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钛合金表面MoS_2-Ti/Cu-Ni-In多层固体润滑膜的制备及其抗微动磨损性能

表面技术 2017年第1期46卷 111-117页

作者：李琪代明江韦春贝侯惠君林松盛广东工业大学材料与能源学院广州510081 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

目的改善钛合金表面抗微动磨损性能。方法利用非平衡磁控溅射技术在钛合金表面沉积MoS_2-Ti/Cu-Ni-In多层固体润滑膜,并与MoS_2-Ti与Cu-Ni-In单层固体润滑膜进行对比。利用扫描电镜、显微硬度计、摩擦磨损试验机、表面轮廓仪对固体润滑... 详细信息

目的改善钛合金表面抗微动磨损性能。方法利用非平衡磁控溅射技术在钛合金表面沉积MoS_2-Ti/Cu-Ni-In多层固体润滑膜,并与MoS_2-Ti与Cu-Ni-In单层固体润滑膜进行对比。利用扫描电镜、显微硬度计、摩擦磨损试验机、表面轮廓仪对固体润滑薄膜的形貌、硬度、抗微动磨损性能、磨痕形貌进行分析测试。结果所制备的Cu-Ni-In单层膜与MoS_2-Ti单层膜结构致密,与基体结合良好,MoS_2-Ti/Cu-Ni-In多层膜交替结构清晰,结构致密。MoS_2-Ti/Cu-Ni-In多层膜的硬度大于MoS_2-Ti及Cu-Ni-In单层膜,多层膜的平均微动系数为0.06,MoS_2-Ti单层膜的平均微动系数为0.102,Cu-Ni-In单层膜的平均微动系数大于1.0。在12 000个微动循环周期后,测得MoS_2-Ti/Cu-Ni-In多层膜的最终磨损总量为0.045 mm^3,Cu-Ni-In单层膜的最终磨损总量为37.79 mm^3,MoS_2-Ti单层膜的最终磨损总量为0.296 mm^3,即多层膜的抗微动磨损性能较Cu-Ni-In单层膜改善了2个数量级,较MoS_2-Ti单层膜改善了5倍以上。结论 MoS_2-Ti/Cu-Ni-In多层膜中的多个界面对单层晶粒生长起到了阻挡作用,从而致使交替结构中的单层晶粒得到细化,Cu-Ni-In膜的引入延缓了MoS_2-Ti膜的剥落及其转移,增加了不锈钢球与多层膜间第三体的润滑及减磨效果,多层膜表现出了优异的抗微动磨损性能。

关键词：磁控溅射微动磨损固体润滑膜微动磨痕多层膜微动系数

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离子辅助蒸发沉积镀铝膜的结构及耐腐蚀性

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金属热处理 2017年第10期42卷 149-154页

作者：廖富达侯惠君石倩代明江裴和中昆明理工大学材料科学与工程学院云南昆明650093 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

利用离子辅助热蒸发在45钢基材上制备纯铝防护膜,并对其进行喷丸+化学转化后处理。采用中性盐雾机、电化学工作站、扫描电镜、能谱仪对基体及镀铝试样的结构和性能进行研究。结果表明:45钢上铝膜厚度约12μm,膜层晶粒均匀,大小为1~2μm... 详细信息

利用离子辅助热蒸发在45钢基材上制备纯铝防护膜,并对其进行喷丸+化学转化后处理。采用中性盐雾机、电化学工作站、扫描电镜、能谱仪对基体及镀铝试样的结构和性能进行研究。结果表明:45钢上铝膜厚度约12μm,膜层晶粒均匀,大小为1~2μm,膜层基体界面紧密,结合良好,膜基之间存在3μm厚的扩散层,扩散层的存在能显著提高基体的耐腐蚀性能。镀铝试样自腐蚀电流比基体低两个数量级,达到1.46×10-6A·cm-2,经盐雾试验1800 h,铝膜部分剥落,没有出现红锈。经过后处理(喷丸+化学转化)镀铝试样,膜层表层致密度提高,并生成一层耐腐蚀转化膜,耐蚀性能得到进一步提高,自腐蚀电流比基体低3个数量级达,达到2.3×10-7A·cm-2,经盐雾试验1800 h后,膜层较完整,没有出现腐蚀严重部位。

