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材料工程 2017年第10期45卷 79-87页

作者：陈文龙刘敏张吉阜宋进兵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广州510650 现代材料表面工程技术国家工程实验室广州510650 广东省现代表面工程技术重点实验室广州510650

在1250℃燃气热循环条件下,测试热障涂层抗冷热冲击性能,以模拟发动机叶片的启动升温与关闭降温循环过程。采用电化学阻抗谱测试和扫描电镜(SEM)系统研究热循环过程中热生长氧化物(TGO)生长与YSZ陶瓷层微结构演变。结果表明:随着热循环... 详细信息

在1250℃燃气热循环条件下,测试热障涂层抗冷热冲击性能,以模拟发动机叶片的启动升温与关闭降温循环过程。采用电化学阻抗谱测试和扫描电镜(SEM)系统研究热循环过程中热生长氧化物(TGO)生长与YSZ陶瓷层微结构演变。结果表明:随着热循环次数增加,热障涂层内TGO不断生长变厚,在中频阶段的阻抗谱响应越来越显著。YSZ陶瓷层内部经历了微裂纹的萌生与扩展两个阶段。经过100次热循环后的YSZ层表现出与喷涂态涂层相似的阻抗特征,表明高温下烧结会使YSZ层产生的微裂纹在短时间内愈合。但经过300次热循环后的YSZ层表现出与喷涂态完全不同的阻抗谱,并随热循环次数增加,YSZ颗粒间隙阻抗值不断增加,表明YSZ内层产生了不可愈合的微裂纹,是导致YSZ层最终失效的主要因素。

关键词：热障涂层燃气热冲击电化学阻抗谱结构演变

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掺杂元素对TiAlN涂层结构及性能的影响

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工具技术 2018年第7期52卷 17-20页

作者：李洪杨鸿泰林松盛韦春贝石倩郭朝乾苏一凡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广东工业大学

TiAlN涂层具有良好的化学稳定性、高的热硬性、良好的抗氧化性、高的膜/基结合力以及优异的耐磨性,是目前应用范围最广的工具表面硬质涂层之一,适合各种干切削场合并逐步替代Ti N涂层。随着高速切削的快速发展,TiAlN涂层逐渐难以满足现... 详细信息

TiAlN涂层具有良好的化学稳定性、高的热硬性、良好的抗氧化性、高的膜/基结合力以及优异的耐磨性,是目前应用范围最广的工具表面硬质涂层之一,适合各种干切削场合并逐步替代Ti N涂层。随着高速切削的快速发展,TiAlN涂层逐渐难以满足现代刀具高速切削的要求,针对TiAlN基多元涂层的研究在近几年得到了国内外广泛的关注,通过掺杂微量元素对TiAlN涂层结构及性能进行优化是提升TiAlN涂层综合性能的有效方法。本文重点讨论Si、Cr、Y、V和B等元素对TiAlN涂层结构和性能的影响,为TiAlN硬质涂层进一步开发应用提供一定的依据。

关键词： TiAlN涂层掺杂元素结构性能

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等离子喷涂-物理气相沉积的气相沉积机理

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无机材料学报 2017年第12期32卷 1285-1291页

作者：邓子谦刘敏毛杰张小锋陈文龙陈志坤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 中南大学材料科学与工程学院长沙410083

以等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)喷涂团聚的Zr O_2-7wt%Y_2O_3(7YSZ)粉末在五个喷距下制备了热障涂层。通过场发射-扫描电镜(FE-SEM)和X射线衍射(XRD)分析了五个涂层样品的微观结构和相成分差异。另外,通过发射光谱(OES)诊断研究了... 详细信息

以等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)喷涂团聚的Zr O_2-7wt%Y_2O_3(7YSZ)粉末在五个喷距下制备了热障涂层。通过场发射-扫描电镜(FE-SEM)和X射线衍射(XRD)分析了五个涂层样品的微观结构和相成分差异。另外,通过发射光谱(OES)诊断研究了射流中7YSZ粉末气相浓度随喷距的变化。最后,阐述了3种不同的气相沉积涂层生长机制,说明了射流中粉末的状态和气相浓度对涂层结构的影响。研究表明:(1)350 mm和1800 mm喷距下形成的均是致密结构涂层,而650~1250 mm喷距下形成的是典型的PS-PVD柱状结构涂层。(2)350 mm喷距下制备的涂层由四方相(t’)和单斜相(m)氧化锆构成;当喷距大于650 mm时,涂层以四方相(t’)氧化锆为主。(3)350 mm喷距下涂层是由高浓度气相过饱和自发形核形成的新核和液/固粒子共同作用形成的;喷距650~1250 mm下,涂层生长以气相沉积于基体进行非自发形核为主,气相在射流中的自发形核为辅;喷距1800 mm下涂层由气相过冷凝固的粒子堆积而成。

