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等离子喷涂-物理气相沉积制备7YSZ纳米结构固体氧化物燃料电池电解质层（英文）

稀有金属材料与工程 2019年第12期48卷 3835-3840页

作者：许伟张小锋周克崧牛少鹏常发刘敏邓春明邓子谦中南大学湖南长沙410083 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510650 福建工程学院福建福州350118

氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)因其高热稳定性和良好的氧离子电导率被广泛地作为电解质材料应用于固体氧化物燃料电池(SOFC)。本研究采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)技术成功地制备了致密的纳米结构7YSZ薄电解质层,通过SEM、TEM、工业C... 详细信息

氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)因其高热稳定性和良好的氧离子电导率被广泛地作为电解质材料应用于固体氧化物燃料电池(SOFC)。本研究采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)技术成功地制备了致密的纳米结构7YSZ薄电解质层,通过SEM、TEM、工业CT以及纳米压痕等技术测定了7YSZ电解质层的微观形貌、结构、力学性能及气体透过率,揭示了电解质层在沉积过程中的生长机制。结果表明:基体温度是影响7YSZ电解质层纳米结构形成的关键因素;当电解质层厚度为8.712.3μm时,其泄露率为2.24×10^-8~2.29×10^-8 cm^4·gf^-1·s^-1;同时,7YSZ电解质层还表现出良好的力学性能,其硬度、弹性模量和弹性回复率分别为10 GPa、140 GPa和57%。

关键词：固体氧化物燃料电池氧化钇稳定的氧化锆物理气相沉积-等离子喷涂电解质层

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钛合金基材表面粗糙度对Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜性能的影响

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电镀与涂饰 2020年第15期39卷 979-983页

作者：吕亮林松盛王迪刘灵云汪唯郭朝乾代明江汪云程中国航发南方工业有限公司湖南株洲412000 广东省科学院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

为提高钛合金的抗冲蚀性能,采用真空阴极电弧离子镀技术在不同表面粗糙度(Ra)的TC4钛合金表面制备了Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、划痕仪和砂粒冲刷试验仪分析了多层膜的截面形貌、微观结构... 详细信息

为提高钛合金的抗冲蚀性能,采用真空阴极电弧离子镀技术在不同表面粗糙度(Ra)的TC4钛合金表面制备了Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、划痕仪和砂粒冲刷试验仪分析了多层膜的截面形貌、微观结构、厚度、显微硬度、结合力和抗砂粒冲刷性能。重点研究了基体表面粗糙度对多层膜的结合力和抗砂粒冲刷性能的影响。结果表明,所得Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜厚度约为12μm,显微硬度大于3000 HV,能显著地提高TC4钛合金基材的抗砂粒冲刷性能。在相同工艺条件下,基体表面粗糙度越小,其表面膜层的结合力和抗砂粒冲刷性能越佳。为获得综合性能良好的Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜,TC4钛合金基体的表面粗糙度必须控制在≤1.60μm。

关键词：钛锆氮化物多层膜电弧离子镀表面粗糙度抗砂粒冲刷性能

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超音速等离子喷涂制备非对称型La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ透氧膜的性能

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材料热处理学报 2019年第9期40卷 135-141页

作者：牛少鹏周克崧邓畅光徐丽萍毛杰杨焜曾威陈志坤陈龙飞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省科学院

采用超音速等离子喷涂方法制备出了La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ(LSCF-6428)非对称型透氧膜。利用双聚焦离子束、扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪等手段观测膜层微观结构和物相成分,重点考察膜层高温结构稳定性和抗CO2腐蚀性能。采用四... 详细信息