关键词： 45钢镀铝膜离子辅助热蒸发结构耐腐蚀性

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电弧离子镀CrN薄膜的制备及性能研究

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金属热处理 2017年第10期42卷 164-169页

作者：黄儒明代明江林松盛刘洪喜昆明理工大学材料科学与工程学院云南昆明650093 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

以气压、弧电流和偏压为影响因素设计正交试验,采用电弧离子镀技术在6Cr13Mo马氏体不锈钢表面沉积Cr N薄膜。利用扫描电镜、显微硬度计、划痕仪对Cr N薄膜的厚度、硬度、结合力进行检测,研究薄膜性能并优化其制备工艺。结果表明:靶电流... 详细信息

以气压、弧电流和偏压为影响因素设计正交试验,采用电弧离子镀技术在6Cr13Mo马氏体不锈钢表面沉积Cr N薄膜。利用扫描电镜、显微硬度计、划痕仪对Cr N薄膜的厚度、硬度、结合力进行检测,研究薄膜性能并优化其制备工艺。结果表明:靶电流对薄膜厚度及结合力影响最大,随着电流升高,膜层厚度急剧增大,而结合力逐渐降低;对薄膜硬度影响最大的为负偏压,随着偏压升高,膜层硬度先升高后降低。综合考虑Cr N薄膜的表面质量、硬度、结合力,得到最佳制备工艺为气压1.4 Pa、靶电流100 A、偏压-100 V。

关键词： Cr N膜电弧离子镀制备工艺结合力

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高温燃气下CMAS混合盐覆盖对YSZ热障涂层性能的影响

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金属热处理 2017年第9期42卷 160-167页

作者：马景涛邓畅光王允良张吉阜宋鹏陈文龙陆建生昆明理工大学材料科学与工程学院云南昆明650000 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

分别采用大气等离子喷涂(APS)和等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)两种工艺方法制备YSZ(Y_2O_3稳定ZrO_2)热障涂层,同时在YSZ涂层表面沉积CMAS(CaO-MgO-Al_2O_3-SiO_2)混合盐,研究高温燃气持续加热下两种YSZ涂层的抗CMAS腐蚀行为。采用SE... 详细信息

分别采用大气等离子喷涂(APS)和等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)两种工艺方法制备YSZ(Y_2O_3稳定ZrO_2)热障涂层,同时在YSZ涂层表面沉积CMAS(CaO-MgO-Al_2O_3-SiO_2)混合盐,研究高温燃气持续加热下两种YSZ涂层的抗CMAS腐蚀行为。采用SEM、EDS、XRD等检测手段表征热障涂层腐蚀前后的微观结构、成分及物相变化。结果表明:APS-YSZ涂层在高温下经CMAS渗透后从基体整块剥落,涂层快速失效,而PS-PVD-YSZ涂层经高温燃气加热后同样被CMAS渗入,但并未发生明显涂层剥落,抗CMAS腐蚀剥落性能明显优于APS-YSZ涂层。分析表明CMAS混合盐对YSZ层的失效作用主要表现为热机械作用,其中APS-YSZ涂层应变容限较小,在涂层冷却过程中出现整块剥离现象,而PS-PVD-YSZ涂层应变容限较大,抗热震性好,涂层未出现整块剥离现象。

关键词：等离子喷涂-物理气相沉积热障涂层腐蚀失效机理

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等离子渗氮对TC4钛合金结构和性能的影响

等离子渗氮对TC4钛合金结构和性能的影响

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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：韦乃安代明江韦春贝林松盛候惠君石倩李洪郭朝乾中南大学材料科学与工程学院广东省新材料研究所现代材料表面工程技术国家重点实验室广东省现代表面工程技术重点实验室