关键词： PS-PVD 涂层生长自发形核非自发形核光谱诊断

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掺W类金刚石薄膜的高温摩擦学行为

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摩擦学学报 2017年第3期37卷 379-386页

作者：许伟代明江林松盛侯惠君李洪周克崧中南大学材料科学与工程学院湖南长沙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510651

采用阳极层流型离子源结合非平衡磁控溅射技术制备了含氢掺钨类金刚石(W-DLC)薄膜,利用TEM、SEM、XRD、Raman光谱仪和摩擦磨损试验机等方法分析了薄膜的结构、形貌以及在高温下的摩擦学性能,探讨了W-DLC薄膜在高温下摩擦磨损行为作用机... 详细信息

采用阳极层流型离子源结合非平衡磁控溅射技术制备了含氢掺钨类金刚石(W-DLC)薄膜,利用TEM、SEM、XRD、Raman光谱仪和摩擦磨损试验机等方法分析了薄膜的结构、形貌以及在高温下的摩擦学性能,探讨了W-DLC薄膜在高温下摩擦磨损行为作用机理.结果表明:W-DLC薄膜中钨原子以WC1-x纳米晶团簇的形式随机分布于碳基质中,增强了薄膜的韧性.W-DLC薄膜在25~200℃范围内的摩擦系数可稳定在0.1以下,在300℃时的摩擦系数则高达0.5,当试验温度进一步升高到400℃时,薄膜的摩擦系数反而降低至0.3左右,当试验温度升高到500℃时,W-DLC薄膜中的W被氧化生成WO_3和摩擦诱导生成的石墨共同作用,使得薄膜的摩擦系数降到0.15左右,说明W-DLC薄膜在高温下仍然具有优异的减摩特性.然而,W-DLC薄膜的磨损率在25~500℃范围内表现出随着温度的升高而不断增大的趋势.

关键词：掺杂类金刚石薄膜高温摩擦磨损氧化

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粘结层预处理对PS-PVD沉积7YSZ热障涂层氧化行为的影响

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表面技术 2017年第3期46卷 84-90页

作者：邝子奇陈文龙刘敏毛杰邓子谦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 广东工业大学材料与能源学院广州510006

目的提高PS-PVD沉积7YSZ热障涂层的抗高温氧化性能。方法采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)分别在未预处理和预处理(抛光+预氧化)的粘结层表面制备了柱状结构7YSZ热障涂层,并在大气环境下测试了柱状结构7YSZ热障涂层的950℃静态高温... 详细信息

目的提高PS-PVD沉积7YSZ热障涂层的抗高温氧化性能。方法采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)分别在未预处理和预处理(抛光+预氧化)的粘结层表面制备了柱状结构7YSZ热障涂层,并在大气环境下测试了柱状结构7YSZ热障涂层的950℃静态高温氧化性能。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、能谱仪对高温氧化过程中的陶瓷层/粘结层界面形貌、TGO层结构演变进行表征。结果粘结层的抛光处理能够降低表面几何受力不均匀部位,抑制陶瓷层/TGO/粘结层界面处微裂纹的产生,同时粘结层的预氧化处理形成的薄而连续的TGO层能有效降低TGO的生长速度,抑制陶瓷层-粘结层之间的元素互扩散。柱状结构7YSZ涂层的高温氧化动力学曲线符合Wagner抛物线规律,粘结层未预处理和预处理的7YSZ热障涂层的氧化速率常数分别为0.101×10^(-12) cm^2/s和0.115×10^(-13) cm^2/s。结论粘结层预处理能有效改善等离子物理气相沉积7YSZ热障涂层的抗氧化性能。

关键词：等离子喷涂-物理气相沉积 7YSZ 粘结层预处理高温氧化柱状结构 TGO层结构演变

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电弧离子镀NiCoCrAlYHfSi涂层的抗高温氧化性能

电弧离子镀NiCoCrAlYHfSi涂层的抗高温氧化性能

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粤港澳大湾区真空科技创新发展论坛暨2018年广东省真空学会学术年会

作者：陈旋旋石倩林松盛韦春贝郭朝乾代明江中南大学广东省新材料研究所现代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

