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第八届粤港澳真空科技创新发展论坛暨2024年广东省真空学会学术年会

作者：林松盛石倩唐鹏周克崧苏一凡韦春贝张程代明江李小亚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

随着我国航空工业高速发展,新研制的重点型号对飞机先进性、可靠性和寿命提出了更高的要求,且服役条件更为恶劣和复杂,传统材料已难以满足多因素耦合的服役要求,这也是制约航空工业发展的主要瓶颈技术之一。而发展先进涂层技术是提升飞... 详细信息

随着我国航空工业高速发展,新研制的重点型号对飞机先进性、可靠性和寿命提出了更高的要求,且服役条件更为恶劣和复杂,传统材料已难以满足多因素耦合的服役要求,这也是制约航空工业发展的主要瓶颈技术之一。而发展先进涂层技术是提升飞机可靠性及满足未来在更为苛刻环境下服役要求的重要途径之一。本文主要面向航空部件进行强韧一体化金属/氮化物耐磨陶瓷涂层设计及制备关键技术研究。通过成分调制、多层融合梯度结构止裂、膜基界面梯度化的结合力增强及变形能力的有机协调设计,实现了涂层的硬度、韧性及耐磨损最佳匹配。涂层厚度220m可调,硬度约HV3000,结合力HF1级,磨损量较钛合金降低了1个数量级以上。所研制的软硬交替多元多层涂层可提升钛合金叶盘抗砂粒冲刷性能3倍以上,涂层叶盘实现了装机考核。并实现了一系列航空精密部件表面金属氮化物耐磨涂层工程化应用:①钛合金衬套/轴承座镀表面TiN基耐磨涂层,部件耐磨性提高1-2个数量级,在新研制的型号中已完全替代传统电镀Ni涂层。②航空作动器复杂形状零部件表面局部区域耐磨涂层,经涂层处理后部件耐磨性呈数量级提升,在新研制的型号中已普遍采用该涂层技术。③航空用钛合金芯轴表面耐磨涂层,解决了涂层脱落和易变形的问题,已进入工程化应用阶段。相关技术正在推广至航空关节轴承表面强化处理。

关键词：航空部件强韧一体化金属/氮化物耐磨涂层抗冲刷涂层

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温度对电弧离子镀CrN过程等离子体状态及涂层结构和力学性能的影响

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电镀与涂饰 2022年第13期41卷 934-941页

作者：曲帅杰郭朝乾杨昭代明江林松盛石倩苏一凡韦春贝唐鹏中南大学材料科学与工程学院湖南长沙410083 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

先采用发射光谱法分析了在不同温度下电弧离子镀CrN涂层过程中的等离子体状态,并在假设局部热力学平衡的条件下计算了等离子体密度,用玻尔兹曼作图法计算了等离子体温度。根据Cr靶弧光放电特点选择镀膜工艺,在不同温度下制备了CrN涂层,... 详细信息

先采用发射光谱法分析了在不同温度下电弧离子镀CrN涂层过程中的等离子体状态,并在假设局部热力学平衡的条件下计算了等离子体密度,用玻尔兹曼作图法计算了等离子体温度。根据Cr靶弧光放电特点选择镀膜工艺,在不同温度下制备了CrN涂层,并研究了其微观结构和力学性能。结果表明:随着温度升高,光谱强度先升高后降低,在350℃下电弧离子镀时等离子体光谱强度、等离子体密度及等离子体温度均最高,所得CrN涂层最致密。450℃时所得CrN涂层的纳米硬度和弹性模量都最高,力学性能最优。

关键词：氮化铬电弧离子镀温度等离子体发射光谱

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复合型叶序微流道混合性能的数值模拟

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化工进展 2024年第S01期43卷 154-165页

作者：张伟业朱晓武罗永皓王志沈阳工业大学材料科学与工程学院辽宁沈阳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 温州大学机电工程学院浙江温州325035

微混合技术以其样品体积小、消耗少、混合效率高、利于集成化等特点,在微化工、生物医药以及新能源等领域有着广阔的应用前景。目前研究中所采用的微混合器,通常无法兼顾设计复杂度与混合效率,并且基于应用导向缺乏相关的机理研究。采... 详细信息

