CrN中间层阻挡元素扩散的能力研究
第30卷 第2期
2010年4月
航 空 材 料 学 报
JOURNAL OF AERONAUTI CAL MATER I A LS
Vol 130,No 12 Ap ril 2010
Cr N 中间层阻挡元素扩散的能力研究
李伟洲
1,2
, 刘山川2, 宫 骏2, 孙 超2, 姜 辛
3
(1.广西大学有色金属及材料加工新技术教育部重点实验室,南宁530004;2.中国科学院金属研究所金属腐蚀与防护国家
重点实验室,沈阳110016;3.德国锡根大学材料工程研究所,德国锡根57076)
摘要:为了降低涂层和基体间的元素互扩散,采用电弧离子镀技术在N i Cr A lY 防护涂层和DS M11基体间加入Cr N 扩散阻挡层。用扫描电镜(SE M )观察了沉积态Cr N 涂层、退火和氧化态N i Cr A lY/DS M11和N i Cr A lY/Cr N /DS M11的表面和截面形貌;通过能谱(E DS )分析了元素沿防护涂层和扩散阻挡层的截面分布;用X 射线衍射仪(XRD )检测了防护涂层和扩散阻挡层的物相结构;用透射电镜(TE M )观察了样品退火和氧化后扩散阻挡层的形貌特征;利用1100℃恒温氧化实验比较了单一N i Cr A lY 涂层和N i Cr A lY/Cr N 涂层体系的抗氧化能力,结合真空扩散实验分析了高温情况下元素在涂层和基体间的扩散。结果表明:Cr N 扩散阻挡层能有效地抑制合金元素的互扩散。其原因与高温下Cr N →Cr 2N →Ti N 的转变有关;Ti N 在扩散阻挡层的生成有利于防护涂层抗氧化能力的提高。关键词:涂层;扩散阻挡层;Cr N;氧化;元素互扩散
DO I:1013969/j 1issn 110052505312010121011
中图分类号:T B43 文献标识码:A 文章编号:100525053(2010)022*******
收稿日期:2009204208;修订日期:2009205206
基金项目:国家自然科学基金项目(50571101);广西科学基金项目(0731013);广西大学有色金属及材料加工新技术教育部重点实验室开放基金(GXKFJ 214)
作者简介:李伟洲(1975—),男,博士,主要从事材料的表面防护研究工作,(E 2mail )wz 2li@hot m ail .com 。
MCr A lY (M 代表Fe,N i 或/和Co )涂层作为燃气轮机叶片的防护涂层,最近得到广泛的研究和应
用[1～4]。但当服役温度高于1000℃时,MCr A lY 涂层与高温合金基体间的互扩散将加剧,这样不但使涂层表面形成的保护性氧化膜过早脱落而加速涂层
退化,而且会大大损害合金基体的力学性能[5～7]
。为了降低元素互扩散带来的不良影响,常在涂层与
基体间加入扩散阻挡层(diffusi on barrier )[8,9]
。
Cr N 涂层具有硬度高、耐摩擦磨损、抗腐蚀和抗
氧化等特点,一直受到研究人员的关注[10～13]
。由于
具有较高的致密性及与基体较强的界面结合[14,15]
能力,可以考虑将其作为高温防护涂层体系的扩散阻挡层进行研究。属于ⅥA 族的Cr 和ⅤB 族的N 之间的反应活性较低,采用反应溅射法很难获得纯
Cr N 相的涂层[16]
;电弧离子镀(A I P )技术具有能量
高、离化率高等优点[17,18]
,则能较容易地得到单一相的Cr N 涂层,而且此技术沉积速率快、涂层质量好,适合用来制备含Cr N 扩散阻挡层的多层体系。
本研究旨在用电弧离子镀技术在镍基高温合金上沉积Cr N 扩散阻挡层和N i Cr A lY 防护涂层,将含或不含Cr N 扩散阻挡层的样品在1100℃下进行恒温氧化和真空扩散处理,以考察Cr N 阻挡防护涂层和基体间合金元素互扩散的能力及涂层体系的抗氧化能力,为扩散阻挡层的实际应用提供理论依据。
1 实验方法
基材选用镍基高温合金DS M11,化学成分(质
量分数/%)为:Cr 14.0,Co 9.5,W 3.8,Mo 1.5,Ta 2.8,A l 3.0,Ti 4.9,B 0.015,C 0.10,N i 为余
量。在M I P 282800型电弧离子镀设备上沉积Cr N 和
N i Cr A lY 涂层,靶材分别为纯度99%(质量分数)的金属铬和合金N i 223Cr 210A l 20.5Y (质量分数/%)。沉积前对试样进行研磨、湿喷砂和清洗处理。装炉完成后,将样品室的真空度抽至≤7×10
-3
Pa,通入
A r 气至0.2Pa,对试样表面进行弧光轰击清洗-800V /3m in 和-600V /2m in;之后通入N 2至016Pa,沉积Cr N 涂层40m in 后,通入A r 气,保持P A r =0.2～0.3Pa,在DS M11,Cr N /DS M11上沉积N i Cr A lY 涂层360m in 。为了消除涂层沉积时形成的
应力和提高涂层/基体的结合力,将样品在真空环境下进行退火处理:650℃/2h +900℃/4h 。恒温氧化和真空扩散在马弗炉内中进行(真空扩散样品预先
第2期Cr N中间层阻挡元素扩散的能力研究
进行真空封管处理),温度为1100℃,时间为100h。
用X射线衍射(XRD)测定涂层的物相结构,带
能谱(E DS)的扫描电镜(SE M)分析涂层的表面和截
面形貌及元素沿截面的分布,用透射电镜(TE M)观
察扩散阻挡层的形貌。
2 实验结果与分析
2.1 CrN扩散阻挡层的物相及形貌
电弧离子镀沉积的Cr N涂层为纯Cr N相,没有
检测到Cr
2N或其他相,如图1a所示。SE M结果表
明,Cr N涂层表面比较粗糙,有大颗粒附着(图1b);
大颗粒的形成常见于没有采用磁过滤的电弧离子镀
设备制备的涂层[19];截面形貌(图1c)表明Cr N涂
层较为致密,与基体结合良好。
2.2 N i C rA l Y/CrN和N i C rA l Y涂层体系的氧化
产物
真空退火后,N i Cr A lY/Cr N/DS M11样品主要含
γ2N i和γ′2N i
3
A l,有部分α2Cr和β2N i A l相。经过高
温氧化后,涂层表面主要生成α2A l
2
O3;氧化时间由
10h延长至100h对产物的形成影响不大,如图2所
示。
图1 沉积态Cr N涂层的XRD图谱和表面、截面SE M形貌图
Fig.1 XRD patterns and SE M mor phol ogies of the as2deposited Cr N coating (a)XRD patterns;
(b)surface i m age;(c)cr oss2secti on i m
age
图2 N i Cr A lY/Cr N/DS M11样品经退火和
氧化后表层的XRD图谱
Fig.2 XRD patterns of the N i Cr A lY/Cr N/DS M11after
vacuu m annealing,ther mal exposure at
1100℃for10h and100h
扫描电镜结果表明,退火后的N i Cr A lY涂层表
面(图3a)主要是椭球状或者片状的颗粒,堆积成褶
皱形貌;截面形貌(图3b)表明退火后的N i Cr A lY涂
层较为致密,除了灰色的γ/γ′相外,有非连续点状
分布的β2N i A l相[8];扩散阻挡层连续,与基体和防
护涂层结合良好。1100℃氧化10h后,涂层表面出
现明显的针状和鱼鳞状氧化膜(图3c),结合EDS
结果认为主要氧化产物是A l
2
O3膜。延长氧化时间
至100h,鱼鳞状的A l
2
O3膜覆盖于整个涂层的外表
面,如图3d所示。
没有Cr N扩散阻挡层的样品经过1100℃氧化
10h后,其物相结构和表面形貌与N i Cr A lY/Cr N氧
