检索结果-内蒙古大学图书馆

中国表面工程 2024年第5期37卷 361-372页

作者：杨焜邓子谦牛少鹏徐丽萍曾威戴红亮宋进兵广东省科学院新材料研究所广州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

低压等离子喷涂MCrAlY涂层具有优良的抗高温氧化和热腐蚀性能,广泛应用于涡轮发动机热端部件的防护,但对于喷涂过程中单个熔融MCrAlY粉末颗粒的沉积及堆叠过程与涂层结构及性能之间的关联仍不够清晰。采用低压等离子喷涂方法,在镍基高... 详细信息

低压等离子喷涂MCrAlY涂层具有优良的抗高温氧化和热腐蚀性能,广泛应用于涡轮发动机热端部件的防护,但对于喷涂过程中单个熔融MCrAlY粉末颗粒的沉积及堆叠过程与涂层结构及性能之间的关联仍不够清晰。采用低压等离子喷涂方法,在镍基高温合金GH3536基体及抛光涂层表面收集CoNiCrAlY扁平颗粒沉积物及厚度数百微米的涂层,并对单个及堆叠扁平颗粒沉积物的形貌以及涂层的微观结构和性能进行表征。结果表明,喷涂腔室内保护气氛压强降低时,熔融的CoNiCrAlY粉末颗粒在基体表面快速铺展并凝固沉积为边缘存在一定数量溅射物的扁平化盘状物,而熔融粉末颗粒在已沉积涂层表面铺展得更为充分,大量充分熔化并铺展的扁平颗粒沉积物以机械咬合的方式相互结合并逐层堆垛形成致密涂层。涂层的孔隙率可控制在1%以内,氧含量低至0.32%,结合强度75 MPa以上,涂层经真空热处理后在1050℃时达到完全抗氧化级别,真空热处理还可提高涂层的组织均匀性以及涂层的内聚强度,并在涂层与基体界面处形成厚度数十微米的互扩散层,进一步改善涂层与基体的结合强度。低压等离子喷涂CoNiCrAlY厚涂层的组织均匀致密、综合性能优良,与单个熔融粉末颗粒在基体及已沉积涂层表面的沉积堆垛行为密切相关。研究结果可为基于对熔融粉末颗粒沉积堆叠行为调控以实现涂层结构和性能优化提供依据。

关键词：低压等离子喷涂钴镍铬铝钇沉积行为微观结构涂层性能

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化学复合镀Ni-Mo-P/(h)BN镀层的宽温域摩擦学性能研究

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稀有金属材料与工程 2024年第10期53卷 2860-2872页

作者：夏雨韦春贝林松盛向青春石倩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粤港现代表面工程技术联合实验室广东广州510651

在GH4169镍基高温合金表面采用化学复合镀技术制备了Ni-Mo-P镀层和Ni-Mo-P/(h)BN复合镀层,研究了镀层在不同温度下摩擦磨损后的摩擦学行为以及微观组织结构。采用球-盘式摩擦磨损试验机研究了镀层在室温、300、500、700℃下的摩擦学性... 详细信息

在GH4169镍基高温合金表面采用化学复合镀技术制备了Ni-Mo-P镀层和Ni-Mo-P/(h)BN复合镀层,研究了镀层在不同温度下摩擦磨损后的摩擦学行为以及微观组织结构。采用球-盘式摩擦磨损试验机研究了镀层在室温、300、500、700℃下的摩擦学性能。通过扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪对不同温度摩擦试验后镀层的化学成分、组织结构进行分析。利用显微硬度计、洛氏压痕仪对不同温度摩擦试验后镀层的力学性能进行表征。结果表明:沉积态Ni-Mo-P镀层和Ni-Mo-P/(h)BN复合镀层以非晶为主,同时包含少量纳米晶结构,镀层表面结构致密。随着摩擦试验温度的增加,镀层逐渐从非晶结构向纳米晶结构转变,镀层结晶度增加;当温度增加至500℃以上时,镀层内析出Ni3P硬质相,同时由于Mo、P元素的氧化挥发导致镀层内出现了孔洞,镀层致密度下降。随温度增加,镀层硬度呈先升高后降低趋势,膜基结合力从HF1级逐渐降低至HF6级。随着试验温度增加,摩擦系数和磨损率均呈先升高后降低趋势,在300℃时摩擦系数最高;在室温至500℃范围,镀层磨粒磨损和氧化现象随温度升高逐渐加剧,在500℃时磨损率最高;进一步增加温度使得摩擦界面具有较好的润滑效果,提高了镀层在高温下的减摩耐磨性能。添加(h)BN颗粒提高了镀层内P含量,使得Ni-Mo-P/(h)BN复合镀层韧性增加,提高了复合镀层的硬度和膜基结合力,复合镀层在室温~700℃范围内具有较好的耐磨性能。

