。结果表明:锡基合金熔覆层由方块状SnSb、花瓣状Cu6Sn5和基体相α-Sn组成。由于镍元素的扩散作用,在镍/锡基合金熔覆层底部生成了NixSny和CuNiSb2混合相;两种激光熔覆层在截面深度0.1~0.7 mm处的显微硬度差别不大,均约为50 HV;随着截面深度增大,镍/锡基合金熔覆层的硬度急剧升高,这是因为过渡层中的镍元素扩散到了熔覆层,形成了Sn-Ni金属间化合物,增大了这一区域的硬度;镍/锡基合金熔覆层和锡基合金熔覆层的平均摩擦因数分别为0.165和0.199,均优于铸造锡基巴氏合金;两种激光熔覆层的磨损机理为表面疲劳磨损,磨损面有点蚀现象。铸造锡基巴氏合金的磨损较为严重,出现了犁沟,磨损机理为表面疲劳磨损和磨粒磨损。

研究Q235钢表面激光熔覆钛涂层的显微组织、物相组成及耐蚀性能。采用激光熔覆技术在钢材表面先制备镍金属层作为过渡层, 再通过激光熔覆技术制备出钛的表面层。采用SEM观察了熔覆层的表面形貌, 采用Zahner Zennium 型电化学工作站对熔覆层的耐蚀性能进行了研究。结果表明, 过渡层的引入可以显著改善钢材和钛连接处材料界面的状况, 能有效减少脆性金属间化合物的生成; 可以显著改善涂层的表面成型质量; 制备出的涂层的耐蚀性比基体材料要好。过渡层的厚度以及表层熔覆工艺中对过渡层的稀释率的控制, 是熔覆层成型质量的关键。

为了降低紫外固化系统光源的热辐射，根据光学薄膜理论，以HfO2、AlF3和Cr作为镀膜材料，采用反射与吸收相结合的结构，设计了紫外高反射、可见/近红外高吸收的滤光膜。通过在基底和膜系之间增镀Al膜作为过渡层，提高了薄膜的牢固性。通过优化工艺参数，研制了220～400 nm波段平均反射率为90.6%、420～2000 nm波段平均吸收率为92.4%的滤光膜。

分别对厚度为1.0，1.5，2.0 mm的不锈钢-碳钢层合板进行激光弯曲试验。采用金相显微镜、电子探针和扫描电镜能谱仪对激光弯折区的元素扩散现象进行分析；采用纳米压痕试验测得过渡层附近的纳米硬度及弹性模量分布，对过渡层处纳米硬度、弹性模量和屈服强度的变化进行了分析。结果表明，弯折区过渡层处元素沿板厚方向连续稳定扩散，Fe、Ni、Cr元素扩散范围相近，1.0，1.5，2.0 mm厚层合板的过渡层厚度分别增加了2.5，3.5，3.0 μm。元素扩散促进了过渡层的冶金结合，保证了层合板过渡层的材料性能。

硫化锌在3~5 μm和7.7~9.3 μm两个波段具有较高透过率,但其脆性大、耐摩擦性能较差,在其表面镀制类金刚石膜保护膜可显著提高其使用性能。直接在硫化锌基底沉积类金刚石膜难以实现,采用匹配层与过渡层的设计思想,制备出类金刚石膜与硫化锌基底之间相互牢固结合的过渡层。通过等离子体化学气相增强法在过渡层上成功制备类金刚石膜。研究了射频功率、气压等对保护膜系力学性能的影响。结果表明,镀制了硬质保护薄膜的硫化锌窗口在3~5 μm和7.7~9.3 μm双波段的平均透过率均高于90%,膜层硬度为硫化锌窗口近5倍。经环境试验之后,膜层光学性能与机械性能均无变化。

在高温环境下, 由于不匹配性而产生的热应力是影响薄膜结构及性能稳定性的重要因素。本文使用有限元的方法, 从热应力的角度研究分析了高温环境下导致薄膜损伤的内在机理及相关可能的改善方法。仿真结果表明, 在高温环境下, 基板与薄膜匹配性对系统热应力的大小及结构的稳定性有非常大的影响; 相比白宝石 //TiO2系统, Si//TiO2薄膜存在较高的应力水平及边缘应力集中与突变现象; 采用 TiO2+SiO2复合过渡层的方法对于降低和调控薄膜-基底应力梯度的变化有很好的作用。

以商用纯锆为基材，采用激光立体成形技术分别沉积了单层和多层Zr55Al10Ni5Cu30非晶合金，并对沉积层及其基体界面区域的成分和组织结构进行了分析。结果表明，沉积层主要由非晶构成，晶化程度随着沉积层数的增加无显著增加；沉积层的晶化主要存在于每一层的热影响区，近层间和道间搭接部分晶化最为严重，并且层间的晶化比道间的更显著；沉积层与基体的结合方式为冶金结合，在基体和沉积层间存在一薄层过渡区，其最大厚度仅为35 μm，基体的成分稀释主要发生在此过渡区，并在过渡区出现了局部外延枝晶生长。

研究了在气动效应或爆破冲击环境条件下, 尖晶石和蓝宝石制作的中波红外成像制导导引头整流罩的设计方法。对在大气中高速飞行的成像导引头整流罩, 进行了气动效应仿真分析和电弧风洞模拟实验。采用在尖晶石外表面, 镀制金刚石保护膜的方法实现了尖晶石整流罩的消热设计。对在高压爆破冲击环境条件下成像导引头整流罩的耐冲击要求, 采用在导引头金属壳体与整流罩的连接处增加过渡缓冲层的方法, 较大降低了子母弹在切壳和抛撒分离过程中作用于尖晶石整流罩的传导压应力。研究表明, 在中波红外光学成像整流罩的设计中, 采用尖晶石代替蓝宝石可以满足不同环境条件的技术要求。

CVD ZnS是中长波前视红外窗口和整流罩的合适材料,文中从折射率、热应力、透射波段和附着力等方面考虑,由实验设计出HfO2,非晶膜双层结构作为ZnS与金刚石保护膜问的过渡层,采用射频反应磁控溅射技术在ZnS表面制备过渡膜层,并采用划痕法研究了薄膜的显微结构对其与衬底间附着力的影响.结果表明,金刚石能够在HfO/非晶膜过渡层上形核、生长,得到优质的保护膜,同时过渡层也缓解了金刚石膜与ZnS衬底间由于热膨胀系数的较大差异而引起的膜层脱落问题,单面沉积过渡层的ZnS在2～12μm范围具有增透膜的作用.与A1N/非晶膜组成的过渡层相比,HfO2/非晶膜组成的过渡层具有更小的残余应力.在典型实验条件下,该过渡层与ZnS衬底附着性良好,研究发现薄膜的显微结构对附着力的大小有重要影响,形成细小致密的柱状纤维结构,有利于提高附着力.

用电子束蒸发沉积方法在X切LBO(X-LBO)晶体上镀制了两种不同膜系结构的1 064和532 nm倍频增透膜,其中一种膜系结构为基底/ZrO2/Y2O3/Al2O3/SiO2/空气,另一种为基底/0.5Al2O3/ZrO2/Y2O3/Al2O3/SiO2/空气,两种膜系结构的主要差别在于有无氧化铝过渡层.测量了薄膜的反射率光谱曲线,发现两种增透膜在1 064和532 nm处的反射率均小于0.5%,实际镀制结果与理论设计曲线的差异主要是由材料折射率的变化引起的.且对样品在空气环境中进行了温度为473 K的退火处理,结果发现两种膜系结构均表现了较优异的光学性能,氧化铝过渡层的加入使薄膜具有强的热应力性能.