化10h的差别不大;但当氧化时间延长至100h,氧
化产物中除了α2A l
2
O3外,还有明显的N i Cr2O4尖
晶石和Ti O
2
相(图4a)。扫描电镜结果(图4b)表
明涂层表面有较大面积的氧化膜脱落,同时还发现
含N i Cr
2
O4和Ti O2的多孔混合氧化物,证明表面氧
化膜的脱落与N i Cr
2
O4,Ti O2的形成有关[6,20]。
2.3 高温下的元素互扩散行为
图5为样品在1100℃氧化100h后的截面形貌
图和元素线扫描结果。在没有扩散阻挡层的情况
下,经过1100℃/100h的高温氧化,N i Cr A lY/DS M11
样品(图5a)表面形成了厚度不一、疏松的混合氧化
物,同时在防护涂层中还出现了大小不一的孔洞,这
些孔洞的形成与元素互扩散引起的Kirkendall效应
有关。通过元素线扫描分析(图5b)发现,元素在防
护涂层/基体界面附近的分布没有明显梯度变化,在
表面氧化膜中出现了较高含量的Ti元素,说明在高
温氧化过程中基体中的Ti元素已经扩散至涂层表
面;由XRD图谱(图4a)可知涂层表面除了形成
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航 空 材 料 学 报第30
卷
A l 2O 3外,还生成了Ti O 2和N i Cr 2O 4。
与之相比,含Cr N 扩散阻挡层的样品经过1100℃氧化100h 后,在涂层表面生成了厚度均匀、
致密的氧化铝膜(图5c );而在N i Cr A lY 涂层与DS M11基体界面处连续的Cr N 扩散阻挡层消失,取
而代之的是不连续的呈片状分布的富Ti 层。元素线扫描结果(图5d )表明,Ti 元素除了在原来扩散阻挡层位置出现高含量外,在防护涂层中的含量很低,说明它在高温情况下的向外扩散被有效地抑制了。
为了进一步考察Cr N 扩散阻挡层在高温情况下阻挡元素扩散的能力,将N i Cr A lY/DS M11和N i 2Cr A lY/Cr N /DS M11样品在1100℃高温环境中进行
真空扩散处理,截面形貌和元素分布如图6所示。在没有扩散阻挡层的情况下,在涂层与基体界面处出现了较多孔洞,同时在N i Cr A lY 涂层中测到较多
的Ti 元素(图6a );而Cr N 作为扩散阻挡层的情况
下,样品的截面形貌与恒温氧化的情况(图5c )类似,在N i Cr A lY 涂层与DS M11基体界面处形成了不连续片状的Ti N 层,涂层中检测到低含量的Ti 元素。
3 讨论
由上面的结果可知,含Cr N 扩散阻挡层的
N i Cr A lY 涂层对基体有较好的保护作用,即使高温氧化100h 后,涂层表面也没有检测到明显的氧化膜脱落;而在没有扩散阻挡层的情况下,N i Cr A lY 涂层表面除出现有大片脱落区外,还观察到疏松多孔的混合氧化物产生,说明涂层在氧化过程中发生了退化。元素分析结果表明,不管是在恒温氧化还是在真空
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第2期Cr N
中间层阻挡元素扩散的能力研究扩散的情况下,扩散阻挡层对合金元素的互扩散都起到了抑制的作用。为了弄清Cr N 扩散阻挡层的作用机理,有必要对其进行进一步分析。
如图7是将退火态的N i Cr A lY 剥离后对扩散阻挡层进行测试的XRD 图谱。分析表明扩散阻挡层中除含有Cr N 相外,还检测到Cr 2N 和A l N 相。这说明在退火过程中,扩散阻挡层发生了以下的反应:
Cr N +Cr →Cr 2N (1)Cr N +A l →A l N +Cr
(2)
由文献
[21]
可知,在退火温度,氮化物的生成
Gibbs 自由能A l N 是能够发生的。透射电镜观察(图8a )也表明,退火后的扩散阻挡层在中心部位出现了柱状生长 的 图7 退火样品扩散阻挡层的XRD 图谱 (外层N i Cr A lY 被剥离后测试) Fig .7 XRD patterns of the diffusi on barrier after the detach ment of N i Cr A lY overlayer in the annealed N i Cr A lY/Cr N /DS M11s peci m en 1 6 航 空 材 料 学 报第30卷 Cr 2N ,而在与基体界面处检测到A l N 相;Cr N 在真空 处理时转变为Cr 2N 也见于报道[22] 。由此可见,由 于与扩散进入阻挡层的元素发生反应,扩散阻挡层的Cr N 相会转变为Cr 2N 和A l N 相。 在1100℃的高温环境下,元素的扩散被加剧,在浓度梯度的驱动下,基体中的Ti 元素扩散至扩散阻挡层,将发生以下置换反应: Ti +A l N →Ti N +A l (3)Ti +Cr 2N →Ti N +2Cr (4)这就是说在高温氧化或真空扩散的情况下,从 基体扩散至扩散阻挡层的Ti 会与Cr 2N 和A l N 反应最终生成Ti N 相,即使是在较短的时间内,如10h;而生成的Ti N 往往呈弥散分布,如图8b 所示。Ti N 相在扩散阻挡层的生成一方面稳定了来自基体的Ti 元素;另一方面,弥散分布的Ti N 也阻挡了Ti 和其他元素的扩散及提高了涂层与基体的界面结合强度,因此Cr N 扩散阻挡层的加入能够提高防护涂层的抗氧化能力 。 图8 退火和氧化后扩散阻挡层的TE M 形貌图 Fig .8 TE M i m ages of the diffusi on barrier (a )after vacuu m heat treat m ent;(b )100h exposure 4 结论 (1)用电弧离子镀技术制备了Cr N 扩散阻挡 层;Cr N 扩散阻挡层含单一Cr N 相,结构致密、与基体结合良好。 (2)单一的N i Cr A lY 涂层经过1100℃氧化100h 后发生了退化,主要原因与涂层和基体间的元素互扩散有关;Cr N 扩散阻挡层的加入有效地抑制了防护涂层和基体间元素的互扩散,提高了N i Cr A lY 涂层的抗氧化能力。 (3)Cr N 扩散阻挡层降低元素的互扩散与高温下Ti N 层的形成有关;Ti N 层的形成稳定了扩散自基体的Ti 元素,也阻挡了其他元素的扩散。 参考文献: [1]N I CHOLLS J R.Advances in coating design f or high per 2 f or mance gas turbines[J ].MRS Bulletin,2003,28(9):659-670. 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I nterdi ffusi on Barri er Ability of CrN I nterl ayer at Hi gh Te mperature L IW ei2zhou1,2,L I U Shan2chuan2,G ONG Jun2,S UN Chao2,J I A NG Xin3 (1.Key Laborat ory of ne w Pr ocessing Technol ogy f or Nonferr ousM etals andMaterials,M inistry of Educati on,GuangxiUniversity,Nan2 ning530004,China;2.State Key Laborat ory for Corr osi on and Pr otecti on,I nstitute ofMetal Research,Chinese Academy of Sciences, Shenyang110016,China;3.I nstitute of Materials