本文采用电弧离子镀技术在镍基高温合金上制备了NiCoCrAlYHfSi防护涂层,研究了Si、Hf元素掺杂对涂层结构和形貌的影响,考察了涂层在1050℃和1100℃温度的高温氧化行为。结果表明:NiCoCrAlYHfSi涂层主要由Y′-Ni3Al/Y-Ni、β-NiAl、α【... 详细信息

本文采用电弧离子镀技术在镍基高温合金上制备了NiCoCrAlYHfSi防护涂层,研究了Si、Hf元素掺杂对涂层结构和形貌的影响,考察了涂层在1050℃和1100℃温度的高温氧化行为。结果表明:NiCoCrAlYHfSi涂层主要由Y′-Ni3Al/Y-Ni、β-NiAl、α【-Cr相和NiCoCr合金相组成,在1050℃和1100℃恒温氧化200h后的平均氧化速度分别为0.0527g/m·h和0.1073g/m·h,对基材有良好的防护作用,显著降低了其氧化速度。NiCoCrAlYHfSi涂层在1050℃氧化时,氧化初期生成大量针状亚稳态的θTAl0,随后转变为稳态的α-AlO;在1100℃氧化时,氧化层以Al的氧化物为主。涂层中的活性元素Hf和Si增强氧化物层的粘附性,延缓了涂层剥落速度,减少Al的损耗,使涂层剥落后露出的新鲜表面仍能形成以α-AlO为主的氧化物防护层,对涂层仍具有良好的防护效果。

关键词：电弧离子镀镍基高温合金防护涂层抗高温氧化活性元素

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离子源功率对a-C:H(Al)薄膜结构及性能的影响

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表面技术 2017年第6期46卷 143-150页

作者：赵凤丽代明江林松盛许伟侯慧君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广东省现代表面工程技术重点实验室广州510650

目的研究离子源功率对a-C:H(Al)薄膜结构及性能的影响。方法采用阳极离子源离化CH_4气体,中频磁控溅射Al靶,通过改变离子源功率,在n(100)型单晶硅及16Mn Cr5钢基体上沉积a-C:H(Al)薄膜。利用扫描电镜、维氏显微硬度计、摩擦磨损试验机... 详细信息

目的研究离子源功率对a-C:H(Al)薄膜结构及性能的影响。方法采用阳极离子源离化CH_4气体,中频磁控溅射Al靶,通过改变离子源功率,在n(100)型单晶硅及16Mn Cr5钢基体上沉积a-C:H(Al)薄膜。利用扫描电镜、维氏显微硬度计、摩擦磨损试验机和表面轮廓仪等设备对a-C:H(Al)薄膜的结构及性能进行表征。结果薄膜的硬度均在1000HV以上。摩擦系数较低,为0.05~0.15。离子源功率为450 W时,薄膜摩擦系数和结合力均出现了最优值,分别为0.05和21.46 N。离子源功率在550 W时,磨损率达到最低值,为3.59×10^(-7) mm^3/(N·m)。结论离子源功率较低时,薄膜表面较疏松,随着离子源功率的增加,薄膜逐渐趋于平整致密。随离子源功率的增加,薄膜的硬度增大,薄膜的结合力先增大后减小,而薄膜的摩擦系数先减小后增大,磨损宽度减小,磨损深度降低,磨损率减小。

关键词：类金刚石薄膜 a-C:H(Al)薄膜中频磁控溅射离子源功率结合强度摩擦学力学性能

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聚四氟乙烯/Al_3O_2-TiO_2复合涂层的制备及其疏水性能研究

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表面技术 2017年第3期46卷 143-150页

作者：庞晓军邓畅光徐丽萍邓春明张小锋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广东省现代表面工程技术重点实验室广州510651

目的在铝合金表面制备耐磨、耐蚀、高结合强度的疏水涂层。方法采用大气等离子喷涂(APS)在铝合金基体上制备AT(Al3O2-Ti O2)涂层,在AT涂层上采用溶胶-凝胶法制备聚四氟乙烯(PTFE)面层,借助扫描电子显微镜、X射线衍射仪、3D形貌仪、接触... 详细信息

