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材料研究与应用 2023年第6期17卷 1117-1124页

作者：陈江杜柯朱志刚宋琛刘太楷文魁毛杰张小锋刘敏广东省科学院新材料研究所/现代材料表面工程技术国家工程实验室/广东省现代表面工程技术重点实验室广东广州510650 华南理工大学环境与能源学院广东广州510006

固体氧化物燃料电池(SOFC)作为一种高效、环保的发电装置备受关注,金属支撑型SOFC因高鲁棒性和优异性价比而极具发展潜力。目前金属支撑型SOFC的制备方法(如湿化学法和镀膜技术),仍存在需高温烧结、效率低和工艺复杂等问题。大气等离子... 详细信息

固体氧化物燃料电池(SOFC)作为一种高效、环保的发电装置备受关注,金属支撑型SOFC因高鲁棒性和优异性价比而极具发展潜力。目前金属支撑型SOFC的制备方法(如湿化学法和镀膜技术),仍存在需高温烧结、效率低和工艺复杂等问题。大气等离子喷涂(APS)技术因具备成本低、效率高、对基体热输入少等特点,适合高效制备金属支撑型SOFC。本文采用APS技术制备金属支撑型SOFC,重点探究了不同喷涂参数在立方钙钛矿锶钴铁氧体(LSCF)阴极结构的调控作用。通过对APS制备的单粒子形貌进行表征,阐明了阴极沉积的机理,同时揭示了微观结构对电池性能的影响。研究结果表明:在14 kW条件下,采用APS制备的多孔阴极涂层,由熔融粒子和部分半熔化粒子构成,具有最佳电催化性能;在800℃下,电池整体的极化电阻仅为0.12Ω·cm^(2)、输出峰功率达到1074 mW·cm^(−2),表现出良好的输出能力。

关键词：固体氧化物燃料电池金属支撑型等离子喷涂阴极结构电池性能

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偏压对电弧离子镀CrAlN涂层微观结构及耐侵蚀性能的影响

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稀有金属材料与工程 2020年第8期49卷 2583-2590页

作者：王迪林松盛刘灵云薛玉娜杨洪志蒋百灵周克崧西安理工大学陕西西安710048 广东省新材料研究所现代材料表面工程技术国家工程实验室广东省现代表面工程技术重点实验室广东广州510651

通过在TC11钛合金上利用电弧离子镀技术制备了铬铝氮(CrAlN)涂层。采用X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),能量色散X射线光谱(EDS),纳米压痕仪等对CrAlN涂层微观结构和力学性能(如硬度和弹性模量)进行了分析。为了研究偏压对CrAlN涂... 详细信息

通过在TC11钛合金上利用电弧离子镀技术制备了铬铝氮(CrAlN)涂层。采用X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),能量色散X射线光谱(EDS),纳米压痕仪等对CrAlN涂层微观结构和力学性能(如硬度和弹性模量)进行了分析。为了研究偏压对CrAlN涂层固体颗粒耐侵蚀性的影响,还进行了一系列固体颗粒侵蚀实验。结果发现,随着偏压从0 V增加至200 V,CrA1N涂层的择优生长取向逐渐从(200)转变为(111)晶面。硬度从15.1 GPa增加至接近20 GPa。同时,表面逐渐平整,大颗粒和针孔的数量减少,对CrAlN涂层的耐侵蚀性能均有一定影响。偏压150 V时,CrAlN涂层获得最小侵蚀速率,其在30°时为0.032μm/g,90°时为1.869μm/g。这些结果表明,选择适当的偏压,CrAlN涂层能够获得更优异的固体颗粒耐侵蚀性。

关键词： CrAlN涂层负偏压微观结构固体颗粒侵蚀

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Cr_(2)O_(3)对Al_(2)O_(3)-Cr_(2)O_(3)涂层干滑动摩擦磨损行为的影响

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中国表面工程 2022年第2期35卷 176-186页

作者：勾俊峰杨鑫张世宏杨阳张小锋王冠刘江文王铀张永康广东工业大学机电工程学院广州510006 安徽工业大学先进金属材料绿色制备与表面技术教育部重点实验室马鞍山243000 广东省科学院新材料研究所现代材料表面工程技术国家工程实验室广州510650 广东工业大学省部共建精密电子制造技术与装备国家重点实验室广州510006 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院哈尔滨150001