Engineering,University of Siegen,Siegen57076,Ger many) Abstract:I n order t o supp ress the ele ment interdiffusi on,the Cr N interlayer was intr oduced as a diffusi on barrier int o the N i Cr A lY/ DS M11interface by arc i on p lating(A I P)technique.The mor phol ogies of the as2deposited Cr N,the annealed and ther mally exposed N i Cr A lY/DS M11and N i Cr A lY/Cr N/DS M11were observed by scanning electr on m icr oscope(SE M).W ith the aid of energy2dis persive s pectra(E DS),the ele ment distributi on was studied al ong the cr oss2secti on of the s peci m ens.The phase structures of the overlayer and diffusi on barrier were analyzed by X2ray diffracti on(XRD).The mor phol ogies of the diffusi on barriers were observed by trans m is2 si on electr on m icr oscope(TE M)in the annealed and exposed N i Cr A lY/Cr N/DS M11.The oxidati on2resistance of the single N i Cr A lY coating and N i Cr A lY/Cr N dup lex coating was investigated after ther mal exposure at1100℃in air and the ability was evaluated of the Cr N diffusi on barrier t o supp ress element interdiffusi on at high te mperature.The results show that the N i Cr A lY/Cr N coating system p r o2 vides more effective p r otecti on for the substrate than the single N i Cr A lY coating and the diffusi on barrier effectively decreases the ele2 ment interdiffusi on,which is attributed t o the che m ical reacti on of Cr N→Cr2N→Ti N in the diffusi on barrier during vacuu m annealing and ther mal exposure. Key words:coating;diffusi on barrier;Cr N;oxidati on;ele ment interdiffusi on 36 第二章基础知识试题 一、判断题 1．焊缝余高越大，则焊缝的强度越高。（×） 2．焊接接头中最危险的焊接缺陷是气孔。（×） 3．冷裂纹都具有延时性质，所以又称为延时裂纹。（√） 4．促使形成热裂纹的三个主要元素是硫，磷，碳。（√） 5．焊条烘干的目的是为了防止产生气孔而不是防止产生裂纹。（×）6．低碳钢的焊接缺陷主要是气孔而不是裂纹。（√） 7．再热裂纹产生在焊接热影响区的过热晶粒组织中，而热影响区的细晶区和母材都不会产生再热裂纹。（√） 8．水压试验可以用来检验压力容器的致密性和强度。（√） 9．壁厚大于46毫米的压力容器焊缝，常用的探伤方法是磁粉探伤。（×）10．测定热影响区的最高硬度值，可做为该钢材焊接性的一个参考指标。（√） 11．断口检查对未熔合，未焊透等缺陷不敏感。（×） 12．焊接接头的拉伸试验是属于非破坏性检验。（×） 13．对患有心脏病、肺病和神经系统疾病的人，允许他们从事焊接工作。（×）14．所有用电来进行焊接的工人，都有触电的危险。（√） 15．可以用车间内的金属结构、管道和行车轨道等搭连起来，作为焊机的二次导线使用。（×） 16．焊机允许在两端短路的情况下进行启动。（×） 17．焊工在拉、合电闸时，最好双手进行。（×） 18．手弧焊工出汗可在潮湿地点进行焊接作业而发生触电的主要原因是弧焊机的空载电压太高。（√） 19．焊接过程中，在电弧不熄灭的情况下，允许焊工调节焊接电流。（×）20．在容器内焊接时，外面必须设人监护，或两人轮换工作。（√） 21．在容器内焊接时，应有良好的通风措施，照明电压应采用12V。（√）22．严禁用氧气代替压缩空气在容器内进行吹风。（√） 23．高空作业时，不准使用高频引弧器。（√） 24．雨天、雪天、雾天或刮六级以上大风时，禁止高空作业。（√） 25．焊工职业病是由于职业环境、条件所造成，但并不是每个焊工都必定 天喻数据防扩散系统—InteKEY 详细介绍 天喻数据防扩散系统InteKEY旨在对企业中重要的产品设计及文档数据提供有效的保护，在技术上采用先进的加密算法对指定的文件数据进行加密，密钥及核心算法存放于硬件智能卡内，不可跟踪及复制。加密后的文件在企业内部可以正常使用，在企业外部则由于不能获得文件的密钥，无法解析文件的加密数据，从而达到对重要数据进行保护的目的。 ?数据自动保护 整个系统在后台运作，非管理员感觉不到系统的存在。我们承诺：我们的系统安装后不改变设计人员任何操作习惯，不会改变任何操作界面及操作方式。且文件始终以密文形式存储在物理介质上，从而能够有效的防止企业内部信息的流失。 ?软硬件相结合的高度安全加密机制 本系统采用国际上先进的加密算法，结合目前流行的硬件智能卡技术：将核心算法和密钥存放在用于银行系统的智能卡中，智能卡就象一个黑盒子，您只能执行它的程序，但不能跟踪里面的代码，并且物理上不可复制，确保安全。在安全性方面采用三层加密体系：首先是外部存储层，基于智能卡的密钥存储机制，难以获取；然后是传输层，基于3DES的加密传输机制，难以破解；最后是数据加密层，支持高级加密标准算法AES算法，具有较高的加密强度，使任何暴力攻击措施都是徒劳的。 ?用户组织角色管理及多级权限控制 以用户为单位，以部门角色为组织核心进行企业环境架设：可按照部门组织结构进行分级管理，支持批量用户导入。灵活的角色权限分配，完善的特定权限架构，合理的涵盖用户组织角色定制，审批流程设置，加解密，计算机管理，日志管理等各项管理操作权限。 ?支持与域用户集成 支持导入活动目录用户和组织结构，并同步活动目录用户组织信息。用户使用管理、解密和流程应用工具登录时支持与活动目录登录验证绑定。 ?强大的计算机管理功能 在控制台上可对每台客户机的加密功能进行订制，以客户机的硬件号为唯一标识，可以支持动态分配的IP。可以对客户机进行加密软件种类、安全项、联网离线策略分配等应用功能的配置，支持批量和按部门下发，并可完成计算机加密更新，连接，卸载等操作。 引言（BPM） 本课介绍如何定义用户定义的扩散分布。 在某些情况下，在OptiBPM中可用的预定义扩散配置文件可能不能满足您的要求。