关键词： Ni-Mo-P/(h)BN复合镀层组织结构硬度膜基结合力宽温域摩擦学性能

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Zr、Cr掺杂对铜互连薄膜结构及性能的影响

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稀有金属材料与工程 2024年第9期53卷 2535-2545页

作者：尹振东林松盛付志强苏一凡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 中国地质大学(北京)工程技术学院北京100083

研究了Zr和Cr元素掺杂对Cu互连薄膜的结构及性能的影响。利用直流磁控溅射技术在SiO_(2)/Si衬底上沉积了Cu、Cu(Zr)、Cu(Cr)、Cu(ZrCr)4种薄膜,并在温度400~800℃下对薄膜真空退火1h。通过SEM、XRD和四探针法对不同薄膜的表面形貌、微... 详细信息

研究了Zr和Cr元素掺杂对Cu互连薄膜的结构及性能的影响。利用直流磁控溅射技术在SiO_(2)/Si衬底上沉积了Cu、Cu(Zr)、Cu(Cr)、Cu(ZrCr)4种薄膜,并在温度400~800℃下对薄膜真空退火1h。通过SEM、XRD和四探针法对不同薄膜的表面形貌、微观结构与电学性能进行测试分析。结果表明,Zr或Cr单元素掺杂均能在一定程度上提高Cu互连薄膜的热稳定性。Zr或Cr元素的析出阻止了Cu膜与Si基底的互扩散以及晶粒的长大和团聚,使薄膜层保持良好的性能,经700℃真空退火后,Cu(Zr)和Cu(Cr)薄膜的电阻率小于10μΩ·cm(纯Cu薄膜为74.70μΩ·cm);Zr和Cr元素共掺杂进一步提升Cu互连薄膜的热稳定性,同时保持较低的电阻率和互连可靠性,尤其经800℃退火后,合金薄膜的电阻率低至3.23μΩ·cm(纯Cu薄膜为103.50μΩ·cm)。

关键词：铜互连薄膜掺杂电阻率热稳定性扩散阻挡层

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大气等离子喷涂及固相反应法制备MnCoCu金属连接体防护涂层

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表面技术 2024年第2期53卷 175-183页

作者：杨壮壮刘太楷文魁宋琛张留艳邓畅光邓春明刘敏广东工业大学材料与能源学院广州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

目的锰钴尖晶石涂层可有效抑制金属连接体高温氧化、降低固体氧化物燃料电池(SOFC)性能衰减,但其成本较高,电性能和稳定性也需进一步提升。方法本文拟采用大气等离子喷涂技术(APS)和固相反应法以金属粉末制备高电导率尖晶石涂层。通... 详细信息

目的锰钴尖晶石涂层可有效抑制金属连接体高温氧化、降低固体氧化物燃料电池(SOFC)性能衰减,但其成本较高,电性能和稳定性也需进一步提升。方法本文拟采用大气等离子喷涂技术(APS)和固相反应法以金属粉末制备高电导率尖晶石涂层。通过Cu元素的添加,在尖晶石涂层中引入高电导率的铜锰尖晶石相,获得高电导率尖晶石涂层,并通过对涂层的相组成、表面截面形貌、元素分布、电性能等物性的表征,揭示Cu添加量及固相转变条件对尖晶石涂层性能的影响规律。结果 800℃热处理后涂层明显致密化、均匀化,涂层主相为Cu_(x)Mn_(3-x)O_(4)(x=1,1.2,1.4)和MnCo_(2)O_(4);在基体和涂层的界面处存在Cr富集,800℃氧化10h后,含Cu量12%(质量分数)的试样面比电导最高;氧化100h后,面比电导有所下降,含Cu量12%(质量分数)试样仍具有最高的面比电导;经过还原的试样面比电导明显低于未还原样品,其原因在于还原过程中Cr元素产生扩散,氧化后生成了较多的低电导率相。涂层导电性随Cu含量的增加而增大,800℃时Cu含量为12%(质量分数)的样品电导率可达93.15S/cm。结论尖晶石涂层可通过APS制备的金属涂层经热处理后获得;涂层的相组成可以通过金属粉末成分进行调控;Cu的添加有效提高了涂层的电导率,且随Cu含量的增加而增大;经还原处理后的涂层更加致密,但导电性低于未还原样品。