Cr_(2)O_(3)对Al_(2)O_(3)-Cr_(2)O_(3)复合涂层与高硬度陶瓷接触时的摩擦磨损行为及磨损机制的影响尚未揭示。采用大气等离子喷涂的方法制备Cr_(2)O_(3)含量不同的Al_(2)O_(3)-Cr_(2)O_(3)复合涂层以研究Cr_(2)O_(3)的影响机制。试验... 详细信息

Cr_(2)O_(3)对Al_(2)O_(3)-Cr_(2)O_(3)复合涂层与高硬度陶瓷接触时的摩擦磨损行为及磨损机制的影响尚未揭示。采用大气等离子喷涂的方法制备Cr_(2)O_(3)含量不同的Al_(2)O_(3)-Cr_(2)O_(3)复合涂层以研究Cr_(2)O_(3)的影响机制。试验结果表明:Cr_(2)O_(3)明显减少了涂层的微观孔隙;复合涂层中α-Al_(2)O_(3)/γ-Al_(2)O_(3)的相对含量比明显高于Al_(2)O_(3)涂层中的37%;Al_(2)O_(3)-40%Cr_(2)O_(3)涂层的硬度与Al_(2)O_(3)涂层相比提高了48%,断裂韧性是Al_(2)O_(3)涂层的2倍多;当载荷为5 N、10 N和15 N时,Al_(2)O_(3)-40%Cr_(2)O_(3)复合涂层的摩擦因数最低,磨损率依次降低60%、85%和79%。但是当载荷为20 N时,Al_(2)O_(3)-20%Cr_(2)O_(3)复合涂层的摩擦因数最低,磨损率降低了50%。微观脆性断裂是涂层的主要磨损机制。复合涂层耐滑动磨损性能与Cr_(2)O_(3)含量及磨损条件是密切相关的。微观结构、硬度、断裂韧性、导热系数等是影响Al_(2)O_(3)-Cr_(2)O_(3)复合涂层耐磨损性能的重要因素。研究结果可为高耐磨性Al_(2)O_(3)基涂层的设计和应用提供指导。

关键词：大气等离子喷涂 Al_(2)O_(3)-Cr_(2)O_(3)复合涂层摩擦因数耐磨损性能

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化学前处理对硬质合金基材及金刚石涂层性能的影响

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材料研究与应用 2023年第1期17卷 130-135页

作者：傅上林松盛范舒瑜苏一凡曾瑞霖石倩代明江硬质合金国家重点实验室株洲硬质合金集团有限公司湖南株洲412000 广东省科学院新材料研究所/现代材料表面工程技术国家工程实验室/广东省现代表面工程技术重点实验室广东广州510650

为提高金刚石涂层与硬质合金基体的适配性,采用热丝化学气相沉积技术在YG6硬质合金表面制备金刚石涂层,利用扫描电镜、能谱仪、原子力显微镜和固体颗粒冲蚀试验仪分析检测了试样的表截面形貌、成分深度分布、表面粗糙度、抗砂粒冲蚀性能... 详细信息

为提高金刚石涂层与硬质合金基体的适配性,采用热丝化学气相沉积技术在YG6硬质合金表面制备金刚石涂层,利用扫描电镜、能谱仪、原子力显微镜和固体颗粒冲蚀试验仪分析检测了试样的表截面形貌、成分深度分布、表面粗糙度、抗砂粒冲蚀性能等,研究了不同化学前处理对基材和涂层性能的影响。结果表明:两步法前处理去除钴的深度约4—5μm,并且形成了厚约1—2μm的脱钴脆性层;三步法前处理去除钴的深度约14—15μm,没有出现脱钴脆性层;三步法化学前处理后沉积的金刚石涂层抗砂粒冲蚀时间为两步法化学前处理的4倍以上,并且涂层脱落区宽度仅为两步法化学前处理的1/8,说明三步法化学前处理后所沉积的金刚石涂层的性能比两步法的更优越。