例如，您可能要引入额外的参数代入方程的折射率，或引入额外的依赖到现有的参数。本课程详细介绍了如何创建一个用户定义的扩散波导使用的表达式中扩散所描述的非凡的折射率分布在铌酸锂，公式1公式7，在技术背景。此外，扩散长度参数将被制成依赖于z轴的位置。 该程序是： ?定义材料 ?创建参考配置 ?定义布局设置 ?定义变量 ?定义功能 ?定义用户定义的配置文件 ?检查对参考配置文件的用户定义的配置文件 在您开始这一课 ?熟悉在第1课的程序：入门。 ?熟悉在第4课的过程：创建MMI星形耦合器。?熟悉在第7课的程序：应用预定义的扩散过程 步行动 1 从文件菜单中选择新建。 ?他的初始属性对话框出现。 2 单击配置文件和材料。?他个人设计师打开。 3 在OptiBPM中设计师1，在材料文件夹，右键单击该介质文件夹并选择新建。?他Dielectric1对话框出现。 4 创建下面的电介质材料：产品名称：空气 折光率（回复:)：1 5 点击S 撕毁。 介电材料的空气被保存在材料文件夹中。 6 在OptiBPM中设计师1，在材料的文件夹，右键单击扩散文件夹并选择新建。?他Diffused1对话框出现。 7 创建下面的电介质材料： 产品名称：锂niobate_1 8 点击S 撕毁。 扩散材料锂niobate_1保存在资料夹中。 建立参考配置 而在配置文件设计，创建一个新的Ti：LiNb03（默认）配置。这 个新的预定义配置文件将作为参考，并且将用于与我们将要设计用 户定义的配置文件进行比较。 步行动 1 在OptiBPM中设计师1，右键单击扩散钛：LiNb03文件夹，然后选择新建。 2 键入下面的配置文件名称：钛：LiNb03简介 3 使用以下（默认）值：横向扩散长度： 4.0扩散长度的深度： 3.5 4 点击S 撕毁。 5 关闭配置文件设计。 焊缝金属中扩散氢含量的测定 一、实验目的 1、掌握测定焊缝扩散氢含量的一种方法。 2、了解手工电弧焊时影响焊缝扩散氢含量的几个因素。 二、实验内容 1、在正常焊接条件下，比较J42 2、J507两种焊条焊缝的扩散氢含量； 2、比较J422、J507两种焊条不烘与焊前烘干温度为200℃×2h的扩散氢含 量。 三、实验准备 1、试样材质选择与试验焊条强度等级相近的钢材。 2、试样尺寸为130×25×12mm，尺寸精度为±1mm，每组三个试样。 3、试样预先做去氢处理：在650℃保温1小时或250±10℃保温6-8小时。 4、试样去除氧化皮和锈。编号、乙醇去水、丙酮去油。清洗后的试样不得 接触油水等物，称重精确至0.1g，记为G。 四、实验方法与步骤 方法： 焊缝扩散氢含量的测定可以采用几种不同的方法。如甘油法、水银法等。我国国家标准规定采用甘油法（GB3965-83）。本次实验即采用甘油法，其测定装置如图1。在整个测试过程中应使甘油槽内的温度恒定为45±1℃。 步骤： 1、准备好焊机选用Φ4直径的焊条，调整好焊接规范，焊接电流比焊条生产厂家推荐的最大电流低15A，误差为±5A。 2、在准备好的试样中间堆焊一道长为115mm、宽为4mm的焊缝，焊接时采用短弧，焊接过程中若灭弧，则该试样作废。 3、停焊后2秒内将试样投入0-20℃的冷却水里摆动冷却，10秒后立即取出。 4、试样取出后清除飞溅物和渣皮，丙酮清洗迅速吹干后放入收集管内。自试样焊完至放入收集管中的时间不超过60秒。 5、24小时后读取所测得的氢的体积，以ml表示。 6、取出试样洗净吹干，冷却后再称重，精确至0.1g ，记为G 1。 图1 甘油法测定扩散氢含量装置示意图 五、实验设备和仪器 1、交、直流焊机 2、甘油法测定扩散氢含量装置（图1） 3、天平、烘箱、温度计 图2 试样及焊缝尺寸 六、实验及实验报告要求 1、严格按照指导书有关内容进行实验。 2、认真做好实验记录、填好附表。 3、根据表中的数据，计算出每块试样焊缝的扩散氢含量，并注明实验条件。 4、将有关数据进行比较，分析影响焊缝扩散氢含量的主要因素。 1、收集到的氢 2、氢气收集管 3、甘油 4、试板 5、甘油槽 6、恒温加热器 7、支撑板 第三章 扩散工艺 在前面“材料工艺”一章，我们就曾经讲过一种叫“三重扩散”的工艺，那是对衬底而言相同导电类型杂质扩散。这样的同质高浓度扩散，在晶体管制造中还常用来作欧姆接触，如做在基极电极引出处以降低接触电阻。除了改变杂质浓度，扩散的另一个也是更主要的一个作用，是在硅平面工艺中用来改变导电类型，制造PN 结。 第一节 扩散原理 扩散是一种普通的自然现象，有浓度梯度就有扩散。扩散运动是微观粒子原子或分子热运动的统计结果。在一定温度下杂质原子具有一定的能量，能够克服某种阻力进入半导体，并在其中作缓慢的迁移运动。 一．扩散定义 在高温条件下，利用物质从高浓度向低浓度运动的特性，将杂质原子以一定的可控性掺入到半导体中，改变半导体基片或已扩散过的区域的导电类型或表面杂质浓度的半导体制造技术，称为扩散工艺。 二．扩散机构 杂质向半导体扩散主要以两种形式进行： 1．替位式扩散 一定温度下构成晶体的原子围绕着自己的平衡位置不停地运动。其中总有一些原子振动得较厉害，有足够的能量克服周围原子对它的束缚，跑到其它地方，而在原处留下一个“空位”。这时如有杂质原子进来，就会沿着这些空位进行扩散，这叫替位式扩散。硼（B ）、磷（P ）、砷（As ）等属此种扩散。 2．间隙式扩散 构成晶体的原子间往往存在着很大间隙，有些杂质原子进入晶体后，就从这个原子间隙进入到另一个原子间隙，逐次跳跃前进。这种扩散称间隙式扩散。金、铜、银等属此种扩散。 三． 扩散方程 扩散运动总是从浓度高处向浓度低处移动。运动的快慢与温度、浓度梯度等有关。其运动规律可用扩散方程表示，具体数学表达式为： N D t N 2?=?? （3-1） 在一维情况下，即为： 22x N D t N ??=?? （3-2） 式中：D 为扩散系数，是描述杂质扩散运动快慢的一种物理量； N 为杂质浓度； t 为扩散时间； x 为扩散到硅中的距离。 四．扩散系数 杂质原子扩散的速度同扩散杂质的种类和扩散温度有关。为了定量描述杂质扩散速度，引入扩散系数D 这个物理量，D 越大扩散越快。其表达式为： KT E e D D ?-=0 （3-3） 1 孪晶和滑移的特点: 相同点: ●宏观上,都是切应力作用下发生的剪切变形; ●微观上,都是晶体塑性变形的基本形式,是晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对另一部分的移动过程; ●两者都不会改变晶体结构; ●从机制上看,都是位错运动结果. 不同点: ●滑移不改变晶体的位相,孪生改变了晶体位向; ●滑移是全位错运动的结果,而孪生是不全位错运动的结果; ●滑移是不均匀切变过程,而孪生是均匀切变过程; ●滑移比较平缓,应力应变曲线较光滑,连续,孪生则呈锯齿状; ●两者发生的条件不同,孪生所需临界分切应力值远大于滑移,因此只有在滑移受阻情况下晶体才以孪生方式形变. ●滑移产生的切变较大(取决于晶体的塑性) ,而孪生切变较小,取决于晶体结构. 2回复机制: 1) 低温回复(0.1-0.3Tm) 点缺陷(空位和间隙原子)运动至晶界出或位错处消失,空位和间隙原子结合消失,空位结合成空位对. 结果导致点缺陷密度降低. 2)中温回复(0.3-0.5Tm) 位错可以在滑移面上滑移或交滑移,使异号位错相遇相消,位错密度下降,位错缠结内部重新排列组合,使变形亚晶规整化. 3)高温回复(>0.5Tm) 位错除滑移外,还可获得足够的能量产生攀移,使滑移面上不规整的位错重新分布, 形成亚晶界和亚晶粒,使弹性畸变能降低. 位错攀移(+滑移)→位错垂直排列(亚晶界) → 多边化(亚晶粒) → 弹性畸变能降低. 