采用超音速等离子喷涂方法制备出了La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ(LSCF-6428)非对称型透氧膜。利用双聚焦离子束、扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪等手段观测膜层微观结构和物相成分,重点考察膜层高温结构稳定性和抗CO2腐蚀性能。采用四探针法测电导率比较SAPS膜和传统烧结膜的电子传导性能。结果表明,SAPS膜结构致密程度较高,膜层内部富含纳米晶粒,并呈现“微纳晶-纳米晶-超细纳米晶”顺序叠加结构。膜经历850℃,30次热循环测试和25 h持续加热测试后仍维持较高的致密度,表现出较好的结构稳定性。膜层在静态CO2气氛下,500℃时即开始相分解,且随着温度升高,相分解加速,到900℃时相分解快速完成并终止。相比之下,膜层在950℃,CO2吹扫气氛下相分解速率明显减慢,在经历2h加热后仅发生轻微分解。四探针法测得SAPS膜常温电导率达到0. 28 (Ω·cm)^-1,高出烧结膜一个数量级。进一步研究表明,SAPS膜晶格发生膨胀,引发膜层内部极化子尺寸增大,有助于内部电子的迁移。

关键词：超音速等离子喷涂非对称型透氧膜纳米晶高温稳定性极化子

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热震对TiAlSiN涂层结构与性能的影响

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表面技术 2019年第11期48卷 297-304,319页

作者：宋智辉代明江李洪林松盛石倩韦春贝郭朝乾苏一凡广东工业大学材料与能源学院广州510006 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州510651

目的探究TiAlSiN涂层经过不同热震次数后,其组织结构及性能的变化规律及机制。方法采取电弧离子镀技术在单晶硅和M2高速钢(W6Mo5Cr4V2)表面沉积TiAlSiN涂层,采用加热-水淬循环的方法进行热震试验。采用3D表面轮廓仪、扫描电子显微镜(SEM... 详细信息

目的探究TiAlSiN涂层经过不同热震次数后,其组织结构及性能的变化规律及机制。方法采取电弧离子镀技术在单晶硅和M2高速钢(W6Mo5Cr4V2)表面沉积TiAlSiN涂层,采用加热-水淬循环的方法进行热震试验。采用3D表面轮廓仪、扫描电子显微镜(SEM)表征涂层显微形貌,用金相显微镜测定膜/基结合力,用能谱仪(EDS)分析涂层元素含量变化,用X射线衍射仪(XRD)表征物相结构,用划痕仪和硬度计测量涂层力学性能,用摩擦磨损试验仪、光学显微镜探究涂层摩擦学性能及摩擦磨损机制。结果随着热震次数的增加,涂层表面产生的TiO颗粒尺寸增大,含量增多,粗糙度增加。XRD衍射峰向小角度发生偏移,但仍保持立方结构。涂层的力学性能变差,硬度值由2066HV0.025下降至1447HV0.025,结合力由常温的71.8 N下降至33.9 N,结合力等级由常温的HF1降至HF4。此外,30、40、50次热震后,涂层展现出比常温下更优异的耐磨性能,摩擦系数由常温的0.571分别降低至0.427、0.389、0.273,磨损率由常温时的1.4×10^-14 m^3/(N·m)分别降至1.01×10^-14、0.93×10^-14、0.71×10^-14m^3/(N·m),磨损类型主要为粘着磨损与氧化磨损。结论 TiAlSiN涂层在600℃下具备优异的抗热震性能,多次冷-热循环后仍为立方结构。随着热震次数的增加,TiAlSiN涂层表面质量及力学性能下降,但摩擦磨损试验中,由于涂层表面多次热震形成的氧化物起到润滑效果,有效减缓了涂层与摩擦球的剧烈接触,使TiAlSiN涂层的耐磨减摩性能提高。

关键词：离子镀 TiAlSiN 热震高温结合力耐磨性

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低温反应溅射Al+α-Al2O3复合靶沉积α-Al2O3薄膜

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无机材料学报 2019年第8期34卷 862-866页

作者：程奕天邱万奇周克崧刘仲武焦东玲钟喜春张辉华南理工大学材料科学与工程学院广州510640 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州510651