关键词：化学前处理硬质合金金刚石涂层热丝化学气相沉积

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氢能航空发动机研究现状及发展制约因素

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材料研究与应用 2024年第2期18卷 299-308页

作者：刘佳育罗纳李俊辰罗奎林张小锋新余学院新能源科学与工程学院江西新余338000 广东省科学院新材料研究所/现代材料表面工程技术国家工程实验室/广东省现代表面工程技术重点实验室广东广州510650 国营川西机器厂再制造与叶片修理中心四川成都611937

为应对全球气候变暖和温室效应加剧,欧美中等多国纷纷提出各自碳中和发展战略,在航空航天、交通运输等多个领域推动新能源技术的应用。氢能源是航空业中较为理想、可取代传统石化燃料的能源,目前全球各大航空公司都在着手布局氢能航空... 详细信息

为应对全球气候变暖和温室效应加剧,欧美中等多国纷纷提出各自碳中和发展战略,在航空航天、交通运输等多个领域推动新能源技术的应用。氢能源是航空业中较为理想、可取代传统石化燃料的能源,目前全球各大航空公司都在着手布局氢能航空体系。氢能源在航空领域的应用十分广泛,但其最重要的1个研究方向—氢燃料航空发动机,仍处于大力发展和技术创新阶段。总结了近期氢燃料发动机在航空领域的新发展,综述了氢燃料发动机在材料应用方面的短板和现实阻碍,具体从氢能航空发展现状、氢能航空发动机关键技术、氢能航空发动机发展的主要制约因素3大方面进行介绍。氢燃料一直备受关注和青睐,国外早已启动开发氢能飞机的研究项目,并在研发氢能飞机、推动氢能航空相关产业方面已取得一定实质性进展,而我国相关研究主要集中在制氢(风能、光能等电解制氢)、储氢、供氢(氢燃料加注站)及氢燃料电池和汽车领域。为推动氢能航空发动机的大力发展,未来必须突破氢动力推进技术、机载氢燃料存储技术及氢燃料生产制备技术等技术壁垒,而提供飞行动力的航空发动机是其中首要核心点。尽管氢能航空的发展前景备受瞩目,但如要大规模推行,仍面临诸多挑战。若要实现氢能航空飞机大范围应用推广,还需在核心动力、交叉技术等方面开展更加深入的研究与开发。

关键词：氢能航空氢能源氢燃料发动机研究现状制约因素氢涡轮发动机 E-TBCs TGO

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基于YSZ的电镀Pt复合涂层红外发射率探究

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材料研究与应用 2025年第1期19卷 171-179页

作者：张景钦杨文超湛永钟侯振宁张小锋广西大学资源环境与材料学院/省部共建特色金属材料与组合结构全寿命安全国家重点实验室/有色金属及材料加工新技术教育部重点实验室广西南宁530004 广东省科学院新材料研究所现代材料表面工程技术国家工程实验室/广东省现代表面工程技术重点实验室广东广州510650

红外隐身性能是新一代战斗机高温部件设计中的关键指标。高温部件通常采用热障涂层作为面层,通过表面涂覆红外低发射率涂层实现红外隐身。研究了不同涂层制备工艺对复合涂层性能的影响。采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)技术和大气... 详细信息

红外隐身性能是新一代战斗机高温部件设计中的关键指标。高温部件通常采用热障涂层作为面层,通过表面涂覆红外低发射率涂层实现红外隐身。研究了不同涂层制备工艺对复合涂层性能的影响。采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)技术和大气等离子喷涂(APS)技术,以DZ40M高温合金为基体,通过PS-PVD或APS制备不同厚度的7YSZ陶瓷层,随用电弧离子镀沉积Al中间层以提升表面导电性,并通过电镀法形成Pt红外低发射率层。研究表明,Al层在真空热处理过程中与YSZ发生原位反应生成致密α-Al2O3层,显著增强涂层间结合强度。当采用APS工艺制备YSZ层,Al/Pt的厚度比接近1∶1时,复合涂层在真空热处理后红外发射率可低至0.21,结合强度达41 MPa,通过优化Al/Pt层的厚度比,结合强度可进一步提升至53 MPa。若Al层过薄,Pt层会出现微观翘起,若Al层过厚,则会导致Pt层微观层面产生起伏与空洞,这两种情况均会对复合涂层的红外性能与结合强度造成影响。当采用PS-PVD工艺制备YSZ层,复合涂层在真空热处理后红外发射率低至0.27,结合强度达到68 MPa。为高性能红外隐身涂层的设计与工艺优化提供了重要理论依据。

