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真空 2020年第2期57卷 40-46页

作者：刘灵云林松盛王迪李风代明江石倩韦春贝广东工业大学材料与能源学院广东广州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东广州510651

为提高钛合金材料抗冲蚀性能,利用真空阴极电弧沉积技术在TC11钛合金上沉积CrAlN涂层,研究靶电流、偏压和气压对涂层结构及性能的影响。采用扫描电镜观察膜层表面和截面形貌,金相显微镜对表面的大颗粒进行定量分析;显微硬度计测量膜层... 详细信息

为提高钛合金材料抗冲蚀性能,利用真空阴极电弧沉积技术在TC11钛合金上沉积CrAlN涂层,研究靶电流、偏压和气压对涂层结构及性能的影响。采用扫描电镜观察膜层表面和截面形貌,金相显微镜对表面的大颗粒进行定量分析;显微硬度计测量膜层的维氏显微硬度;采用喷砂试验机对涂层的抗冲蚀性能进行测试,通过三维表面轮廓仪测量涂层厚度和侵蚀坑的深度;X射线衍射仪表征涂层中的晶体结构。结果表明:靶电流从70A增大到110A,虽可提高涂层的沉积速率,但会导致涂层表面大颗粒增加,从而降低涂层的抗冲蚀性能;气压从1Pa增大至4Pa,可有效地减少涂层表面颗粒的尺寸及数量,但也会一定程度降低沉积速率及硬度;偏压对CrAlN涂层的结构及性能影响最大,偏压在-50V时涂层呈(200)择优取向,-100V涂层呈(111)择优取向,-200V时,涂层择优取向不明显;且随着偏压的增加,涂层的硬度及抗冲蚀性能增大,在高冲蚀角下,冲蚀的失效机理为脆性失效。结论:工艺参数中靶电流对表面质量的影响最大;涂层的生长取向与偏压密切相关;CrAlN涂层的表面质量及硬度直接影响其抗砂粒冲蚀性能,偏压对涂层抗冲蚀性能影响最大。最终优化的工艺参数为:靶电流90A、偏压-100V、气压4Pa。

关键词：钛合金 CrAlN涂层抗冲蚀靶电流偏压气压

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类金刚石薄膜的应力调控及摩擦学行为研究

类金刚石薄膜的应力调控及摩擦学行为研究

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第四届粤港澳大湾区真空科技创新发展论坛暨2020年广东省真空学会学术年会

作者：郭朝乾林松盛代明江石倩韦春贝苏一凡许伟王磊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

类金刚石薄膜是一种同时含有sp键和sp键的非晶碳膜,具有优良的化学惰性和耐磨减摩性能,其硬度、电导率、热导率等性能可大范围调控,已在多种装备中的关键运动部件上获得应用。现有研究表明,类金刚石膜内较高的残余应力使得难以平衡薄膜... 详细信息

类金刚石薄膜是一种同时含有sp键和sp键的非晶碳膜,具有优良的化学惰性和耐磨减摩性能,其硬度、电导率、热导率等性能可大范围调控,已在多种装备中的关键运动部件上获得应用。现有研究表明,类金刚石膜内较高的残余应力使得难以平衡薄膜硬度、韧性、厚度的相互关系;并且残余应力反映薄膜内原子间的相互作用情况,影响薄膜的摩擦学行为。因此,制备高硬、高韧、大厚度、长寿命、高性能的非晶碳膜成为挑战。本研究探讨了元素掺杂、多层结构设计对薄膜残余应力及摩擦学行为的影响。类金刚石薄膜中sp键和sp键混杂的无序结构产生残余应力并影响薄膜的硬度;无氢类金刚石薄膜在摩擦过程中不仅存在石墨化,也可能产生更多的sp键。

关键词：类金刚石残余应力摩擦学行为硬度微观结构

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选区激光熔化成形多孔Ti-6Al-4V合金力学性能研究

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激光与光电子学进展 2019年第1期56卷 211-219页

作者：李卿赵国瑞闫星辰马文有余红雅刘敏华南理工大学材料科学与工程学院广东广州510640 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现代材料表面工程技术国家工程实验室广东广州510651

针对Ti-6Al-4V合金植入体存在的应力屏蔽问题,采用选区激光熔化技术成形了不同孔径和孔隙率的多孔Ti-6Al-4V合金结构,对样品的相对密度、成形精度、微观组织、压缩性能和弹性模量等进行表征。结果表明,原始打印态多孔Ti-6Al-4V合金结构... 详细信息