低温沉积α-Al2O3薄膜是拓展其实际工程应用的关键。本研究以Al、α-Al2O3和Al+15wt%α-Al2O3为靶材,用射频磁控溅射在Si(100)基体上沉积氧化铝薄膜。用掠入射X射线衍射(GIXRD)、透射电子显微镜(TEM)、能谱仪(EDS)对所沉积薄膜的相结构... 详细信息

低温沉积α-Al2O3薄膜是拓展其实际工程应用的关键。本研究以Al、α-Al2O3和Al+15wt%α-Al2O3为靶材,用射频磁控溅射在Si(100)基体上沉积氧化铝薄膜。用掠入射X射线衍射(GIXRD)、透射电子显微镜(TEM)、能谱仪(EDS)对所沉积薄膜的相结构和元素含量进行研究,用纳米压痕技术测量薄膜硬度。结果表明,在550℃的基体温度下,反应射频磁控溅射Al+α-Al2O3靶可获得单相α-Al2O3薄膜。靶中的α-Al2O3溅射至基片表面能优先形成α-Al2O3晶核,在550℃及以上的基体温度下可抑制γ相形核,促进α-Al2O3晶核同质外延生长,并最终形成单相α-Al2O3薄膜。

关键词： α-Al2O3 反应溅射复合靶低温沉积纳米压痕

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APS制备7YSZ热障涂层镀铝改性的抗氧化性（英文）

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材料导报 2019年第2期33卷 283-287页

作者：许世鸣张小锋刘敏邓春明邓畅光牛少鹏中南大学材料科学与工程学院长沙410083 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及广东省现代表面工程技术重点实验室广州510650

热障涂层(TBC)的使用对燃气轮机的寿命和效率都有明显提升,而TBC一般是由金属粘结层和ZrO_2-7%(质量分数) Y_2O_3(7YSZ)陶瓷层组成。与飞行器推进系统的TBC相比,燃气轮机的服役环境有其特殊性。在工业燃气轮机服役过程中,TBC系统中金属... 详细信息

热障涂层(TBC)的使用对燃气轮机的寿命和效率都有明显提升,而TBC一般是由金属粘结层和ZrO_2-7%(质量分数) Y_2O_3(7YSZ)陶瓷层组成。与飞行器推进系统的TBC相比,燃气轮机的服役环境有其特殊性。在工业燃气轮机服役过程中,TBC系统中金属粘结层的氧化是导致涂层过早失效最重要的原因之一。TGO(热生长氧化层)的形成不可避免,但抑制TGO的生长速率可以提高TBC的使用寿命,而7YSZ是一种对氧离子扩散几乎无阻碍作用的材料。因此,在7YSZ涂层上覆盖一层氧离子扩散障碍膜是阻止TGO生成的一种可行方法。本研究中,在7YSZ涂层表面沉积一层铝膜。经热处理后,在7YSZ涂层表面通过Al和ZrO_2原位反应生成α-Al_2O_3层,该层可以作为氧离子扩散障碍层。此外,对热处理压力和铝改性的7YSZ涂层抗氧化性关系进行了研究。

关键词：铝改性热障涂层氧化钇稳定氧化锆(7YSZ)涂层抗氧化性热生长氧化物

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表面粗糙度对PS-PVD热障涂层陶瓷层沉积的影响

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材料工程 2019年第8期47卷 161-168页

作者：曾威毛杰马景涛邓畅光邓子谦邓春明宋鹏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州510651 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广州510651 昆明理工大学材料科学与工程学院昆明650093

研究基于等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)工艺的沉积表面的粗糙度对YSZ陶瓷层结构的影响,初步阐明了表面粗糙度对陶瓷层气相沉积过程的影响和涂层结构的形成规律。采用PS-PVD工艺在预制有NiCoCrAlYTa黏结层的K417G高温合金上制备YSZ陶... 详细信息