4)位错反应形成亚晶肖脱基缺陷离开平衡位置的原子迁移至晶体表面的正常格点位置,而晶体内仅留有空位,晶体中形成了肖特基缺陷 3 滑移: 滑移:是指晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象. 4 固溶强化: 是指由于溶质原子的固溶而引起的强化效应. 5扩散: 扩散:由于物质中原子(或者其他的微观粒子)的微观热运动所引起的强化效应. 影响扩散的因素1. 温度升高,扩散原子获得能量超越势垒几率增大,且空位浓度增大,有利扩散. 2. 原子结合键越弱,Q 越小,D 越大. 3. 在间隙固溶体中,扩散激活能较小,原子扩散较快;在置换固溶体中扩散激活能比间隙扩散大得多. 4. 晶体的致密度越高,原子扩散时的路径越窄,产生的晶格畸变越大,同时原子结合能也越大,使得扩散激活能越大,扩散系数减小. 5. 晶粒尺寸越小,金属的晶界面积越多,晶界扩散对扩散系数的贡献就越大. 6. 晶体中的位错对扩散也有促进作用7. 化学成分影响:若增加浓度能使原子的Q 减小,而D0 增加,则D 增大. 6 多晶体塑性变形的过程 主要为变形的传递和协调1,变形的传递当多晶体中少数取向有利的晶粒开始滑移时, 当一个晶粒位错在某滑移系上动作后, 位错遇到晶粒便塞积起来, 位错的塞积便会产生很大的应力集中, 应力集中使临近晶粒的位错源启动, 原来取向不利的经理开始变形, 相邻晶粒的变形时位错塞积产生的应力集中得以松弛,滑移传递. 2,变形的协调假如多晶体在变形时各个晶粒的自身变形都像单晶体一样, 彼此独立变形互相不约束, 那么在晶界附近变形将是不连续的,会出现空隙或裂缝,为了适应变形的协调,要求临近晶粒的晶界附近区域有几个滑移系动作,就是已变形晶粒自身,除了变形的主滑移系外,在晶界附件也要求有几个滑移系同时动作. 当有大量晶粒发生滑移后,金属便显示出明显的塑性变形. 7 多晶体金属塑性变形的特点 1.各晶粒变形的不同时性和不均匀性. 2.各晶粒变形的相互协调性,需要五个以上的独立滑移系同时动作. 3.滑移的传递,必须激发相邻晶粒的位错源. 4.多晶体的变形抗力比单晶体大,变形更不均匀. 5.塑性变形时,导致一些物理,化学性能的变化. 6.时间性,多晶体金属塑性变形需要一个过程. 8 晶粒大小对材料强度和塑性的影响 材料晶粒越细,室温强度越高,塑性越好,称为细晶强化. 位错理论解释材料晶粒越细,强度越高,塑性越好. 在外加切应力作用下,位错沿着某个滑移面运动,当位错运动至晶界受阻,便塞积起来,产生了应力集中.由于粗品粒晶界塞积的位锗数多,产生的应力集中较大,更容易使相邻晶粒的位错源开动,即在较低的外力下就开始塑性交形,因而粗品粒的屈服强度较低. 9回复再结晶的组织和化学性能的变化 1. 组织的变化回复阶段:显微组织仍为纤维状,无可见变化,高温回复阶段,胞状位错结构转变为亚晶; 实验2焊接材料熔敷金属扩散氢测定(45℃甘油法)实验 一、实验目的 焊缝熔敷金属中扩散氢含量是产生延迟裂缝的主要因素之一，是低合金高强钢焊接时选择焊接材料的重要依据。 本实验的目的： 1、使同学初步掌握45℃甘油测氢试验方法。 2、了解手工电弧焊时影响焊缝金属中扩散氢含量的因素。 3、了解焊缝金属中扩散氢测定的其他方法 4、为确定焊接材料和分析冷裂纹敏感性实验结果提供依据。 二、实验用材料及仪器 1、测氢仪 1台 2、集气管 12根 3、交流电焊机 1台 4、直流电焊机 1台 5、试件夹具 1个 6、远红外电焊条烘干箱 1台 7、吹风机、钳子、榔头、钢丝刷、瓷盘、绒布、丙酮、乙谜、酒精、秒表等 8、试件低碳钢板 130×20×（10～12） 引收弧板 40×20×（10～12） 9、焊条，自制焊条Φ4.0;J422Φ4.0;J507Φ4.0 图1扩散氢测定装置示意图 1-恒温收集箱 2-试样 3-收集器 4-温度计 5-水银接触温度计 6-恒温甘油浴 7-收集器支撑板 8-恒温控制器 9-加热电阻丝 三、实验原理 1、氢在焊缝金属中存在形式及危害 在金属焊缝中,氢大部分是以H,H+或H-形式存在的,他们与焊缝金属形成间隙固溶体.由于氢半径小,一部分氢在焊缝金属的晶格中自由扩散,而成为扩散氢.剩余部分扩散聚集到晶格缺陷,显微裂纹和非金属夹杂物边缘的空隙中,结合为分子,而不能自由扩散,称之为残余氢. 氢对结构钢的主要危害由两个方面: I．暂态性危害，这类现象在经过时效处理或热处理之后，可以消失。如氢脆，氢白点。 氢脆现象与低温脆性相比有以下明显特征： ⑴氢脆只出现在较窄的温度范围内(低合金高强钢约为-60～60℃)，高于或低于这个温度范围都将恢复塑性。 ⑵在一定载荷下，破坏过程与应变速率具有延迟特征，延迟的时间长短又与载荷大小有关. ⑶氢脆现象与氢在金属中固溶的程度及是否形成氢化物等无关。 ⑷低于100K(-173℃)时塑性反而开始恢复，并不再有氢脆出现。 读书报告 Matlab在求解扩散系统之浓度分布 中的应用 池雨 一、问题的提出 管中储放静止液体 B ，高度为L=10 ㎝，放置于充满A 气体的环境中。假设与B 液体接触面之浓度为C A0=0.01mol/m 3，且此浓度不随时间改变而改变，即在操作时间内(h=10天)维持定值。气体A 在液体B 中之扩散系数为D AB =2×10?9m 2/s 。试决定A 与B 不发生反应；情况下，气体A 溶于液体B 中之流通量(flux)。 参考如图所示的装置。 二、知识背景 Fick 第一定律：实验表明，在稳态扩散的条件下，单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面面积的扩散物质的通量与浓度梯度成 正比。数学表达式为： Fick 第二定律：根据质量平衡关系即在微小体积中积存的物质 （留入的物质量）J 1—（留出的物质量）J 2得出 因此Fick 第二定律的数学表达为： 三、问题求解 根据题意不同时间t 和距界面厚度不同处x 的浓度C=f(z,t); 因气体A 与液体 B 不发生反应，故其扩散现象的质量平衡方程根据Fick dx dc D J -=dx J J dt dc 2 1-=2 2 x c D t c ??=?? 第二定律。 依题意，其初始及边界条件为： I.C. C A0(Z,0)=0, Z>0 B.C. C A (0,t)=C A0, t ≥0 ; 在获得浓度分布后即可应用Fick 第一定律求得流通量即 四、matlab 程序设计 偏微分方程（Partial Differential Equation ，简称PDE ）就是涉及到两个自变量以上的微分方程。在化学工程领域，为了更好的进行过程设计、优化和控制，经常需要了解化工设备（如反应器）中的温度、浓度和速度在不同空间上的分布以及随时间的动态变化规律，因此涉及到许多偏微分方程的问题。 Matlab 函数pdepe （）可用于求解偏微分方程，模型为： 用以解含上述初始值及边界值条件的偏微分方程MATLAB 命令 pdepe 的用法如下： 若要获得特定位置及时间下的解，可配合以 pdeval 命令。使用格式如下： ,0≥=??=t t C L Z A 0 )(z =??-=z A AB t AZ C D N 一、实验目的 1、了解手工电弧焊时影响焊缝金属中扩散氢含量的因素； 2、掌握甘油法测定扩散氢的方法； 3、了解焊缝金属中扩散氢测定的其他方法。 二、实验装置及实验材料 1、KQ-3型测氢仪1台 2、集气管12根 3、交流电焊机BX3-300型1台 4、直流电焊机ZX7-160型1台 5、试件夹具1个 6、远红外电焊条烘干箱1台 7、吹风机、钳子、榔头、钢丝刷、瓷盘、绒布、丙酮、乙谜、酒精、秒表等 8、试件低碳钢板130×20×（10～12） 引收弧板40×20×（10～12） 9、焊条，自制焊条Φ4.0;J422Φ4.0;J507Φ4.0 三、实验原理 1、氢在焊缝金属中存在形式及危害 在金属焊缝中，氢大部分是以H,H+或H-形式存在的，他们与焊缝金属形成间隙固溶体。