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表面技术 2022年第7期51卷 53-62页

作者：胡峰帆范秀娟彭峰邓春明刘敏曾德长宁成云华南理工大学材料科学与工程学院广州510640 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州510651 广东省人民医院广州510080

聚醚醚酮材料(PEEK)具有良好的生物相容性、化学稳定性、X射线可穿透性及优异的力学性能,广泛用于创伤、脊柱和关节等生物医疗领域。然而,PEEK属于生物惰性材料,其骨整合性不足,这在一定程度上限制了该材料在骨修复与替换等领域的发展... 详细信息

聚醚醚酮材料(PEEK)具有良好的生物相容性、化学稳定性、X射线可穿透性及优异的力学性能,广泛用于创伤、脊柱和关节等生物医疗领域。然而,PEEK属于生物惰性材料,其骨整合性不足,这在一定程度上限制了该材料在骨修复与替换等领域的发展和应用。等离子喷涂技术由于工艺简单、经济,喷涂涂层的黏结强度高等特点,是解决聚醚醚酮材料骨整合能力不足的重要表面涂层改性技术。首先,简述了等离子喷涂工艺的涂层沉积机理,并分别对等离子喷涂钛以及羟基磷灰石两种常用涂层进行了介绍;其次,从不同喷涂工艺以及喷涂参数对涂层的影响出发,详细介绍了近几年对PEEK基等离子喷涂涂层的结合强度等机械性能的最新研究进展,并对等离子喷涂过程对PEEK基体的机械强度、疲劳强度、热性能和化学降解等初始性能影响进行了总结与评价,详细介绍了PEEK基等离子喷涂涂层体内外生物性能的最新研究进展;最后,展望了等离子喷涂改性PEEK基材料的临床应用前景,以期为未来设计新型PEEK基生物材料提供理论指导。

关键词：聚醚醚酮等离子喷涂机械性能生物性能

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PS-PVD用CeO_(2)掺杂8YSZ团聚粉末及其涂层

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航空材料学报 2022年第1期42卷 50-58页

作者：牛少鹏李昕邓春明孙耀宁宋进兵王超黄益聪曾威戴红亮黄科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州510650 新疆大学机械工程学院乌鲁木齐830046

在纳米ZrO_(2)-8%Y_(2)O_(3)(摩尔分数)(8YSZ)粉末中掺杂20%(质量分数)微米级CeO_(2)粉末,并通过喷雾干燥合成CeO_(2)-8YSZ(CYSZ)复合团聚粉体。借助激光粒度仪和扫描电镜(SEM)及附带能谱仪(EDS)考察羧甲基纤维素黏结剂(carboxymethyl cellulose,CMC)质量分数对复合团聚粉体性能影响。采用PS-PVD制备具有柱状结构的CYSZ热障涂层,对涂层截面和表面进行EDS分析。采用X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)分析涂层物相。结果表明:黏结剂质量分数达到2%时可获得球形度高、粒度分布均匀的团聚粉体;制备的涂层中Ce元素呈均匀分布;涂层物相基本为t-相结构,其中Ce^(4+)取代Zr^(4+)进入ZrO_(2)晶格形成类质同象的固溶体结构,显示出CeO_(2)掺杂对t-相向m-相转变的抑制作用;所制备CYSZ涂层在1100℃,水冷循环100次后仍保持完整,展现出较高的抗热冲击性能。

关键词： CeO_(2)掺杂喷雾干燥团聚粉末 PS-PVD

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氧化对含氟化物共晶耐磨自润滑涂层机械和摩擦学性能影响

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表面技术 2022年第11期51卷 235-243页

作者：邝子奇牛少鹏宋佳李明康苏威铭王超黄益聪曾威戴红亮黄科广东轻工职业技术学院广州510300 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州510650 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司沈阳110043

目的考察NiCr/Cr_(3)C_(2)−BaF_(2)/CaF_(2)涂层在高温氧化环境下成分与结构变化,着重研究氧化对涂层机械和摩擦学性能影响。方法采用超音速火焰喷涂(HVOF)制备出NiCr/Cr_(3)C_(2)−BaF_(2)/CaF_(2)涂层,对涂层进行700、800、850℃氧化处... 详细信息