关键词：大气等离子喷涂连接体防护尖晶石涂层 MnCoCu涂层电导率

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多孔Fe24Cr金属支撑体厚度对SOFC性能的影响

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材料导报 2025年第1期39卷 115-121页

作者：王丕宋琛董东东曾德长刘太楷文魁毛杰刘敏华南理工大学材料科学与工程学院广州510641 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

金属支撑型固体氧化物燃料电池(MS-SOFC)因成本低、力学性能好、可快速启停等优点,有望应用于无人机、便携式、移动式电源领域。为提高MS-SOFC性能与寿命,金属支撑体不仅需要与电解质热膨胀系数匹配以减少应力,还需要高透气性以提高燃... 详细信息

金属支撑型固体氧化物燃料电池(MS-SOFC)因成本低、力学性能好、可快速启停等优点,有望应用于无人机、便携式、移动式电源领域。为提高MS-SOFC性能与寿命,金属支撑体不仅需要与电解质热膨胀系数匹配以减少应力,还需要高透气性以提高燃料气体的扩散及反应速度。因此,本工作制备了厚度分别为1 mm、0.8 mm、0.5 mm的三种不同Fe24Cr支撑体,对比研究其与传统430支撑体的热膨胀系数,系统探究了厚度对支撑体透气性和SOFC电化学性能的影响。研究结果表明,Fe24Cr支撑体的热膨胀系数为12.74×10^(-6)K^(-1),比传统430支撑体更加适配氧化锆基电解质。0.5 mm厚Fe24Cr支撑体可明显缩短气体传输路径,相较1 mm厚Fe24Cr支撑体透气量提高约5倍,输出性能增长15%以上;800℃下电池的极化阻抗和欧姆阻抗分别降至0.203Ω·cm^(2)和0.118Ω·cm^(2),峰值功率密度达1.215 W/cm^(2)。采用弛豫时间分布(DRT)方法分析的结果表明,支撑体厚度的减薄对SOFC的欧姆阻抗和H_(2)扩散至三相反应界面的速率有较大贡献,可以和电池的电化学性能规律吻合良好。

关键词：金属支撑型SOFC 支撑体厚度热膨胀系数透气性电化学性能

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电子束选区熔化增材制造TiAl合金的高温硬度及氧化行为研究

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稀有金属材料与工程 2023年第1期52卷 222-229页

作者：谭宇璐张艳梅卢冰文闫星辰李艳辉代明江刘敏广东工业大学材料与能源学院广东广州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

钛铝合金是航空航天领域具有广阔应用前景的轻质高温合金,电子束选区熔化(EBM)增材制造技术是制备复杂结构TiAl合金有效途径,但目前对其高温性能研究较少。本工作重点研究了电子束选区熔化增材制造Ti-48Al-2Cr-2Nb合金的显微组织、高温... 详细信息

钛铝合金是航空航天领域具有广阔应用前景的轻质高温合金,电子束选区熔化(EBM)增材制造技术是制备复杂结构TiAl合金有效途径,但目前对其高温性能研究较少。本工作重点研究了电子束选区熔化增材制造Ti-48Al-2Cr-2Nb合金的显微组织、高温硬度及其高温氧化行为。结果表明,EBM成形Ti-48Al-2Cr-2Nb合金呈现出由等轴γ晶粒和双相区组成的独特层状组织;在800℃下恒温氧化100 h,表现出较低的氧化速率常数,形成的氧化膜主要由TiO_(2)、Al_(2)O_(3)及TiO_(2)/Al_(2)O_(3)混合交替层组成,抗氧化性能优于传统方法制备的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金和其他TiAl合金。此外,900℃以下,该合金具有良好的高温硬度,显微硬度随温度的升高未发生明显的下降趋势。

关键词：电子束选区熔化恒温氧化氧化膜高温硬度

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hBN含量对CuAl/hBN封严涂层高温磨损性能的影响

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表面技术 2023年第4期52卷 192-201页

作者：闫希彦杨焜曾克里邓春明邓畅光赵明纯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 中南大学长沙410083