研究基于等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)工艺的沉积表面的粗糙度对YSZ陶瓷层结构的影响,初步阐明了表面粗糙度对陶瓷层气相沉积过程的影响和涂层结构的形成规律。采用PS-PVD工艺在预制有NiCoCrAlYTa黏结层的K417G高温合金上制备YSZ陶瓷层;采用SEM、粗糙度检测仪、3D表面形貌仪等方法分析PS-PVD YSZ陶瓷涂层的形貌和结构特征。基体表面粗糙度对PS-PVD涂层结构有很大影响。结果表明:当基体表面粗糙度分别为 R a≤2μm, 2μm< R a<6μm, R a≥6μm时,涂层粗糙度分别在3.5~5,6~10,10~15μm区间;特征表面形貌"菜花头"的直径随着基体表面粗糙度的增加而逐渐增大, d P=38.5μm, d 280S =25.5μm, d 60S =38.7μm, d 24S =102μm, d S=137μm。表面粗糙度主要通过PS-PVD气相沉积过程中的阴影效应来影响涂层生长和形成差异性结构,随着基体表面粗糙度的增加,YSZ陶瓷层受阴影效应影响增大,表面形貌"菜花头"尺寸和柱状结构间间隙增大,形成更加疏松的结构。

关键词：等离子喷涂-物理气相沉积热障涂层 YSZ陶瓷层表面粗糙度

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铁氧体表面Cr/Ni/Ag复合薄膜制备及性能研究

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表面技术 2019年第12期48卷 125-130页

作者：李洪崔骏林松盛石倩蔡畅韦春贝黄裕坤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州510650 中山国磁真空技术有限公司广东中山528445

目的利用真空镀膜技术对铁氧体电磁感芯表面进行金属化处理,对金属薄膜的结构及性能进行综合分析,为其实现工程应用提供一定的理论基础。方法采用多腔一体式磁控溅射设备在铁氧体磁体表面依次沉积Cr、Ni、Ag,作为铁氧体表面复合金属薄... 详细信息

目的利用真空镀膜技术对铁氧体电磁感芯表面进行金属化处理,对金属薄膜的结构及性能进行综合分析,为其实现工程应用提供一定的理论基础。方法采用多腔一体式磁控溅射设备在铁氧体磁体表面依次沉积Cr、Ni、Ag,作为铁氧体表面复合金属薄膜。采用扫描电镜对复合薄膜表面、截面形貌进行表征;利用原子力显微镜对复合薄膜表面粗糙度进行测量;利用划格法对复合薄膜附着力进行测试;利用冲压试验对复合薄膜剥离强度进行测试;利用拉伸试验对复合薄膜结合强度进行测试;利用浸锡试验对复合薄膜耐焊性进行测试。结果试验制备的Cr/Ni/Ag复合薄膜各层厚度分别为420、4200、550 nm,Cr层与Ni层有明显柱状晶结构,层间界面清晰、无明显孔隙,Ag层与Ni层紧密结合。复合薄膜表面粗糙度为13 nm,附着力达0B级,结合力为30 N,抗拉强度达42 MPa。复合薄膜经过450℃浸锡18 s后,表面金属薄膜无脱焊或露底。结论采用磁控溅射技术制备的Cr(420 nm)/Ni(4200 nm)/Ag(550 nm)复合金属薄膜结构致密均匀,综合性能优异,达到铁氧体电感磁芯表面金属薄膜技术要求。

关键词：铁氧体磁控溅射复合金属薄膜 Cr/Ni/Ag 结合强度耐焊性

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等离子喷涂-物理气相沉积7YSZ热障涂层形成机制

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中国科学：技术科学 2019年第11期49卷 1319-1330页

作者：张小锋周克崧刘敏邓子谦魏亮亮毛杰邓春明邓畅光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及广东省现代表面工程技术重点实验室广州510650 北京航空航天大学材料科学与工程学院北京100191