目的考察NiCr/Cr_(3)C_(2)−BaF_(2)/CaF_(2)涂层在高温氧化环境下成分与结构变化,着重研究氧化对涂层机械和摩擦学性能影响。方法采用超音速火焰喷涂(HVOF)制备出NiCr/Cr_(3)C_(2)−BaF_(2)/CaF_(2)涂层,对涂层进行700、800、850℃氧化处理,借助扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、力学性能试验机和高温摩擦磨损试验机等设备,比较了喷涂态涂层与氧化处理后涂层的微观结构、物相成分及机械和摩擦学性能。结果涂层在700℃以上氧化环境中,会发生氧化诱导下以氟化物润滑相表面迁移和表面Cr选择性氧化等行为构成的铬酸盐反应。该反应在850℃时会使涂层性能形成“嬗变”,在该温度下氧化处理后涂层的结合强度由喷涂态的75 MPa急剧下降至20 MPa,涂层近表显微硬度由735HV下降至190HV;此外,涂层在300℃时体积磨损率由喷涂态的2.19×105 mm^(3)/N·m剧增至16.3×105 mm^(3)/N·m。结论高温氧化诱导下的铬酸盐反应,不仅会破坏涂层中粘结相、耐磨相和润滑相的分布均匀性,而且会使涂层孔洞、裂纹等缺陷显著增加,由此导致涂层的机械和摩擦磨损性能大幅下降。对于工作时摩擦闪温超过800℃的含氟化物刷式封严涂层而言,涂层在经历闪点后所发生的性能“嬗变”是其短期失效的重要因素。提高涂层的抗氧化性能、降低高温下铬酸盐反应烈度将会是改善涂层失效的有效方法。

关键词：刷式封严超音速火焰喷涂耐磨自润滑氟化物

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面向石墨模具精密加工的金刚石涂层结构及性能

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材料导报 2021年第14期35卷 14030-14034页

作者：李洪许伟苏一凡林松盛代明江石倩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州510650

金刚石涂层具有接近天然金刚石的超高硬度及耐磨性,被认为是精密加工石墨模具的理想刀具涂层材料。金刚石涂层与刀具基体间的结合力及涂层表面状态是高速干式切削加工质量及效率的关键,金刚石涂层前处理过程控制及涂层工艺是影响金刚石... 详细信息

金刚石涂层具有接近天然金刚石的超高硬度及耐磨性,被认为是精密加工石墨模具的理想刀具涂层材料。金刚石涂层与刀具基体间的结合力及涂层表面状态是高速干式切削加工质量及效率的关键,金刚石涂层前处理过程控制及涂层工艺是影响金刚石涂层刀具综合性能的重要因素。本工作基于热丝化学气相沉积技术,采用酸-碱-酸三步法对硬质合金材料进行前处理,在涂层沉积过程中采用大气流量及高炉压沉积工艺在刀具基体表面沉积金刚石涂层。采用扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、拉曼光谱(Raman)、X射线衍射光谱(XRD)对涂层微观结构及物相结构进行分析表征,利用纳米压痕仪对金刚石涂层硬度进行测试,利用喷砂试验测试金刚石涂层的抗冲刷性能,利用石墨模具切削试验表征金刚石涂层刀具的切削性能。结果表明,金刚石涂层呈典型八面体结构,涂层与基体紧密结合、无明显孔隙,金刚石涂层刀具表面粗糙度为157 nm,sp3键含量大于98%,(涂层硬度大于90 GPa),涂层沿(111)面择优生长,抗冲刷时间大于150 s(0.5 MPa,120目),涂层刀具高速切削石墨模具2 h后,被加工面表面粗糙度小于1μm,达到进口刀具水平。切削完成后刀具前刀面出现少量崩缺,前刀面磨损是此类刀具加工石墨模具的主要磨损形式。

关键词：金刚石涂层刀具石墨模具结构及性能

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低含量碳化钨对激光熔覆镍基复合涂层性能影响

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应用激光 2023年第2期43卷 26-33页

作者：冯煜哲王岳亮刘文文马清邓朝阳卢冰文李福海温州大学机电工程学院浙江温州325035 广东省科学院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510650

为研究相对较低含量(质量分数≤15%)碳化钨镍基合金涂层中碳化钨对涂层性能的影响,采用激光熔覆技术在316L不锈钢基体上制备了不同碳化钨含量镍基碳化钨复合涂层,表征其组织形貌,同时对比分析不同碳化钨含量复合涂层的硬度、耐磨性。结... 详细信息

为研究相对较低含量(质量分数≤15%)碳化钨镍基合金涂层中碳化钨对涂层性能的影响,采用激光熔覆技术在316L不锈钢基体上制备了不同碳化钨含量镍基碳化钨复合涂层,表征其组织形貌,同时对比分析不同碳化钨含量复合涂层的硬度、耐磨性。结果表明,涂层熔道顶部搭接处存在明显的分界线,分界线上侧为细小等轴晶,下侧为粗大的柱状晶;碳化钨颗粒周围微熔形成析出物,同时在熔池底部有聚集趋势,且随碳化钨含量增大聚集趋势增大;镍基复合涂层硬度和耐磨性随添加碳化钨含量增大而提升,15%质量分数碳化钨复合涂层相较于纯镍熔覆涂层硬度提高约12.88%,摩擦因数降低约19.62%,磨痕形貌显示低含量碳化钨复合涂层中硬质颗粒的耐磨支撑作用相对较弱,复合涂层整体硬度提升是耐磨性能增强的主要因素。