钛合金以其比强度高、中低温稳定性好、耐腐蚀性能优异、生物相容性好等一系列优异的特性而广泛的应用于航空航天、生物医学等行业。但是,钛合金硬度低、耐磨擦性能差,这一缺点极大的限制了它的进一步广泛应用。本研究针对钛合金硬度低... 详细信息

钛合金以其比强度高、中低温稳定性好、耐腐蚀性能优异、生物相容性好等一系列优异的特性而广泛的应用于航空航天、生物医学等行业。但是,钛合金硬度低、耐磨擦性能差,这一缺点极大的限制了它的进一步广泛应用。本研究针对钛合金硬度低,耐磨性差的缺点,提出采用等离子渗氮技术的方法,对钛合金进行表面改性处理,达到既能提高其耐摩擦性,又能保留其比强度高的目的。对样品的形貌,硬度,组织结构,成分等作了分析。结果表明,等离子渗氮后TC4形成了由表及里分别为化合物层,扩散层和钛合金基体的显微组织结构,化合物层主要由TiN、TiN和α-Ti组成,表层组织致密,其硬化层深度约为120μm;相对于原始基材TC4钛合金的硬度360左右HV,等离子渗氮的TC4表面硬度达1140HV;而且,由于扩散区氮的扩散固溶作用,钛合金获得一个比较平缓的硬度梯度,增强了TC4钛合金的承载能力。TC4经过等离子渗氮后,在钛合金的表面改性层内形成了高硬相氮化钛化合物,使钛合金的摩擦系数降低至0.43,耐磨性能明显提高,在摩擦磨损实验中展现出优良的摩擦学性能。

关键词： TC4钛合金离子渗氮硬度摩擦磨损

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不同周期渗银后表面型抗菌不锈钢的组织及性能

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金属热处理 2017年第2期42卷 146-151页

作者：孔维欢侯惠君卢德宏韦春贝张玲玲昆明理工大学材料科学与工程学院云南昆明650093 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

选用银作为抗菌元素,使用双辉离子渗金属技术及活性屏氮碳共渗的复合技术,进行不锈钢表面改性,以期获得长效抗菌表面型不锈钢。文中重点研究了复合工艺中的渗银处理周期对材料组织及性能的影响。试验使用扫描电镜获得样品形貌;能谱检测... 详细信息

选用银作为抗菌元素,使用双辉离子渗金属技术及活性屏氮碳共渗的复合技术,进行不锈钢表面改性,以期获得长效抗菌表面型不锈钢。文中重点研究了复合工艺中的渗银处理周期对材料组织及性能的影响。试验使用扫描电镜获得样品形貌;能谱检测元素含量;使用压痕及划痕试验定性测量膜层结合力;进行摩擦磨损试验并计算磨损率;进行腐蚀试验评价耐腐蚀性能。渗银及氮碳共渗复合处理的结果发现,一周期试样的膜层结合力优于两周期试样;两种工艺下的试样在进行划痕试验,膜层足以对抗50 N载荷,不致磨穿;一周期及两周期试样的磨损率较未处理不锈钢试样均有所降低;一周期试样的耐腐蚀性能明显优于两周期的。

关键词：渗银处理抗菌不锈钢膜层结合力摩擦磨损性能耐蚀性

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钛合金表面Ti-TiN-Zr-ZrN多层膜制备及性能

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材料工程 2017年第6期45卷 31-35页

作者：林松盛周克崧代明江石倩胡芳侯惠君韦春贝刘建武华南理工大学材料科学与工程学院广州510641 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 中国航发湖南动力机械研究所湖南株洲412002