关键词：大气等离子喷涂等离子喷涂-物理气相沉积热障涂层氧化钇稳定氧化锆电镀红外发射率显微结构结合强度

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激光选区熔化制备梯度多孔镍电极及其电解水制氢性能

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材料研究与应用 2024年第3期18卷 487-494页

作者：王见宋嘉薇董东东刘太楷王先彬闫星辰毛杰邓春明张楠楠沈阳化工大学化学工程学院辽宁沈阳110870 广东省科学院新材料研究所/现代材料表面工程技术国家工程实验室/广东省现代表面工程技术重点实验室广东广州510650 沈阳工业大学材料学院辽宁沈阳110870

镍是目前应用最广泛的碱式电解水制氢电极材料之一。对镍电极进行多孔化处理,可有效提高其析氢效率并降低制氢能耗。然而,现有报道仅研究了孔隙率、平均孔径等对电极析氢性能的影响,缺乏针对梯度多孔电极孔隙尺寸和分布等影响的研究。为... 详细信息

镍是目前应用最广泛的碱式电解水制氢电极材料之一。对镍电极进行多孔化处理,可有效提高其析氢效率并降低制氢能耗。然而,现有报道仅研究了孔隙率、平均孔径等对电极析氢性能的影响,缺乏针对梯度多孔电极孔隙尺寸和分布等影响的研究。为此,设计了4组具有不同孔隙尺寸和排布方式的多孔电极模型,并且采用激光选区熔化技术制备高精度成型电极样品,表征了样品的表面形貌、截面微观组织、电化学性能及稳定性,深入分析和研究了样品的析氢性能。结果表明,4组样品均呈现出粗糙微观表面,为析氢反应提供更多的活性位点。所有样品均表现出优异的电解稳定性,经测试后未见明显的性能衰减。梯度多孔结构有利于气液传质,减小气泡层电阻,降低析氢过电位。当电流密度为10 mA∙cm^(−2)时,梯度多孔样品的析氢过电位虽仅为406 mV,但气液传质效果较差,而气泡层电阻较大的均匀多孔样品的析氢过电位却高达766 mV。梯度多孔结构的构筑可显著提高镍电极的析氢动力学特性,梯度多孔样品的Tafel斜率最低为129 mV∙dec^(−1),明显低于均匀多孔电极的Tafel斜率168和211 mV∙dec^(−1)。析氢过程受Volmer步骤控制,尽管镍电极析氢动力学特性得到提升,但并未改变镍电极的析氢机理,所有样品的Tafel斜率均高于120 mV∙dec^(−1)。因此,引入梯度多孔结构可有效降低镍电极材料的析氢过电位,提升析氢性能。本研究为镍电极的结构优化设计及析氢性能的提升,提供了新思路。

关键词：碱式电解水激光选区熔化梯度多孔结构孔隙尺寸电解性能析氢动力学气液传质析氢性能

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基于DIW工艺的PDMS+SiC浆料性能研究

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当代化工研究 2023年第9期 154-156页

作者：王志岳廷谱徐兵张美烨周圣辉张光磊广东省科学院新材料研究所现代材料表面工程技术国家工程实验室广东省现代表面工程技术重点实验室广东510651 石家庄铁道大学材料科学与工程学院河北050043

本文采用SiC粉、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、固化剂为原料制备浆料,研究了SiC含量对浆料黏度、流动性和悬浮稳定性的影响规律;采用气动式墨水直写打印设备,探索SiC含量、挤出压力和喷嘴直径对浆料挤出性能的影响规律。结果表明,随着SiC含量... 详细信息