由于氢半径小，一部分氢在焊缝金属的晶格中自由扩散，而成为扩散氢。剩余部分扩散聚集到晶格缺陷、显微裂纹和非金属夹杂物边缘的空隙中，结合为分子，而不能自由扩散，称之为残余氢。 氢对结构钢的主要危害由两个方面： I暂态性危害，这类现象在经过时效处理或热处理之后，可以消失。如氢脆，氢白点。 氢脆现象与低温脆性相比有以下明显特征： ⑴氢脆只出现在较窄的温度范围内（低合金高强钢约为-60～60℃），高于或低于这个温度范围都将恢复塑性。 ⑵在一定载荷下，破坏过程与应变速率具有延迟特征，延迟的时长又与载荷大小有关。 ⑶氢脆现象与氢在金属中固溶的程度及是否形成氢化物等无关。 ⑷低于100K（-173℃）时塑性反而开始恢复，并不再有氢脆出现。 II永久性危害，这类现象一旦产生，则是不能消除的，且危害性是相当严重的，如气孔和冷裂纹。 2、氢的产生及来源 由于焊接方法不同，导致氢向金属中溶解的途径也不相同。对于手弧焊，氢主要以两个途径进入焊缝金属中。 ⑴氢通过气相与液相金属的界面以原子或质子的形式被吸附后溶入金属中。 ⑵氢是通过熔渣层以扩散形式溶入金属中。 扩散原理及技术介绍 袁泽锐 2011.01.17 主要内容 扩散的微观规律 扩散的宏观规律 扩散对电性能的影响 扩散对晶体缺陷的影响 2 一、扩散的微观规律 扩散和布朗运动 扩散机制 晶体中的扩散 晶格原子的扩散 影响扩散系数的因素 3 1.1 扩散和布朗运动 布朗运动又称热运动，不仅在气体和液体中有，在固体中也同样存在；在固体中原子不断地从一个平衡位置跃迁到另一个平衡位置。例如，1223K时碳原子在 γ-Fe中每秒钟要跃迁1010次。 在晶格中原子每次跃迁的距离就是该方向上的原子间距a。一个原子经过多次跃迁才出现一个净位移，如下图所示。但单位时间内原子跃迁的次数愈多造成较大净位移的可能性愈大，或者说回到原来位置的可能性愈小。 所以可以认为单位时间内的净位移愈大，表征布朗运动愈 强烈。这种净位移的大小与浓度梯度的存在与否无关。没 有浓度梯度时原子的布朗运动照样存在，只是不出现定向 扩散流。 4 5 平均平方位移 各原子净位移，从统计观点看，由于有正有负，加起来为零。为了表征布朗运动的强弱，特引入平均平方位移。 平均平方位移的计算方法为：把每个杂质原子净位移的平方加起来再除以杂质原子总数。表示如下： 2222 12N X X X X N +++= 每个杂质原子平方位移和每次跃迁的关系式为： ()1 2 22121 11 2n n n i n j j k j j k j X s s s s s s ?===+=+++=+∑∑ ∑ 上式中，不可能为零，所以n 愈大，愈大，即的大小反映了布朗 运动的强弱。 2j s 2i X 2 X 焊缝金属中可扩散氢含量的试验研究 Ξ 刘忠杰1,肖 桐2,覃庆泽3 (1.包头钢铁学院材料工程学院,包头014010;2.包头罗地亚稀土有限公司, 包头014060;3.柳州五菱汽车股份有限公司,柳州545007) 摘 要:焊缝金属中可扩散氢含量是影响焊接金属冷脆的主要原因之一, 低氢焊条在干燥和非干燥的条件下采用手弧焊和半自动二氧化碳气体保护焊的焊接方法,经对焊缝金属中的氢含量进行试验研究,确定了低氢焊条、干燥条件、焊接方法对扩散氢的影响。关键词:扩散氢;焊接方法;焊条 中图分类号:TG44 文献标识码:A 文章编号:1004—244X (2003)05—0044—02 焊缝金属中的含氢量,是焊接产生延迟裂纹的 主要因素之一。为防止产生裂纹,除焊前、焊后采取必要的措施外,选用低氢型焊条和较为先进的焊接方法也是行之有效的方法。本文对焊条和焊接方法及焊缝扩散氢的含量进行了研究。 为了测定焊缝金属中扩散氢含量的水平,本文采用了我国标准(GB3965-83)和日本标准[1](JISZ 3118:1999)规定采用甘油法进行了 测定氢气的主要设备是甘油槽和集气瓶,如图1所示,甘油槽中的甘油温度恒定在45℃。1.2 试验过程及要求 (1)试验材料:试验材料选用Q235钢试件4个,试件尺寸:130mm ×25mm ×12mm 。试件预先作去氢处理,250±10℃,6～8h 。 焊前试件磨去氧化 图1 测定装置示意图皮和铁锈,用乙醇去水,乙醚去油,吹干后编号为No1～No4称重,结果见表1。 (2)焊接工艺条件:手弧焊使用的焊接设备为美国宝国公司生产的550/630SMP 多功能焊机,直流反接;焊接电流160～170A,焊接电压26～27V,焊接速度19.2cm/min,焊条熔敷长度115mm 。半自动二氧化碳气体保护焊,所用焊接设备为日本松下YM-500S 型气保护焊机,直流反极性。保护气体CO 2纯度为>99.5%,气体流量为20L/min 。 (3)试样1采用钛铁矿型焊条焊接,干燥条件为100℃,1h;试样2采用低氢焊条焊接,不进行干燥;试样3采用低氢焊条焊接,在350℃条件下,干燥1h;试样4采用半自动CO 2气体保护焊进行焊接。 (4)每个试样焊接完成后,在水中冷却并用刷子去除焊道表面的渣,然后,用软布擦拭试样,称重,最后,将经过焊接的试样放入集气瓶的甘油中。要求从焊接完成到把试样放入集气瓶中的时间小于90s [1]。 2 试验结果及分析 2.1 试验结果 所称得焊接前后试样的质量如表1所示。 表1 试样质量 g No1 No2No3No4焊接前(W 0) 178.5179.4175.3175.8焊接后(W 1) 190.8 192.1 189.8 194.3 第26卷 第5期2003年 9月 兵器材料科学与工程 ORDNANCEMATERIALSCIENCEANDENGINEERING Vol 126 No 15 Se p. 200 Ξ收稿日期:2003-01-08; 修订日期:2003-05-23 基金项目:包头钢铁学院基金项目 作者简介:刘忠杰(1969-),男,讲师,国际焊接工程师(IWE ) 第30卷 第2期 2010年4月 航 空 材 料 学 报 JOURNAL OF AERONAUTI CAL MATER I A LS Vol 130,No 12 Ap ril 2010 Cr N 中间层阻挡元素扩散的能力研究 李伟洲 1,2 , 刘山川2, 宫 骏2, 孙 超2, 姜 辛 3 (1.广西大学有色金属及材料加工新技术教育部重点实验室,南宁530004;2.中国科学院金属研究所金属腐蚀与防护国家 重点实验室,沈阳110016;3.德国锡根大学材料工程研究所,德国锡根57076) 摘要:为了降低涂层和基体间的元素互扩散,采用电弧离子镀技术在N i Cr A lY 防护涂层和DS M11基体间加入Cr N 扩散阻挡层。用扫描电镜(SE M )观察了沉积态Cr N 涂层、退火和氧化态N i Cr A lY/DS M11和N i Cr A lY/Cr N /DS M11的表面和截面形貌;通过能谱(E DS )分析了元素沿防护涂层和扩散阻挡层的截面分布;用X 射线衍射仪(XRD )检测了防护涂层和扩散阻挡层的物相结构;用透射电镜(TE M )观察了样品退火和氧化后扩散阻挡层的形貌特征;利用1100℃恒温氧化实验比较了单一N i Cr A lY 涂层和N i Cr A lY/Cr N 涂层体系的抗氧化能力,结合真空扩散实验分析了高温情况下元素在涂层和基体间的扩散。结果表明:Cr N 扩散阻挡层能有效地抑制合金元素的互扩散。其原因与高温下Cr N →Cr 2N →Ti N 的转变有关;Ti N 在扩散阻挡层的生成有利于防护涂层抗氧化能力的提高。