微混合技术以其样品体积小、消耗少、混合效率高、利于集成化等特点,在微化工、生物医药以及新能源等领域有着广阔的应用前景。目前研究中所采用的微混合器,通常无法兼顾设计复杂度与混合效率,并且基于应用导向缺乏相关的机理研究。采用数值模拟的方法能够细化混合过程,有助于对结果的机理性分析。本文建立了一种互生-轮生内向复合叶序微通道模型,通过对微通道内流速场、压力场与粒子分布的模拟结果研究,分析结构元件的引流与阻流效应,并讨论其角度、间距以及循环密度对微通道中流体流型与混合效果的影响。结果表明,流体速度矢量对不同流体的流型以及相互扩散起到关键作用,是混合效果的决定性判据。其中元件角度主要影响流体速度矢量的方向差,元件间距决定了相邻作用区域的流场耦合程度,元件循环密度则主要影响流体速度矢量方向的变化幅度,最终得出当夹角为45°、间距为2mm、循环密度为4时,混合效果能够达到98%。

关键词：微混合流道复合叶序结构设计数值模拟流态分析

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HVOF制备铝青铜涂层工艺优化及工艺参数对涂层性能的影响

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表面技术 2021年第8期50卷 101-108页

作者：史周琨徐丽萍张吉阜肖根升邓春明宋进兵刘敏胡永俊广东工业大学材料与能源学院广州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州510651 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510651 中国航发湖南动力机械研究所湖南株洲412002

目的利用超音速火焰喷涂技术,在铸铝表面沉积质量优良的铝青铜涂层。方法基于正交实验,研究煤油流量、氧气流量、送粉速率和喷涂距离对涂层厚度、孔隙率、显微硬度和结合强度的影响。通过XRD图谱,对喷涂粉末和涂层相结构组成进行分析。... 详细信息

目的利用超音速火焰喷涂技术,在铸铝表面沉积质量优良的铝青铜涂层。方法基于正交实验,研究煤油流量、氧气流量、送粉速率和喷涂距离对涂层厚度、孔隙率、显微硬度和结合强度的影响。通过XRD图谱,对喷涂粉末和涂层相结构组成进行分析。利用场发射扫描电子显微镜,观察涂层截面形貌,测量涂层厚度。使用ImageJ软件测量孔隙率。采用显微硬度计和电子万能试验机,测量涂层的显微硬度和结合强度。针对正交实验结果,采用极差分析法进行分析,确定最优的工艺参数。结果由极差法分析得到最优工艺参数:煤油流量为22 L/h,氧气流量为900 L/min,送粉速率为80 g/min,喷涂距离为200 mm。采用最优工艺参数制备涂层,测得涂层厚度为405.43μm,孔隙率为0.10%,结合强度为61.63 MPa,显微硬度为330.33HV0.3。结论与粉末相比,涂层的相组成未发生改变,均为α相和β′相。通过极差分析可知,不同工艺参数对涂层孔隙率、厚度、显微硬度和结合强度的影响程度不同。在本实验选取的主要工艺参数中,送粉速率对涂层孔隙率和厚度的影响程度最大,喷涂距离对涂层显微硬度的影响程度最大,煤油流量对结合强度的影响程度最大。

关键词：铝青铜涂层铝合金超音速火焰喷涂工艺优化极差分析法正交实验

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异种金属电偶腐蚀防护方法研究进展

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材料研究与应用 2024年第1期18卷 95-105页

作者：张学敏林贤坤王旭东杨焜张小锋广西科技大学机械与汽车工程学院广西柳州545006 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

铝合金、钛合金等轻质合金材料广泛应用于飞机、舰船等高端装备的管路系统中,用来传送水、油/气等工质并连接各种机械设备。在应用过程中,异种金属在电解液中接触而引起电化学反应并发生明显的电偶腐蚀现象,直接影响设备的结构完整性和... 详细信息

铝合金、钛合金等轻质合金材料广泛应用于飞机、舰船等高端装备的管路系统中,用来传送水、油/气等工质并连接各种机械设备。在应用过程中,异种金属在电解液中接触而引起电化学反应并发生明显的电偶腐蚀现象,直接影响设备的结构完整性和服役安全性,必须采取措施预防此类电偶腐蚀的发生。介绍了电偶腐蚀发生的原理及影响因素,总结了近年来电偶腐蚀防护方法及绝缘防护涂层的研究现状,提出了电偶腐蚀防护值得关注的问题。

关键词：电偶腐蚀影响因素防护方法涂层防护异种金属电化学反应阴极保护阳极氧化

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超音速火焰喷涂铝青铜涂层微动磨损行为

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表面技术 2021年第11期50卷 226-232,278页

作者：史周琨徐丽萍张吉阜肖根升邓春明宋进兵刘敏胡永俊文魁广东工业大学材料与能源学院广州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州510651 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510651 中国航发湖南动力机械研究所湖南株洲412002