本文采用SiC粉、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、固化剂为原料制备浆料,研究了SiC含量对浆料黏度、流动性和悬浮稳定性的影响规律;采用气动式墨水直写打印设备,探索SiC含量、挤出压力和喷嘴直径对浆料挤出性能的影响规律。结果表明,随着SiC含量的增加,浆料的黏度逐渐增加、流动性逐渐降低。不同SiC含量的浆料在实验范围内均具有较好的沉降稳定性。增大喷嘴直径以及提高挤出压力均使得浆料挤出量增加。当喷嘴直径为0.33mm时,浆料能够稳定挤出。

关键词： SiC PDMS 墨水直写技术浆料性能

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N5单晶与PtAl涂层的高温互扩散

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热加工工艺 2021年第2期50卷 104-110页

作者：郝菊萍徐丽萍邓畅光邓春明胡永俊广东工业大学材料与能源学院广东广州510006 广东省新材料研究所广东省现代表面工程技术重点实验室现代材料表面工程技术国家工程实验室广东广州510651

为研究铂改性铝化物(PtAl)涂层与N5镍基单晶高温合金之间的氧化及互扩散的行为,对体系进行了1100℃静态氧化实验。涂层的制备方式为电镀Pt和化学气相沉积法(CVD)渗铝,采用真空热处理炉进行热扩散处理;PtAl涂层氧化前后的微观形貌、相结... 详细信息

为研究铂改性铝化物(PtAl)涂层与N5镍基单晶高温合金之间的氧化及互扩散的行为,对体系进行了1100℃静态氧化实验。涂层的制备方式为电镀Pt和化学气相沉积法(CVD)渗铝,采用真空热处理炉进行热扩散处理;PtAl涂层氧化前后的微观形貌、相结构组成和元素含量的变化采用SEM、XRD和EDS等方法进行分析。采用CVD方法制备PtAl涂层,热扩散处理后形成厚约18.7μm的互扩散带,无二次反应区;氧化500 h后,互扩散带厚度增加至34.6μm左右,并出现二次反应区,其厚度为56.6μm。二次反应区中因Ni元素扩散后晶体结构留下的空位被难熔金属(Ta、W、Re)占据导致析出TCP有害相。铂铝涂层的存在可提高体系的抗氧化性能,但不能阻止互扩散,涂层与基体间的互扩散导致化学元素成分变化和相结构的转变。

关键词：高温氧化 PtAl涂层 N5合金微观结构互扩散

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使役环境涡轮叶片EB-PVD热障涂层失效机制

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材料研究与应用 2022年第1期16卷 19-28页

作者：邓畅光张小锋邓春明毛杰况敏广东省科学院新材料研究所现代材料表面工程技术国家工程实验室广东省现代表面工程技术重点实验室广东广州510650

运用场发射扫描电镜、能量色散光谱仪和金相显微镜等测试表征手段,详细检查退役高温发动机涡轮叶片表面涂层残存状况,发现带气膜孔的高温发动机涡轮叶片经服役2000 h后,表面各部位EB-PVD涂层承受CMAS攻击、硬质物撞击和冷热应力冲击程... 详细信息

运用场发射扫描电镜、能量色散光谱仪和金相显微镜等测试表征手段,详细检查退役高温发动机涡轮叶片表面涂层残存状况,发现带气膜孔的高温发动机涡轮叶片经服役2000 h后,表面各部位EB-PVD涂层承受CMAS攻击、硬质物撞击和冷热应力冲击程度各异,导致退役叶片表面共存多种损伤.通过对这些损伤现象的分析,了解使役环境下叶片各部位的失效模式和失效机理.研究结果表明:叶棱为受CMAS攻击最严重处,同时也是受硬质点撞击最密集处,存在大面积涂层脱落;气膜孔周围的TBCs涂层受CMAS攻击发生本质性固化,受交变热应力和机械应力共同作用而呈规律性脱落;叶棱周围气膜孔表面(无论是叶背或是叶盆)均存在硬质物碾压划过叶片表面而压实CMAS,引起表面TBCs脱落的现象,同时在气膜孔内发现飞落的TBCs柱和CMAS块,从侧面反应对叶片表面造成实质性伤害的硬质物可能为脱落的TBCs柱或固化的CMAS块.

关键词：发动机涡轮叶片 CMAS腐蚀侵蚀 EB-PVD涂层柱状结构

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