采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)技术,以纳米团聚的ZrO2-7%Y2O3(7YSZ)粉末为原料在镍基高温合金为基体的CoCrAlSiY黏结层表面制备了羽毛柱状7YSZ涂层.通过透射电子显微镜(TEM)观察并分析了柱状涂层的显微结构,发现涂层的最小组成... 详细信息

采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)技术,以纳米团聚的ZrO2-7%Y2O3(7YSZ)粉末为原料在镍基高温合金为基体的CoCrAlSiY黏结层表面制备了羽毛柱状7YSZ涂层.通过透射电子显微镜(TEM)观察并分析了柱状涂层的显微结构,发现涂层的最小组成单元为纳米柱状晶,众多柱状晶在空间随喷涂遍数累积气相原子依次形核长大形成了微观上的树枝状结构,在宏观上呈现羽毛状结构涂层.基于7YSZ羽毛柱状涂层的形成过程,本文首先从热力学原理分析了7YSZ气相原子的形核机制,阐述了裹挟高浓度气相原子的高温等离子体与基体相互作用形成的温度梯度和气相原子浓度梯度规律,探讨了温度梯度下纳米柱状7YSZ晶体的长大和分枝过程,分析了等离子焰流气相原子沉积过程中过冷度变化对气相原子形核、长大和宏微观涂层结构的影响,研究了PS-PVD喷涂过程中涂层柱状结构内部和柱状结构间隙形成的内在规律和机制.

关键词：等离子喷涂-物理气相沉积热障涂层沉积机理温度梯度过冷度

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PCB微钻碳基硬质薄膜的制备以及加工性能的研究

PCB微钻碳基硬质薄膜的制备以及加工性能的研究

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第五届粤港澳真空科技创新发展论坛暨广东省真空学会2021年学术年会

作者：张聿铭范舒瑜王倚倩林松盛匡同春石倩代明江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华南理工大学材料科学与工程学院

微细零部件系统是微小尺度范围内综合机、电、液等技术而形成的高新技术产品,广泛应用在绿色能源、信息电子、航空航天、工业生产和仪器仪表等产业领域。微细切削是一种在介观尺度直接对工件进行切削去除的加工技术,具有卓越的三维加工... 详细信息

微细零部件系统是微小尺度范围内综合机、电、液等技术而形成的高新技术产品,广泛应用在绿色能源、信息电子、航空航天、工业生产和仪器仪表等产业领域。微细切削是一种在介观尺度直接对工件进行切削去除的加工技术,具有卓越的三维加工能力、加工材料的普适性、加工效率和加工成本方面的综合优势,是微细零部件加工技术体系的重要组成部分。化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)金刚石薄膜具有硬度高、摩擦系数低、耐磨性强、表面化学惰性高,以及与许多工程材料间弱粘附性等优异的机械及摩擦学性能。本文针对PCB (Printed Circuit Board,PCB)微钻在加工过程中易折断、易粘附工件材料的性能缺陷,对PCB (Printed Circuit Board,PCB)微钻的不同金刚石涂层厚度进行制备以及性能优化。在硬质合金平面样和微细刀具上沉积不同厚度的MCD薄膜,利用扫描电镜(SEM)观察金刚石的微观形貌;原子力显微镜(AFM)考察金刚石表面粗糙度;划痕测试测量金刚石涂层与基体的结合力;最后进行钻削PCB板实验进行加工性能测试。结果表明:1μm厚MCD涂层微钻在钻削700个孔时,主切削刃上薄膜大面积脱落;而4μm以及5μm厚的MCD涂层在分别在钻削1000和1200个钻孔质量有所下降。结合孔的形貌质量以及钻头与涂层的结合性能来看,3μm厚MCD涂层微钻具有更长的工作寿命以及更高的加工精度,其寿命分别是1μm、4μm、5μm涂层厚度的2倍、1倍、1.5倍。

关键词：热丝化学气相沉积金刚石刀具涂层微钻 MCD

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