关键词：低碳化钨含量激光熔覆复合涂层耐磨性

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物理气相沉积制备高熵氮化物涂层的进展

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电镀与涂饰 2023年第3期42卷 40-49页

作者：程驰郭朝乾李海庆李剑微曲帅杰张程林松盛广东工业大学机电工程学院广东广州510006 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510651

从体系和沉积方法入手,分析了强氮化金属元素体系、弱氮化金属元素体系及含非金属元素体系在结构上的特性和共性给高熵氮化物涂层性能带来的影响,阐述磁控溅射和电弧离子镀膜技术沉积涂层的表面形貌、微观结构及性能方面的差异性,并分... 详细信息

从体系和沉积方法入手,分析了强氮化金属元素体系、弱氮化金属元素体系及含非金属元素体系在结构上的特性和共性给高熵氮化物涂层性能带来的影响,阐述磁控溅射和电弧离子镀膜技术沉积涂层的表面形貌、微观结构及性能方面的差异性,并分别总结这些制备技术的优缺点。最后对高熵氮化物涂层体系在结构成分设计和沉积方法两方面未来的研究方向进行了展望。

关键词：高熵氮化物涂层物理气相沉积磁控溅射电弧离子镀力学性能综述

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热力耦合对电弧离子镀NiCoCrAlYHf涂层/镍基单晶高温合金界面组织结构的影响

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电镀与涂饰 2023年第18期42卷 33-42页

作者：郑彩凤郭建云唐鹏苏一凡谌曲平汪云程石倩林松盛中国航发南方工业有限公司湖南株洲412000 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新材料研究所广东广州510651

高温合金在高温服役时会受到温度和应力的共同作用,其界面组织结构的变化必然与单一热场下不同。采用电弧离子镀技术在镍基单晶高温合金表面制备NiCoCrAlYHf涂层,利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电子探针(EPMA)等方法研究了涂层与... 详细信息

高温合金在高温服役时会受到温度和应力的共同作用,其界面组织结构的变化必然与单一热场下不同。采用电弧离子镀技术在镍基单晶高温合金表面制备NiCoCrAlYHf涂层,利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电子探针(EPMA)等方法研究了涂层与基体在不同温度、时间及应力的条件下由元素互扩散所引起的微观结构演变与各成分的分布。结果表明:在无加载的情况下,NiCoCrAlYHf涂层与单晶高温合金的界面在1050、1100及1150℃下均发生明显的元素互扩散现象,且随着热暴露温度的升高和时间的延长,互扩散区(IDZ)宽度增大;界面处的扩散元素以Al、Ni、Cr和Co为主,Al、Ni由基体向涂层扩散,Cr、Co由涂层向基体扩散,导致基体γ/γ′相失稳而析出拓扑密堆积相(TCP)。NiCoCrAlYHf涂层与单晶高温合金基体在热力耦合作用下具有与上述相似的元素互扩散现象,但应力抑制了界面元素的互扩散行为,互扩散区宽度明显减小,且不受实验范围内载荷大小(50、71和100 MPa)的影响。另外,应力场不会改变TCP相的形貌和成分富集,单一热暴露试样和热力耦合作用试样在互扩散区、二次反应区(SRZ)析出的块状及针状TCP相均为碳化钽和P相析出物。

关键词：镍基单晶高温合金电弧离子镀镍−钴−铬−铝−钇−铪涂层热力耦合元素互扩散界面组织演变

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固体氧化物燃料电池氧化钇稳定氧化锆电解质的等离子喷涂制备及性能

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硅酸盐学报 2022年第7期50卷 1929-1935页

作者：杜柯宋琛余敏陈丹郭宇刘太楷杨成浩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州510650 西南交通大学材料科学与工程学院成都610031 华南理工大学环境与能源学院广州510006

金属支撑型固体氧化物燃料电池极具应用前景,但缺少高性价比制备技术。采用高效率、低成本大气等离子喷涂(APS)在金属基体上制备了氧化钇稳定氧化锆(YSZ)电解质,研究加热基体条件下沉积粒子形貌与涂层结构间的联系,并评估电解质的力学... 详细信息