目的改善铝合金的抗微动磨损性能。方法采用超音速火焰喷涂技术在ZL114A铝合金表面制备铝青铜涂层,在不同温度(25、200、300℃)下对有、无涂层的ZL114A铝合金样品进行微动磨损测试,通过对涂层性能和磨痕形貌进行表征分析,探索铝青铜涂... 详细信息

目的改善铝合金的抗微动磨损性能。方法采用超音速火焰喷涂技术在ZL114A铝合金表面制备铝青铜涂层,在不同温度(25、200、300℃)下对有、无涂层的ZL114A铝合金样品进行微动磨损测试,通过对涂层性能和磨痕形貌进行表征分析,探索铝青铜涂层的抗磨损性能。结果铝青铜涂层均匀致密,与铝合金基体结合良好,显微硬度为279HV0.3,结合强度为74 MPa。不同温度(25、200、300℃)下,涂覆铝青铜涂层样品的平均微动摩擦系数分别为0.898、0.886、0.744,磨损率分别为10.249×10^(-7)、0.035×10^(-7)、0.207×10^(-7) m^(3)/(N·m),相比基体的平均微动摩擦系数和磨损率,3种温度下分别下降了34.5%、42.9%和58.9%。对磨痕的形貌和三维轮廓的分析表明,在25、200、300℃下,铝青铜涂层的磨损机制不相同,25℃下为磨粒磨损和剥层,200℃下为磨粒磨损、剥层、氧化磨损和粘着磨损,300℃下为塑性变形、氧化磨损和粘着磨损。结论制备的铝青铜涂层改善了基体的抗微动磨损性能。

关键词：铝青铜铝合金超音速火焰喷涂微动磨损磨损机制

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基体温度对悬浮液等离子喷涂TiO_(2)涂层性能的影响

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材料研究与应用 2024年第1期18卷 140-149页

作者：崔赛楠尹辉俊范秀娟文魁张小锋梁兴华邓畅光广西科技大学机械与汽车工程学院广西柳州200240 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

采用悬浮液等离子喷涂技术(SPS),在不同基体温度下成功地制备了TiO_(2)涂层。通过研究基体温度对TiO_(2)涂层光催化性能及机械性能的影响,探究适合TiO_(2)光催化涂层的最佳基体温度。通过场发射扫描电子显微镜、X射线衍射仪、同步热分... 详细信息

采用悬浮液等离子喷涂技术(SPS),在不同基体温度下成功地制备了TiO_(2)涂层。通过研究基体温度对TiO_(2)涂层光催化性能及机械性能的影响,探究适合TiO_(2)光催化涂层的最佳基体温度。通过场发射扫描电子显微镜、X射线衍射仪、同步热分析仪、紫外-可见光谱仪等,对TiO_(2)涂层微观形貌、物相组成、光吸收性能进行了详细分析;通过光催化测试、结合强度测试和划痕测试,深入研究了基体温度对涂层光催化性能及机械性能的影响。研究结果表明:随着基体温度由250℃降到110℃,涂层的锐钛矿含量逐渐增加了15%,间接带间隙减小了0.5 eV,同时可见光吸收强度显著提高;在可见光照射下,亚甲基蓝去除率增加了11%;随着基体温度的降低,涂层的机械性能有所减弱,结合强度降低了12.28 MPa,划痕试验的正常临界载荷减小1.77 N。该研究为选择TiO_(2)光催化涂层最佳基体温度提供了重要依据。

关键词： SPS 基体温度光催化性能机械性能带间隙 TiO_(2)光催化涂层光吸收性能微观结构

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3D打印钽医用金属材料

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金属世界 2023年第6期 16-23页

作者：杨振宇朱江奇闫星辰广东省科学院新材料研究所广东广州510640 现代材料表面工程技术国家工程实验室广东广州510640 广东省现代表面工程技术重点实验室广东广州510640

钽是一种稀有金属,具有良好的高温力学性能、抗腐蚀性能和生物相容性,在航空航天、电子和医疗等领域具有广泛的应用价值。本文介绍了钽的基本性能、钽矿的分布、冶炼流程以及钽在相关领域的应用,重点介绍了3D打印制备医用钽的优势及医... 详细信息

钽是一种稀有金属,具有良好的高温力学性能、抗腐蚀性能和生物相容性,在航空航天、电子和医疗等领域具有广泛的应用价值。本文介绍了钽的基本性能、钽矿的分布、冶炼流程以及钽在相关领域的应用,重点介绍了3D打印制备医用钽的优势及医用钽在生物医用方面的研究进程与临床应用。