目的在铝合金表面制备耐磨、耐蚀、高结合强度的疏水涂层。方法采用大气等离子喷涂(APS)在铝合金基体上制备AT(Al3O2-Ti O2)涂层,在AT涂层上采用溶胶-凝胶法制备聚四氟乙烯(PTFE)面层,借助扫描电子显微镜、X射线衍射仪、3D形貌仪、接触角测试仪等仪器对涂层的显微结构、成分、粗糙度、接触角进行表征。结果喷距为120 mm、电流为680 A、送粉量为18 g/min的条件下,实心AT涂层和空心AT涂层表面粗糙度为6.99μm、6.13μm,孔隙率为5.88%、15.18%,硬度为945.82HV0.3、768.1HV0.3,与基体的结合强度为32 MPa、28 MPa,实心AT涂层与PTFE涂层的结合强度为19 MPa。实心PTFE/AT复合涂层与水的静态接触角最大可达130.9°,PTFE涂层表面含有氟化物和硅化物。结论实心粉末AT涂层表面粗糙度较大,综合性能优于空心粉末AT涂层,因此,将实心AT涂层作为复合涂层的底层。实心PTFE/AT复合涂层具有与荷叶表面相仿的微纳米二元粗糙结构,具有良好的疏水性能,疏水性能与表面含氟物质的疏水基团以及低表面能的二元粗糙结构相关。

关键词：大气等离子喷涂溶胶-凝胶复合涂层粗糙度结合力疏水性能二元粗糙结构

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7075铝合金在硼酸钠溶液体系的微弧氧化涂层性能表征

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材料研究与应用 2018年第2期12卷 98-101页

作者：黄科里陈兴驰肖晓玲张吉阜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 广东省工业分析检测中心广东广州510650

在以硼酸盐为主的碱性水溶液中对7075超高强度铝合金进行不同时间的微弧氧化表面处理,通过SEM和XRD对氧化陶瓷层的组织结构进行了分析,同时研究不同微弧氧化时间对涂层显微硬度的影响.结果表明:制备的涂层由疏松层和致密层组成,其中致... 详细信息

在以硼酸盐为主的碱性水溶液中对7075超高强度铝合金进行不同时间的微弧氧化表面处理,通过SEM和XRD对氧化陶瓷层的组织结构进行了分析,同时研究不同微弧氧化时间对涂层显微硬度的影响.结果表明:制备的涂层由疏松层和致密层组成,其中致密层占涂层总厚度的80%以上,与基体材料形成冶金结合;涂层中出现γ-Al2O3和α-Al_2O_3两相,其中γ-Al_2O_3相含量较多;随着氧化时间的不同,涂层显微硬度增大,但表面粗糙度变化不大,涂层的显微硬度为1250~1300Hv0.1.

关键词：铝合金微弧氧化陶瓷涂层硼酸钠

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等离子喷涂-物理气相沉积制备热障涂层对气膜冷却孔的影响

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表面技术 2017年第8期46卷 21-26页

作者：刘飞毛杰邓子谦邓春明张小锋邓畅光刘敏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

目的研究等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)制备热障涂层过程中影响气膜冷却孔堵塞情况的因素。方法采用等离子喷涂-物理气相沉积技术,以团聚烧结的ZrO_2-7%Y_2O_3(7YSZ)为原料,在预制有气膜冷却孔的高温合金板基体上制备热障涂层,研究... 详细信息

目的研究等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)制备热障涂层过程中影响气膜冷却孔堵塞情况的因素。方法采用等离子喷涂-物理气相沉积技术,以团聚烧结的ZrO_2-7%Y_2O_3(7YSZ)为原料,在预制有气膜冷却孔的高温合金板基体上制备热障涂层,研究了气膜冷却孔的孔角度、孔径大小等参数在热障涂层制备过程中对气膜孔堵塞情况的影响。结果当气膜冷却孔的孔径控制为0.85 mm时,30°、60°、90°气膜冷却孔的孔径收缩率分别为19.01%、14.50%、14.86%,孔径收缩率随角度的增大而减小,一定程度后保持稳定。孔内部涂层结构与表面涂层结构一致,都为柱状结构涂层。当气膜冷却孔的角度控制为30°时,孔径为1.0、1.3、15 mm的气膜冷却孔的孔径收缩率分别为36.40%、31.70%、24.45%,孔径收缩率随孔径的增大而减小。涂层在孔内的分布深度随孔径大小的增大而增大。结论气膜冷却孔的角度会影响PS-PVD热障涂层的沉积效率,从而影响孔径收缩率。气膜冷却孔的孔径不影响PS-PVD热障涂层的沉积效率,但会影响孔径收缩率。

关键词：等离子喷涂-物理气相沉积热障涂层气膜冷却孔孔径收缩率柱状涂层堵孔

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