采用多靶位真空阴极电弧沉积技术,在TC11钛合金表面制备24周期的Ti-TiN-Zr-ZrN软硬交替多元多层膜。用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、结合力划痕仪、球-盘摩擦磨损试验仪、砂粒冲刷试验仪和3D表面形貌仪,研究多层膜的表面及截面... 详细信息

采用多靶位真空阴极电弧沉积技术,在TC11钛合金表面制备24周期的Ti-TiN-Zr-ZrN软硬交替多元多层膜。用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、结合力划痕仪、球-盘摩擦磨损试验仪、砂粒冲刷试验仪和3D表面形貌仪,研究多层膜的表面及截面形貌、相结构、厚度、硬度、膜/基结合力、摩擦磨损性能和抗砂粒冲蚀性能。结果表明:所制备TiTiN-Zr-ZrN多层膜厚度约为5.8μm,维氏显微硬度为28.10GPa,膜基结合力为56N;TC11钛合金表面镀多层膜后耐磨性提高了一个数量级,体积磨损率由7.06×10^(-13) m^3·N^(-1)·m^(-1)降低到3.03×10^(-14) m^3·N^(-1)·m^(-1);多层膜软硬层交替的结构,受砂粒冲蚀时裂纹扩展至金属软层时应力的缓冲而出现偏转,对TC11钛合金有良好的抗砂粒冲蚀保护作用。

关键词： Ti-TiN-Zr-ZrN多层膜钛合金冲蚀真空阴极电弧沉积

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NiCrAlY-Ag纳米复合涂层不同温度的结构形貌及摩擦磨损性能

NiCrAlY-Ag纳米复合涂层不同温度的结构形貌及摩擦磨损性能

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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：吴易谦韦春贝代明江刘敏林松盛石倩华南理工大学材料科学与工程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

随着现代航天航空和制造业的发展,某些重要的机械零部件在高温高载荷下运转,不可避免的遭到高温摩擦磨损的情况进而影响工件的使役寿命,而传统的油液润滑在高温环境下并不适用,因此高温润滑涂层应运而生。NiCrAlY涂层由于其优异的热稳... 详细信息

随着现代航天航空和制造业的发展,某些重要的机械零部件在高温高载荷下运转,不可避免的遭到高温摩擦磨损的情况进而影响工件的使役寿命,而传统的油液润滑在高温环境下并不适用,因此高温润滑涂层应运而生。NiCrAlY涂层由于其优异的热稳定性和耐高温腐蚀性已在高温领域中得到广泛应用,Ag由于其较低的剪切强度和热稳定性也常用做固体润滑剂掺杂在过渡族元素的氮化物（VN,MoN等）中,其在500℃下摩擦系数约为0.2,在700(℃下的摩擦系数甚至可低至0.1。通过采用直流磁控溅射技术在镍基耐高温合金的表面沉积NiCrAlY-Ag纳米复合高温润滑涂层。采用显微硬度计,洛氏硬度计和金相显微镜对未处理和经不同温度（400℃,700℃）氧化处理的样品涂层进行分析和表征,使用扫描电子显微镜对未处理和经不同温度（400℃,700℃）氧化处理的样品涂层表面和横截面进行了分析研究,并通过无润滑条件下的球-盘式摩擦磨损实验研究了Ag含量对其摩擦磨损性能的影响。结果表明:400℃处理后的涂层膜基结合力最好,压痕级数为HF1,说明涂层拥有好的热稳定性,而经700℃处理后膜基结合力最差,可观察到压痕处大面积膜层剥落,压痕级数为HF5;经400℃处理的涂层表面形貌为团簇状颗粒且最为致密,700℃处理后的涂层表面有大颗粒的Ag形核长大,从截面形貌可见Ag呈纳米颗粒状存在于晶界处;相对于基体材料,NiCrAlY-Ag纳米复合涂层明显改善了摩擦磨损性能,且含Ag约为20at%的涂层在400℃下的减摩耐磨效果最好,摩擦系数为0.2。