针对Ti-6Al-4V合金植入体存在的应力屏蔽问题,采用选区激光熔化技术成形了不同孔径和孔隙率的多孔Ti-6Al-4V合金结构,对样品的相对密度、成形精度、微观组织、压缩性能和弹性模量等进行表征。结果表明,原始打印态多孔Ti-6Al-4V合金结构的显微组织为细针状α′马氏体组织;不同相对密度的多孔Ti-6Al-4V合金结构,其相对密度从0.420升高到0.548时,弹性模量从15.1GPa升高到25.7GPa,抗压强度也从223 MPa升高到了352MPa,且弹性模量、抗压强度随相对密度变化的关系满足Gibson-Ashby模型。此外,多孔Ti-6Al-4V合金压缩断裂发生在支杆连接处,断口与水平方向约成45°夹角,断裂方式为脆性断裂。

关键词：激光光学选区激光熔化多孔Ti-6Al-4V合金弹性模量应力屏蔽

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激光熔覆硬质颗粒增强高熵合金复合涂层研究进展

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材料研究与应用 2021年第5期15卷 583-592页

作者：马清张艳梅卢冰文王岳亮闫星辰马文有姜慧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表面工程技术国家重点实验室广东广州510650 中信工程设计建设有限公司湖北武汉430000

高熵合金因其独特的合金设计理念及优异的综合性能,逐渐成为表面工程领域的热门涂层材料之一,而激光熔覆技术已成为高熵合金涂层制备的主要手段之一.目前,激光熔覆制备的面心立方(FCC)或体心立方(BCC)单相的高熵合金涂层,由于强度-塑性... 详细信息

高熵合金因其独特的合金设计理念及优异的综合性能,逐渐成为表面工程领域的热门涂层材料之一,而激光熔覆技术已成为高熵合金涂层制备的主要手段之一.目前,激光熔覆制备的面心立方(FCC)或体心立方(BCC)单相的高熵合金涂层,由于强度-塑性不匹配而导致涂层综合性能不佳,限制了其工程应用.由于硬质颗粒增强FCC结构高熵合金涂层是解决强度-塑性匹配的重要途径,成为国内外学者研究热点之一.重点介绍了直接添加和原位合成硬质颗粒增强高熵合金熔覆涂层的研究现状,分析了硬质颗粒增强高熵合金复合涂层性能的主要影响因素,并对未来硬质颗粒增强高熵合金涂层研究方向进行了展望.

关键词：高熵合金涂层激光熔覆硬质颗粒耐磨耐蚀性能原位合成

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超低压等离子喷涂制备固体氧化物燃料电池GDC电解质涂层

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材料研究与应用 2020年第2期14卷 116-121页

作者：温靖宋琛邓子谦牛少鹏刘太楷张亚鹏刘立斌刘敏中南大学材料科学与工程学院湖南长沙410083 广东省科学院广东广州510070 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

针对传统制备工艺难以高效制备致密的氧化钆掺杂氧化铈(GDC)电解质涂层,采用超低压等离子喷涂(VLPPS)技术和使用自制的Gd0.2Ce0.8O1.9团聚粉末,在150,250和350mm喷距下高效制备三种致密的GDC涂层.通过SEM,XRD和纳米压痕等方法表征了涂... 详细信息

针对传统制备工艺难以高效制备致密的氧化钆掺杂氧化铈(GDC)电解质涂层,采用超低压等离子喷涂(VLPPS)技术和使用自制的Gd0.2Ce0.8O1.9团聚粉末,在150,250和350mm喷距下高效制备三种致密的GDC涂层.通过SEM,XRD和纳米压痕等方法表征了涂层的形貌、物相和力学性能.结果表明:三种GDC涂层均非常致密,均由未熔粒子、熔融粒子和气相团簇共同沉积而成;随喷距增加,GDC涂层沉积状态由液相沉积向气液沉积转变,涂层孔隙率从2.68%增加至8.62%,涂层力学性能下降,在150mm喷距下GDC涂层的力学性能最好,其硬度及弹性模量分别为7.3GPa和119.5GPa;GDC粉末在喷涂前后,无相变与择优取向产生.