目的研究hBN含量对CuAl/hBN可磨耗封严涂层在450℃下磨耗性能的影响。方法利用大气等离子喷涂工艺制备原始粉末中hBN质量分数分别为10%、15%、20%、25%的Cu Al/hBN涂层。采用QUALITEST表面洛式硬度仪表征喷涂态涂层表面洛氏硬度。采... 详细信息

目的研究hBN含量对CuAl/hBN可磨耗封严涂层在450℃下磨耗性能的影响。方法利用大气等离子喷涂工艺制备原始粉末中hBN质量分数分别为10%、15%、20%、25%的Cu Al/hBN涂层。采用QUALITEST表面洛式硬度仪表征喷涂态涂层表面洛氏硬度。采用高温摩擦磨损试验机及场发射扫描电镜等方法,表征450℃下涂层及摩擦副的磨损形貌和质量磨损比,探讨涂层的磨损机理。结果随着原始粉末中hBN质量分数由10%增加至25%,所制备喷涂态涂层的表面洛式硬度逐渐降低,分别为69HR15Y、56HR15Y、46HR15Y、36HR15Y。涂层与摩擦副之间的质量磨损比分别为-0.88%、-0.25%、-0.13%、-1.40%,在原始粉末中hBN质量分数为20%时质量磨损比更接近0,涂层磨耗性能更优异。涂层与摩擦副在相对摩擦过程中,主要以涂层的磨损剥落为主。在摩擦销接触面上同时观察到混合转移层,且随着涂层hBN含量的增高,接触面转移层质量先减小后增大,表面涂抹程度更加平缓,形貌起伏更加均匀。结论低线速度条件下,摩擦热效应对涂层及摩擦副形貌及二者间的磨损行为的影响起关键作用。hBN组分理论上存在最优值,保证封严涂层获得最佳的磨耗性能。综合而言,CuAl/20%hBN涂层与摩擦副的摩擦相容性更优异。

关键词： CuAl/hBN封严涂层大气等离子喷涂高温磨损性能 hBN含量

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细晶粒硬质合金预处理工艺优化及金刚石涂层性能研究

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稀有金属材料与工程 2024年第4期53卷 1138-1148页

作者：王倚倩苏一凡张聿铭张程林松盛代明江孙志鹏石倩广东工业大学材料与能源学院广东广州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

为了进一步拓展金刚石涂层刀具的产业化应用,提升金刚石涂层刀具的结合力性能,本文开展了细晶粒钨钴类硬质合金的化学预处理研究,考察了三步法预处理工艺对不同WC晶粒大小的基体形貌和成分的影响,实现了金刚石涂层与基体的高结合强度。... 详细信息

为了进一步拓展金刚石涂层刀具的产业化应用,提升金刚石涂层刀具的结合力性能,本文开展了细晶粒钨钴类硬质合金的化学预处理研究,考察了三步法预处理工艺对不同WC晶粒大小的基体形貌和成分的影响,实现了金刚石涂层与基体的高结合强度。利用扫描电子显微镜和EDS能谱仪对预处理后基体的表面形貌和钴含量以及涂层形貌进行分析,采用拉曼光谱、X射线衍射光谱对涂层物相结构进行分析表征,并采用固体颗粒冲刷测试间接评价金刚石涂层的抗冲刷性能。结果表明:酸处理对Co的去除起着重要作用,WC晶粒越小所需酸处理的时间越长,碱溶液刻蚀WC的速度呈先上升后下降的趋势,碱处理3min时基体表面暴露的Co含量最多。预处理不仅可以改变基体内部WC和Co的含量,还能改变基体表面的粗糙度,粗糙度的变化与基体表面Co含量的变化规律相一致。由此确定了WC-6%Co(0.2μm)基体的最佳工艺为A10+M3+A10 s,WC-6%Co(0.4μm)基体的最佳工艺为A6+M3+A30 s,WC-6%Co(1μm)基体的最佳工艺为A2+M3+A2。且基体经三步法预处理后沉积的金刚石涂层致密,结晶性较好,抗冲刷性能、结合力性能均优于两步法处理工艺,尤其是WC-6%Co(1μm)基体上的金刚石涂层抗冲刷性能最好。

关键词：硬质合金金刚石涂层晶粒度结合力

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Cu含量对激光选区熔化CoCrMoCu合金微观组织及表面摩擦磨损性能的影响

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表面技术 2024年第7期53卷 126-135页

作者：岳术俊史文玲解凤宝潘超闫星辰北京市春立正达医疗器械股份有限公司北京100021 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