关键词:涂层;扩散阻挡层;Cr N;氧化;元素互扩散 DO I:1013969/j 1issn 110052505312010121011 中图分类号:T B43 文献标识码:A 文章编号:100525053(2010)022******* 收稿日期:2009204208;修订日期:2009205206 基金项目:国家自然科学基金项目(50571101);广西科学基金项目(0731013);广西大学有色金属及材料加工新技术教育部重点实验室开放基金(GXKFJ 214) 作者简介:李伟洲(1975—),男,博士,主要从事材料的表面防护研究工作,(E 2mail )wz 2li@hot m ail .com 。 MCr A lY (M 代表Fe,N i 或/和Co )涂层作为燃气轮机叶片的防护涂层,最近得到广泛的研究和应 用[1～4]。但当服役温度高于1000℃时,MCr A lY 涂层与高温合金基体间的互扩散将加剧,这样不但使涂层表面形成的保护性氧化膜过早脱落而加速涂层 退化,而且会大大损害合金基体的力学性能[5～7] 。为了降低元素互扩散带来的不良影响,常在涂层与 基体间加入扩散阻挡层(diffusi on barrier )[8,9] 。 Cr N 涂层具有硬度高、耐摩擦磨损、抗腐蚀和抗 氧化等特点,一直受到研究人员的关注[10～13] 。由于 具有较高的致密性及与基体较强的界面结合[14,15] 能力,可以考虑将其作为高温防护涂层体系的扩散阻挡层进行研究。属于ⅥA 族的Cr 和ⅤB 族的N 之间的反应活性较低,采用反应溅射法很难获得纯 Cr N 相的涂层[16] ;电弧离子镀(A I P )技术具有能量 高、离化率高等优点[17,18] ,则能较容易地得到单一相的Cr N 涂层,而且此技术沉积速率快、涂层质量好,适合用来制备含Cr N 扩散阻挡层的多层体系。 本研究旨在用电弧离子镀技术在镍基高温合金上沉积Cr N 扩散阻挡层和N i Cr A lY 防护涂层,将含或不含Cr N 扩散阻挡层的样品在1100℃下进行恒温氧化和真空扩散处理,以考察Cr N 阻挡防护涂层和基体间合金元素互扩散的能力及涂层体系的抗氧化能力,为扩散阻挡层的实际应用提供理论依据。 1 实验方法 基材选用镍基高温合金DS M11,化学成分(质 量分数/%)为:Cr 14.0,Co 9.5,W 3.8,Mo 1.5,Ta 2.8,A l 3.0,Ti 4.9,B 0.015,C 0.10,N i 为余 量。在M I P 282800型电弧离子镀设备上沉积Cr N 和 N i Cr A lY 涂层,靶材分别为纯度99%(质量分数)的金属铬和合金N i 223Cr 210A l 20.5Y (质量分数/%)。沉积前对试样进行研磨、湿喷砂和清洗处理。装炉完成后,将样品室的真空度抽至≤7×10 -3 Pa,通入 A r 气至0.2Pa,对试样表面进行弧光轰击清洗-800V /3m in 和-600V /2m in;之后通入N 2至016Pa,沉积Cr N 涂层40m in 后,通入A r 气,保持P A r =0.2～0.3Pa,在DS M11,Cr N /DS M11上沉积N i Cr A lY 涂层360m in 。为了消除涂层沉积时形成的 应力和提高涂层/基体的结合力,将样品在真空环境下进行退火处理:650℃/2h +900℃/4h 。恒温氧化和真空扩散在马弗炉内中进行(真空扩散样品预先 重要文档防扩散系统方案介绍 前言 随着Internet的高速发展和信息化建设的不断推进，越来越多的文件以电子文档的形式进行传输和保存。因此，在网络中承载了越来越多的以电子文档形式存在的关键数据，这些电子文档则组成了企事业单位的核心数据资产。例如： 制造业关心的设计图纸、价格体系、商业计划、客户资料、财务预算、市场宣传计划、采购成本、合同定单、物流信息、管理制度等。 政府和军队所关心的公文，统计数据，机要文件，会议机要，军事情报、军事地图、作战方案等。 金融机构所关心的交易数据、账目信息、融资投资信息、董事会决议、大客户信息、上市公司中报 / 年报等。 知识型企业所关心的调查报告、咨询报告、招投标文件、专利、客户资料、价格等。 设计类机构所关心的设计图、设计方案、策划文案、客户信息、软件程序等。 专业事务所所关心的涉及众多客户的机密信等。 娱乐行业以及图像声音处理行业的重要的语音、图像等防止泄密的声音和影像文件。 …… 上述文档一旦发生遗失，会给客户带来巨大的灾难： 市场竞争力的下降 利润的损失 企业的关闭 国家在国际上影响力的下降 …… 一泄密原因分析 纵观国内外不同行业用户的泄密事件，经过统计分析，我们认为造成信息泄密的主要原因主要来自如下三个层面的四个方面。 被动泄密： 包括信息盗窃和信息丢失 1．信息盗窃——指通过非法手段获取信息并进行恶意利用的犯罪行为。 信息盗窃动机主要来自： A．获取机密或敏感数据的访问权； B．利益驱动，如为了钱财或地位等。 主要表现形式： 系统入侵、未授权访问、信息窃取、木马后门、网络嗅探、商业间谍等。 2．信息丢失——由于设备、存储介质丢失而引起信息丢失，造成信息泄漏。 主动泄密： 主动泄密是指工作人员故意泄漏数据信息资料。相比被动泄密而言，主动泄密防不胜防，因为工作人员能够接触到重要信息，并具有一定的访问、使用权限。 造成主动泄密的主要原因来自： A．内部员工离职或与公司发生劳动纠纷而将重要文件带走； B．利益驱使内部员工将公司重要的商业机密提供给竞争对手； C．企业信息管理不善，导致内部员工能够接触到企业敏感的业务数据或敏感信息，没有做分级分权细化处理； D．相关信息保密制度和惩罚措施滞后、责任不到位、法制观念淡薄、员工考核机制落后、缺乏流程化管理是造成员工会主动泄密的客观因素。 交叉感染： 信息交叉感染也容易带来信息泄漏，它属于无意识的信息泄密。我们知道，信息在流转过程中，需要经过很多环节，如新建、操作、发布、传输、存储、销毁等，当一个信息被发布出来后，往往会通过网络或是存储设备将信息传递到其他地方，如果操作人员没有做好保护工作，就会很容易被别人获取，无意间造成信息泄漏。 主要表现在： A．一机多用户引发信息交叉感染，电子文档都存储在共享的硬盘上，加上操作没有采取强制访问控制措施，其他用户能够接触到保密文档，因此无法保障各用户电子文档的安全，给别有用心的用户可乘之机； B．移动存储设备引发数据交叉感染，当电子文档拷贝到移动存储设备上，如笔记本电脑、USB、移动硬盘等，这些设备在借用、维修、外出办公过程中，极易被他人偷走； C．剩磁效应引发数据交叉感染，采用特殊的文件恢复工具将删除的文件恢复过来，从 实验2 熔敷金属中扩散氢测定 一、实验目的 1、了解熔敷金属扩散氢含量的测试方法都有哪些。 2、掌握甘油置换法测定熔敷金属中扩散氢的含量的方法。 3、整理两种焊接方法获得扩散氢的量，分析原因。 二、实验内容 采用甘油置换法测定手工电弧焊和CO2气体保护焊熔敷金属中扩散氢的含量。 三、实验步骤 1、试板准备： 1）试板及引弧板、引出板的材质为碳素结构钢或低合金钢。试件低碳钢板：130×20×（10～12）引收弧板：40×20×（10～12） 3）试板及引弧板、引出板预先作去氢处理，加热400-650℃，保温1h，然后再250±10℃情况下保温约6小时。 4）试板及引弧板、引出板的群补表面应进行加工，保证光滑和清洁。 2、焊接材料的准备 1）选择直径为Φ3.2mm的焊条，并按照焊条制造厂推荐的条件进行烘干，焊条不能互相接触，不能与其它焊条混烘。 2）从烘箱中取出的焊条应立即使用。 3）焊丝选择Φ1.2mm或Φ1.6mm的焊丝。 4)保护气体选择混合气。 3、试样制备 1）焊接前引弧板、试板引出板按照长度方向排列组成，用夹具固定，按照图1进行焊接。中间个试样须做标记和称重（精确至0.1g）。 2）在室温下进行焊接，焊接规范按照下面的规定进行。 3）试件焊接完成后2s内放到冰水中摆动冷却，冷却10s后立即取出，用机械方法取出引弧板和引出板，清除飞溅物和熔渣，经丙酮清洗吹干后， 放入充满甘油的收集器中，进行测定。 4、测氢试验的基本操作过程和步骤如下： 焊前准备—焊接—水冷—清洗—吹干并放入气体收集器。 