关键词：高温润滑涂层 NiCrAlY-Ag纳米复合涂层摩擦磨损性能热稳定性

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CMAS环境下PS-PVD 7YSZ涂层的抗热冲击性能及失效机制

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金属热处理 2017年第4期42卷 175-179页

作者：王允良邓畅光詹肇麟张吉阜昆明理工大学材料科学与工程学院云南昆明650000 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

采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)工艺制备柱状7YSZ热障涂层,同时在7YSZ涂层表面沉积CMAS熔盐,研究在1250℃高温下,CMAS对柱状PS-PVD 7YSZ涂层抗热冲击性能的影响。采用SEM、EDS、XRD等检测方法分析热障涂层微观结构、元素分布和物... 详细信息

采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)工艺制备柱状7YSZ热障涂层,同时在7YSZ涂层表面沉积CMAS熔盐,研究在1250℃高温下,CMAS对柱状PS-PVD 7YSZ涂层抗热冲击性能的影响。采用SEM、EDS、XRD等检测方法分析热障涂层微观结构、元素分布和物相组成。结果表明:沉积CMAS熔盐的7YSZ涂层在热循环240次发生层离剥落失效,而未沉积CAMS的涂层无明显剥落,其热循环寿命明显优于沉积CMAS熔盐的7YSZ涂层。在CMAS和循环热冲击的耦合作用下,PS-PVD 7YSZ涂层失效机制为:在热冲击过程中,CMAS熔盐渗入并填充7YSZ涂层,引起渗透区和未渗透区热膨胀系数不均衡,从而产生热不匹配应力;此外,热冲击过程中由于温度梯度的存在也会引起温度梯度热应力,在这两种热应力的耦合作用下,引起涂层内部横向裂纹的产生,并随着热冲击次数的增加,横向裂纹发生扩展,最终导致涂层出现层离剥落失效。

关键词：等离子喷涂-物理气相沉积循环热冲击 CMAS 失效

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MoS2-Zr复合薄膜的摩擦学性能研究

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表面技术 2017年第1期46卷 93-99页

作者：欧文敏韦春贝代明江侯惠君林松盛邱万奇华南理工大学材料科学与工程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

目的改善MoS2薄膜的疏松结构,提高其硬度及摩擦磨损性能。方法采用离子源辅助磁控溅射技术在GCr15基体上沉积不同Zr含量的MoS2-Zr复合薄膜,通过SEM分析薄膜的表面及截面形貌。采用EDS检测薄膜的成分,采用显微维氏硬度计测试薄膜的硬度,... 详细信息

目的改善MoS2薄膜的疏松结构,提高其硬度及摩擦磨损性能。方法采用离子源辅助磁控溅射技术在GCr15基体上沉积不同Zr含量的MoS2-Zr复合薄膜,通过SEM分析薄膜的表面及截面形貌。采用EDS检测薄膜的成分,采用显微维氏硬度计测试薄膜的硬度,采用Rockwell-C硬度计进行压痕测试实验,采用球-盘式旋转摩擦磨损试验机评价薄膜的摩擦磨损性能。结果 MoS2-Zr复合薄膜的致密程度和硬度随着Zr含量的增加而增大,其硬度值为300～500HV。复合薄膜与基体的结合力随着Zr含量的增加而增强,但当Zr含量过高时,结合力下降。含Zr原子数分数为15%的MoS2-Zr复合薄膜具有最好的摩擦学性能,其平均摩擦系数为0.09,磨损率为9.33×10～7 mm3·N–1·m–1,耐磨寿命达5.25×105 r。结论 Zr的掺杂改善了纯MoS2薄膜的疏松结构,提高了MoS2薄膜的硬度和结合力,合适的Zr掺杂可以获得较低的摩擦系数和较长的耐磨寿命。

关键词： MoS2-Zr复合薄膜磁控溅射微观结构硬度结合力摩擦系数

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