目的阐明不同Cu含量对激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)制备的CoCrMoCu合金微观组织的影响及其在表面摩擦磨损和腐蚀性能使役行为方面的作用。方法采用CoCrMo合金粉和纯Cu粉通过行星球磨机进行机械混合,制备了Cu质量分数为2%... 详细信息

目的阐明不同Cu含量对激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)制备的CoCrMoCu合金微观组织的影响及其在表面摩擦磨损和腐蚀性能使役行为方面的作用。方法采用CoCrMo合金粉和纯Cu粉通过行星球磨机进行机械混合,制备了Cu质量分数为2%、4%、6%的CoCrMo/Cu混合粉末,并通过SLM技术制备相应的试样。对不同Cu含量的SLM CoCrMoCu的相组成、微观结构、硬度、摩擦磨损和腐蚀性能进行检测和分析。结果Cu含量对SLM CoCrMoCu的相组成和微观组织没有明显影响,在不同Cu含量的试样中,试样的微观组织均主要为胞状等轴晶。在力学性能方面,随着Cu含量的升高,试样的硬度先提升后降低,在含2%Cu的情况下达到最大值(429.2HV0.2),在含6%Cu的情况下达到最小值(367.7HV0.2)。CoCrMoCu的摩擦因数和磨损率随着Cu含量的升高而降低,在4%时摩擦因数和磨损率达到最低(2.7×10^(-5)mm^(3)/(N·m)),摩擦磨损性能最好。随着Cu质量分数进一步增加到6%,由于硬度降低,磨损性能下降,试样表面出现沟壑,影响Cu自润滑层的附着,磨损机制由黏着磨损向磨粒磨损转变,导致摩擦因数和磨损率增加。在腐蚀性能方面,腐蚀电位随着Cu含量的升高而升高,而腐蚀电流随着Cu含量的升高呈现先下降后上升的趋势,在4%时达到最佳的腐蚀性能。结论Cu的引入在一定范围内(2%~4%)可以有效提高CoCrMoCu合金的硬度和腐蚀性能。结合Cu的自润滑效应和类钝化效应,实现CoCrMo合金耐磨性能和腐蚀性能的协同提升。

关键词：激光选区熔化 CoCrMoCu 摩擦磨损性能微观组织自润滑医用金属

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AlWCrNiMo高熵涂层的阻扩散性能研究

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表面技术 2025年第2期54卷 127-136页

作者：张浩李小亚王禄越苏一凡唐鹏任耀黄宏军石倩沈阳工业大学沈阳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 空军装备部驻株洲地区军事代表室湖南株洲412002

目的解决NiAlHf涂层和镍基高温合金元素互扩散造成的抗氧化性能衰减问题。方法采用磁控溅射技术在NiAlHf涂层与镍基高温合金N5之间沉积一层AlWCrNiMo高熵涂层作为扩散阻挡层,通过静态高温氧化测试和表征分析来评估涂层性能。结果AlWCrN... 详细信息

目的解决NiAlHf涂层和镍基高温合金元素互扩散造成的抗氧化性能衰减问题。方法采用磁控溅射技术在NiAlHf涂层与镍基高温合金N5之间沉积一层AlWCrNiMo高熵涂层作为扩散阻挡层,通过静态高温氧化测试和表征分析来评估涂层性能。结果AlWCrNiMo具有单一的面心立方晶体结构,结构致密且与N5基体、NiAlHf面层结合良好。在1100℃恒温氧化25 h后,无扩散障试样(NN)出现了连续的γ'-Ni3Al贫铝区,而有扩散障试样(NAN)的扩散阻挡层较好地抑制了这种扩散现象。NAN试样的互扩散区+二次反应区(IDZ+SRZ)宽度为19.2μm,远小于NN试样的30μm。然而随着氧化时间的延长,NAN试样的阻挡性能发生衰减。50 h之后NAN试样的二次反应区(SRZ)宽度大于NN试样;100 h后扩散障被逐渐消耗变薄,200 h时彻底分解。结论1100℃恒温氧化25 h后,AlWCrNiMo高熵扩散障明显减缓了元素扩散,氧化50 h后,高熵合金中分解的W和Mo元素在一定程度上促进了TCP相的析出。在氧化初期,NAN试样优先实现了暂态氧化铝到稳态氧化铝的转变,为基体提供了良好的保护,其增重明显小于单一NN试样。

关键词：抗高温氧化涂层 AlWCrNiMo高熵涂层阻扩散行为抗氧化性能氧化增重元素互扩散

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