关键词： 3D打印医用金属材料航空航天抗腐蚀性能稀有金属生物相容性高温力学性能生物医用

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冷喷涂CoNiCrAlY涂层制备工艺及组织性能研究

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材料研究与应用 2024年第4期18卷 643-648页

作者：邹旸王高民张志远邓春明褚欣谢迎春中国航发南方工业有限公司湖南株洲412002 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/粤港现代表面工程技术联合实验室广东广州510650

CoNiCrAlY合金可用于航空发动机热端部件的高温涂层,其使用性能因制备工艺的不同而呈现出差异。传统热喷涂技术在制备涂层过程中会引入高温热源,可导致材料发生相变,且产生一定的热应力。为消除热应力,需在喷涂至一定厚度后对涂层进行... 详细信息

CoNiCrAlY合金可用于航空发动机热端部件的高温涂层,其使用性能因制备工艺的不同而呈现出差异。传统热喷涂技术在制备涂层过程中会引入高温热源,可导致材料发生相变,且产生一定的热应力。为消除热应力,需在喷涂至一定厚度后对涂层进行热处理,这导致了热喷涂技术制备大厚度涂层时喷涂效率的降低和成本的增加。围绕航空发动机涡轮外环高温封严涂层新一代制备技术需求,采用高压冷喷涂技术,以氮气为载气,国产CoNiCrAlY粉末为原料,开展了低成本冷喷涂CoNiCrAlY涂层的制备工艺及组织性能研究。实验采用φ100.50 mm 304不锈钢管基体,在69°喷涂角度、5 MPa喷涂压力下,分别在800、850和900℃喷涂温度条件下沉积制备了CoNiCrAlY涂层。测量了粉末在不同喷涂温度下的沉积效率,表征了涂层的微观结构、显微硬度和摩擦磨损性能,以1050℃保温5 h随炉冷却方式对涂层进行了真空热处理,研究了热处理后涂层的组织与性能变化。结果显示,涂层孔隙率随喷涂温度的升高而降低(2.07%、0.81%和0.44%),粉末颗粒的沉积效率随喷涂温度的升高而提高(29.7%、32.5%和36.1%),喷涂态涂层的显微硬度与喷涂温度之间无线性关系(585.32、526.21和563.52 HV_(0.3))。经真空热处理后,冷喷涂CoNiCrAlY涂层孔隙率均显著降低,均下降至0.4%左右。显微硬度显著下降,保持在360 HV_(0.3)左右。摩擦磨损测试结果表明,较低喷涂温度制备的CoNiCrAlY涂层,经真空热处理后具有更低的磨损率。

关键词：冷喷涂 CoNiCrAlY涂层气体温度孔隙率真空热处理显微硬度摩擦磨损沉积效率

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PS-PVD热障涂层显微结构对耐侵蚀性能的影响研究

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热喷涂技术 2023年第4期15卷 93-100页

作者：谢诗骏曾卓见刘敏邓子谦胡永俊赵泓旭广东工业大学材料与能源学院广州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州510650

采用等离子喷涂物理气相沉积(PS-PVD)技术开展了热障涂层梯度结构调控研究,通过调整喷涂送粉速率,在底部、中间和顶部沉积阶段制备了五种不同的热障涂层,对热障涂层的显微组织、粗糙度、孔隙率、耐熔盐腐蚀和耐粒子冲蚀性能进行表征,阐... 详细信息

采用等离子喷涂物理气相沉积(PS-PVD)技术开展了热障涂层梯度结构调控研究,通过调整喷涂送粉速率,在底部、中间和顶部沉积阶段制备了五种不同的热障涂层,对热障涂层的显微组织、粗糙度、孔隙率、耐熔盐腐蚀和耐粒子冲蚀性能进行表征,阐明了显微结构变化对热障涂层耐侵蚀性能的影响。研究表明:送粉速率的变化对PS-PVD热障涂层羽柱状结构的沉积有显著的影响,低送粉速率下,涂层底部结构比较致密,当送粉速率增大时,由于粉末颗粒在喷涂过程气化不充分,未熔粒子增加,羽柱状顶部结构趋向致密结构转变,涂层顶部孔隙率下降,表面粗糙度降低。送粉速率由底至顶梯度递增制备的涂层表现出较高的耐熔盐腐蚀性能和耐粒子冲蚀性能。

关键词：热障涂层等离子喷涂-物理气相沉积羽柱状结构耐熔盐侵蚀耐粒子冲蚀性能

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