1）焊前准备将尺寸为20×130×12的试件和40×20×12的引、收弧预先在250±10℃加热6～8小时作去氢处理，然后清理表面，去除氧化物，用乙醇去水，乙谜去 第29卷 第5期 成都理工学院学报 V ol .29N o .5 2002年10月 JOU RNAL O F CH EN GDU UN I V ER S IT Y O F T ECHNOLO GY O ct .2002 [文章编号]100529539(2002)0520567204 一种新的元素迁移形式及其地球化学环境效应 [收稿日期]2001207210 [基金项目]国家自然科学基金资助项目(49673202) ()() 童纯菡 李巨初 葛良全 (成都理工大学应用核技术与自动化工程学院,成都610059) [摘要]提出了地壳中存在一种新的元素迁移现象,即由于地壳内存在的上升气流将非气态元 素以纳米微粒形式垂直迁移至地表,迁移距离可达几百米,甚至几千米。通过室内模型实验证明,元素纳米微粒以上升气流垂向迁移形式为主,扩散迁移只占极小部分。列举了宣汉气田及成都平原隐伏断裂上汞污染的二个实例,初步讨论这种新的元素迁移现象对地表地球化学环境的影响。 [关键词]上升气流;纳米微粒;元素迁移;地球化学环境[分类号]P 632 [文献标识码]A 地球化学研究表明,地表某些元素的分布,往往与深部地质体的存在有关。在金属矿、油气藏、断裂带等地质体上方,形成各自的地球化学异常或元素特异分布,因此地表地球化学环境的研究有必要重视研究深部来源元素的迁移及其影响。 1 概 述 近几十年来,对元(核)素迁移的研究,主要有三个方面 第一,核能的发展不可避免地产生大量放射性废物。对高放废物处置方法,是将废物固化后,置于地下500～1000m 深地质工程体的废物库 中(Hoff m an ,1980),加上种种屏障,阻止核素迁移到环境中,以达到与生命圈的安全隔离。但是这种屏蔽不能保证绝对安全,经过千万年后,核废物库的分崩瓦解,放射性核素或多或少可迁移至生物圈。因此,放射性核素迁移行为规律研究[1]成为废物安全性处置中的一个中心问题。在这方面,中国学者做了不少工作,研究地质介质、地下水、核素体系的相互作用(马明燮、陈式,1995)。在核素迁移过程的研究中,大都着重研究固、液相之间的分配系数K d 。 第二,石油、天然气化探工作者有关烃类迁移的探索结果,提出烃类的垂向迁移理论作为油气 化探的理论基础[2],也有人提出烃类依托载气流向上迁移的设想。60年来大量的勘探实践和油气田、储气库上实验已得到证实,并形象地将垂向迁移喻为“烟囱效应”。此外,微量金属元素也被应用在油气化探中作为指示元素,研究者把在空间吻合一致的地球化学场视为与垂向迁移共成因现象。 第三,20世纪50年代以来,铀矿勘探工作者普遍持氡以扩散形式向地表迁移论点。利用汞砷异常找金属矿的化探工作者,同样持气体扩散理论。但是,在20世纪70年代,利用固体径迹探测器找到200m 深的铀矿时,气体扩散迁移方式观点受到挑战。因为根据元素氡的半衰期不可能被迁移如此大的距离。瑞典学者K .K ristian ss on 及L .M al m qvist 提出了是地壳中存在的上升气流将 氡载至地表[3],从而提出了氡的新的迁移方式,较 好地解释了氡的迁移。 2 一种新的深部元素迁移方式 近几年地气法地研究[4]揭示了在地壳内存在 工艺条件对熔敷金属中扩散氢影响的试验研究 摘要：采用热导法对低氢型焊条进行了扩散氢含量检测，探讨了焊接热输入、焊材烘干条件、强度等级以及试件消氢处理等因素对焊条扩散氢含量的影响。结果表明，随着热输入的增大，焊条扩散氢含量升高；碱性焊条在400℃/1h烘干工艺下，扩散氢含量最低；试件在650℃/1h条件下消氢效果更明显；随着焊条强度等级的升高，扩散氢含量降低。 关键词：扩散氢；热输入；烘干条件；消氢；强度等级 引言 氢不仅在焊缝中能够引起氢脆、白点和气孔，同时也是冷裂纹形成的三大因素之一。氢的复杂性及危害性一直受到国内外学者普遍的重视[1~5]。尤其是低温钢、高强钢焊接时，降低焊缝中氢含量已成为获得优质焊接接头的关键所在。 焊缝中的氢分为扩散氢和残余氢两种，其中扩散氢溶于金属晶格，具有自由扩散能力，在应力集中及组织的不均匀条件下极易诱发氢致裂纹，对焊接接头性能的危害极大。因此，开发超低氢焊材、选择合理的焊接热输入、焊条烘干条件等措施成为控制氢致裂纹的有效途径[6~7]。针对以上工艺因素如何影响扩散氢的分布，在实际生产中如何利用这些规律降低焊缝中扩散氢含量，则是需要我们具体研究和解决的问题。 对此，本文采用GB/T3965-2012《熔敷金属中扩散氢测定方法》中规定的热导法，针对焊接热输入、焊条烘干条件、焊材强度等级以及试件消氢条件四个因素对焊缝中扩散氢的影响规律分别进行了试验研究，进而给出了实际生产中降低扩散氢的实用方法，为降低焊缝扩散氢含量、提高焊接质量提供理论依据。 1.试验方法及试验设备 1.1 试验材料 试验选用GB/T3965-2012《熔敷金属中扩散氢测定方法》推荐的B型试件组合，由中心试板、引弧板、息弧板组成。试块材质为Q345R。试件尺寸：中心试块30mm×15mm×10mm，引弧板和息弧板50mm×15mm×10mm。所选用试块的成分及性能见表1。 焊接材料分别选用J507RH（φ4.0mm、φ5.0mm）、J507（φ5.0mm）J557（φ5.0mm）焊条。焊条药皮均无松散、开裂现象。按指定温度进行烘干。试验焊条成分及性能见表2。 第三章扩散 作业 1、短沟道效应（Short Channel Effect ）：短沟道效应主要是指阈值电压与沟道相关到非常严重的程度。源-漏两极的p-n 结将参与对位于栅极下的硅的耗尽作用，同栅极争夺对该区电荷的控制。栅长Lg 越短，被源-漏两极控制的这部分电荷所占的份额比越大，直接造成域值电压Vt 随栅长的变化。 2、方块电阻（薄层电阻）定义：方块电阻的大小直接反映了扩散入硅内部的净杂质总量。 Q q Nx q x x R j j j s μμσρ 111==== Q: 从表面到结边界这一方块薄层中单位面积上杂质总量 3、体电阻与方块电阻的关系： w l R w l x wx l A l R s j j ====ρρρ 方块时，l ＝w ，R ＝R S 。所以，只要知道了某个掺杂区域的方块电阻，就知道了整个掺杂区域的电阻值。 4、固溶度（solid solubility ）：在平衡条件下，杂质能溶解在硅中而不发生反应形成分凝相的最大浓度。 5、扩散定义：材料中元素分布的不均勻会导致扩散行为的进行，使得元素由浓度高处向浓度低处移动，从而产生的一种使浓度或温度趋于均匀的定向移动。 6、扩散的微观机制都有哪些？给出相关扩散方式的定义及扩散杂质的种类。 ①间隙式扩散：杂质进入晶体后，仅占据晶格间隙，在浓度梯度作用下，从一个原子间隙到另一个相邻的原子间隙逐次跳跃前进。每前进一个晶格间距，均必须克服一定的势垒能量。势垒高度 Ei 约为0.6~1.2 eV 间隙式扩散杂质包括Au, Ag, Cu, Fe, Ni, Zn, Mg, O 等，这些杂质均属于快扩散杂质。 ②替位式扩散：杂质进入晶体后，占据晶格原子的原子空位（空格点），在浓度第二章 基础知识试题
天喻数据防扩散系统—InteKEY
13.应用用户定义的扩散分布
焊缝金属中扩散氢含量的测定实验
扩散工艺知识..
材料科学简答题
实验 焊接材料熔敷金属扩散氢测定实验
Matlab在求解扩散系统之浓度分布中的应用
扩散氢
扩散原理及技术介绍
焊缝金属中可扩散氢含量的试验研究
CrN中间层阻挡元素扩散的能力研究
重要文档防扩散系统方案介绍
实验2熔敷金属中扩散氢测定
一种新的元素迁移形式及其地球化学环境效应
工艺条件对熔敷金属中扩散氢影响的试验研究
第三章扩散 作业