关键词：超低压等离子喷涂氧化钆掺杂氧化铈固体氧化物燃料电池电解质涂层力学性能

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陶瓷基复合材料及其环境障涂层发展现状研究

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航空制造技术 2020年第14期63卷 48-64页

作者：江舟倪建洋张小锋何兵王超董琳邓春明邓畅光刘敏广东工业大学材料与能源工程学院广州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州510650 广东省现代表面工程技术重点实验室广州510650

陶瓷基复合材料(Ceramic Matrix Composites,CMC)具有耐高温、低密度、抗氧化、抗腐蚀、耐磨损等一系列优越性能,被视为新一代高推重比航空发动机高温部件的首选材料。但CMC在应用环境中存在抗水汽氧化性能不足等问题,需要在环境障涂层(... 详细信息

陶瓷基复合材料(Ceramic Matrix Composites,CMC)具有耐高温、低密度、抗氧化、抗腐蚀、耐磨损等一系列优越性能,被视为新一代高推重比航空发动机高温部件的首选材料。但CMC在应用环境中存在抗水汽氧化性能不足等问题,需要在环境障涂层(Environmental Barrier Coatings,EBCs)的保护下长期服役。首先介绍了陶瓷基复合材料和环境障涂层的整体发展现状,其次分别对陶瓷基复合材料和环境障涂层进行详细论述;综述了陶瓷基体、纤维、界面层和陶瓷基复合材料的研究进展、应用情况以及近些年国内外学者新的研究成果;同时介绍了环境障涂层的研究进展、制备方法,并综述了其失效机理的研究进展;总结了陶瓷基复合材料和环境障涂层当前存在的问题,并对今后研究工作的重点作出了展望。

关键词：陶瓷基复合材料(CMC) 环境障涂层(EBCs) 水氧腐蚀热端部件

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冷喷涂/选区激光熔化复合增材制造成形纯铜显微结构与力学性能的研究

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材料研究与应用 2021年第4期15卷 318-325页

作者：邹永鸣薛宝龙殷硕邱兆国曾德长谢迎春爱尔兰都柏林圣三一大学机械制造及生物医学工程学院爱尔兰都柏林D02 PN40 华南理工大学材料科学与工程学院广东广州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现代材料表面工程技术国家工程实验室广东广州510650 北京中钞钞券设计制版有限公司北京100070

基于冷喷涂和选区激光熔化复合增材制造技术,以经热处理的冷喷涂沉积纯铜为基体进行选区激光熔化成形,成功制备出具有多重组织结构和优异结合强度的纯铜试样,并通过金相显微镜、扫描电子显微镜和拉伸试验等分析测试方法,系统研究了热处... 详细信息

基于冷喷涂和选区激光熔化复合增材制造技术,以经热处理的冷喷涂沉积纯铜为基体进行选区激光熔化成形,成功制备出具有多重组织结构和优异结合强度的纯铜试样,并通过金相显微镜、扫描电子显微镜和拉伸试验等分析测试方法,系统研究了热处理对其显微结构和力学性能的影响.研究结果表明:以原始态冷喷涂沉积纯铜为基体进行选区激光熔化成形时,试样上下两部分分别由均匀排列的鱼鳞状熔道和扁平化沉积粒子堆积搭接而成,两者界面由于冷喷涂沉积粒子之间的机械结合和局部冶金结合而表现出较低的结合强度;冷喷涂沉积纯铜经热处理之后,其晶粒发生再结晶和长大而形成大量等轴晶和孪晶,有效地愈合了沉积粒子之间的界面;与此同时,由于选区激光熔化成形过程中的定向散热和凝固特性,成形纯铜试样内部晶粒呈柱状生长,部分柱状晶穿过熔池边界并在界面处与冷喷涂沉积纯铜冶金结合,从而使得试样结合强度显著提高,其值高达62 MPa,较冷喷涂沉积纯铜提高了38%.表明,基于冷喷涂和选区激光熔化复合增材制造技术的可行性,为快速实现大尺寸、复杂结构、高精度金属构件指明了新的方向.