金属支撑型固体氧化物燃料电池极具应用前景,但缺少高性价比制备技术。采用高效率、低成本大气等离子喷涂(APS)在金属基体上制备了氧化钇稳定氧化锆(YSZ)电解质,研究加热基体条件下沉积粒子形貌与涂层结构间的联系,并评估电解质的力学性能和电池性能。结果表明:加热后的基体上,YSZ沉积粒子铺展充分,片层内存在微裂纹,导致结构中除未结合区域外还存在垂直裂纹,涂层孔隙率为7.16%,YSZ纳米压痕硬度和弹性模量分别为(13.0±1.0) GPa和(188.5±2.6) GPa。受电解质不致密的影响,APS沉积的YSZ单电池最高开路电压为0.97 V,致密度还需进一步提高,但电池输出性能可观,900℃峰功率密度为850 mW/cm^(2)。随着设备迭代优化或结合后处理工艺,APS有望实现致密YSZ电解质的大规模低成本制备。

关键词：固体氧化物燃料电池氧化钇稳定氧化锆大气等离子喷涂电解质

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Cu对SLM成形CoCrMoW合金的力学行为及抗菌性能的影响机制

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材料科学与工艺 2025年第2期33卷 43-50页

作者：张雯谢文强邵龙泉阿不都沙特·阿不都热西提刘环闫星辰陶宏伟常成田晶广东省第二中医院口腔科广州510095 南方医科大学口腔医院广州510280 喀什地区第一人民医院新疆喀什844000 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 广东省科学院新材料研究所广东省现代表面工程技术重点实验室广州510650 中山大学孙逸仙纪念医院广州510120

为了解决义齿口腔开放环境、血管支架类假体植入后可能带来的术后感染和炎症,本文基于Cu元素作为一种良好的广谱抗菌剂,结合激光选区熔化技术(SLM)的高自由成形度,在CoCrMoW合金中选择添加了不同比例的Cu元素(2%、4%、6%,质量分数),开... 详细信息

为了解决义齿口腔开放环境、血管支架类假体植入后可能带来的术后感染和炎症,本文基于Cu元素作为一种良好的广谱抗菌剂,结合激光选区熔化技术(SLM)的高自由成形度,在CoCrMoW合金中选择添加了不同比例的Cu元素(2%、4%、6%,质量分数),开发出了力学性能优异且兼具抗菌性能的CoCrMoW-xCu合金。对比了CoCrMoW-xCu合金的显微组织、力学性能及抗菌行为,结果表明:Cu元素的引入对其物相种类影响不大,仍由高温γ-Co相和ε-Co相组成,Cu的引入抑制了高韧γ-Co向硬脆ε-Co相的马氏体转变,导致强硬度提升有限。通过CoCrMoW-xCu合金对金黄色葡萄球菌的抗菌测定,微小的α-Cu相有助于增强抗菌活性。优选综合性能良好的CoCrMoW-2Cu合金(抗拉强度为(1100±21.5)MPa,断后伸长率为9.5%±0.84%,抗菌率为34.75%)成分进行了SLM抗菌牙冠的仿形制造,为临床用SLM成形的抗菌植入体提供了强有力的理论基础和数据支撑。

关键词：激光选区熔化 CoCrMoW-xCu合金力学行为抗菌性能生物医用

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冷喷涂CoNiCrAlY涂层的高温硬度及摩擦磨损性能研究

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热加工工艺 2025年第2期54卷 22-27页

作者：孙训东孙文黄继波黄仁忠郑志刚江柱中云海涛汪云程华南理工大学材料科学与工程学院广东广州510006 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 中国航发南方工业公司湖南株洲412002

研究冷喷涂制备的CoNiCrAlY涂层的显微组织以及高温条件下涂层的硬度和摩檫学性能。采用高压冷喷涂技术,使用氦气制备了CoNiCrAlY涂层,并在1080℃真空环境下热处理4 h。采用光学显微镜、扫描电子显微镜对真空热处理前后涂层组织结构及... 详细信息

研究冷喷涂制备的CoNiCrAlY涂层的显微组织以及高温条件下涂层的硬度和摩檫学性能。采用高压冷喷涂技术,使用氦气制备了CoNiCrAlY涂层,并在1080℃真空环境下热处理4 h。采用光学显微镜、扫描电子显微镜对真空热处理前后涂层组织结构及孔隙率进行了表征。分析了热处理后涂层的高温硬度和高温摩檫学性能。结果表明:冷喷涂可制备界面结合良好、组织致密的CoNiCrAlY涂层,涂层孔隙率约为0.3%,硬度约为600 HV0.3;真空扩散热处理可以有效降低涂层的孔隙率和显微硬度;随着测试温度的升高(800、900和1000℃),涂层的显微硬度逐渐降低;随着测试温度的升高,涂层的摩擦系数与磨损率也逐渐降低。因此,该涂层具有良好的高温耐磨性。

关键词：高压冷喷涂 CoNiCrAlY涂层显微组织高温硬度高温摩擦磨损

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