关键词：冷喷涂选区激光熔化纯铜显微结构力学性能

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等离子喷涂-物理气相沉积涡轮叶片7YSZ热障涂层

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材料研究与应用 2020年第2期14卷 95-101页

作者：付朗张小锋刘敏曾德长倪建洋华南理工大学材料科学与工程学院广东广州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东广州510650

以纳米团聚的氧化钇稳定氧化锆(7YSZ)粉末为原料,通过等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)技术在涂覆有NiCoCrAlY粘结层涡轮叶片表面制备了羽毛柱状热障涂层,对不同部位涂层的微观结构进行表征.结果表明:PS-PVD技术在涡轮叶片上不同部位制... 详细信息

以纳米团聚的氧化钇稳定氧化锆(7YSZ)粉末为原料,通过等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)技术在涂覆有NiCoCrAlY粘结层涡轮叶片表面制备了羽毛柱状热障涂层,对不同部位涂层的微观结构进行表征.结果表明:PS-PVD技术在涡轮叶片上不同部位制备的热障涂层结构相同,能够在非视线沉积区域的叶缘板表面获得典型的PS-PVD热障涂层结构.涂层沉积过程中,涡轮叶片构型对涂层沉积效率有明显影响,当喷枪垂直叶片旋转轴时,涂层在远离叶片旋转轴区域的厚度较低,原因在于凹型曲面对反射粒子具有汇聚作用而凸型曲面对粒子具有分散作用,两种因素结合可预测复杂构型叶片表面的涂层厚度分布规律.PS-PVD技术制备的热障涂层具有良好的抗热震性能,采用涂层表面镀铝改性工艺能减缓循环热应力造成的涂层失效.

关键词：等离子喷涂-物理气相沉积热障涂层涡轮叶片镀铝改性

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CrN及CrAlN涂层微观结构对抗冲蚀性能的影响

CrN及CrAlN涂层微观结构对抗冲蚀性能的影响

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第四届粤港澳大湾区真空科技创新发展论坛暨2020年广东省真空学会学术年会

作者：田甜王迪林松盛柏松石倩代明江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中南大学材料科学与工程学院

冲蚀磨损是工程材料中常见的磨损现象。当固体颗粒物质被气流夹带并撞击工件表面时会发生固体颗粒侵蚀(SPE)。在各种应用中,包括直升机旋翼叶片,风力涡轮机,发电燃气轮机以及飞机挡风玻璃,机身和发动机,都可能严重磨损而导致部件材料的... 详细信息

冲蚀磨损是工程材料中常见的磨损现象。当固体颗粒物质被气流夹带并撞击工件表面时会发生固体颗粒侵蚀(SPE)。在各种应用中,包括直升机旋翼叶片,风力涡轮机,发电燃气轮机以及飞机挡风玻璃,机身和发动机,都可能严重磨损而导致部件材料的去除。针对航空用钛合金抗冲蚀性能不足的问题,利用真空阴极电弧沉积技术在TC11钛合金上沉积了CrN、CrAlN涂层,并研究了二元和三元涂层的微观结构对抗冲蚀性能的影响。本文采用扫描电镜观察涂层的表面和截面形貌,金相显微镜对表面的大颗粒进行定量分析;显微硬度计测量了涂层的维氏显微硬度;根据Stoney公式计算了涂层的残余应力;采用喷砂试验机对涂层的抗冲蚀性能进行测试,通过三维表面轮廓仪测量涂层厚度和侵蚀坑的深度;X射线衍射仪表征涂层中的晶体结构,利用FIB技术切割冲蚀坑区域并观察了冲蚀坑区域涂层的截面微观结构。结果表明:CrN和CrAlN涂层厚度几乎一致,但CrAlN涂层表面大颗粒数量较多,另外CrAlN涂层硬度可达到2846HV,而CrN涂层仅为1867HV。由于Al元素的掺杂,导致了CrAlN涂层残余应力更高,为-1.831GPa。冲蚀结果表明:有涂层的样品在30°时冲蚀速率仅为钛合金基体的1/8,在90°时仅为钛合金的1/3。另外分析了冲蚀坑下的裂纹扩展的形貌,发现在高冲蚀角条件下,涂层的冲蚀失效机理为脆性断裂失效。

关键词：抗冲蚀 CrAlN涂层力学性能裂纹扩展机理

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TiAlN涂层高温行为的研究进展

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电镀与涂饰 2019年第9期38卷 447-451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东广州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东广州510651

综述了关于TiAlN 涂层的高温结构转变、高温氧化行为及机理、高温磨损行为、高温力学性能、高温腐蚀行为等方面的研究进展,为TiAlN 涂层的技术开发提供一定的理论基础。

关键词：氮化钛铝涂层高温结构抗氧化性摩擦磨损综述

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