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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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基于不锈钢双极板用导电耐蚀碳基薄膜的研究

基于不锈钢双极板用导电耐蚀碳基薄膜的研究

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第七届粤港澳真空科技创新发展论坛暨2023年广东省真空学会学术年会

作者：张程林松盛石倩苏一凡代明江李剑微张飞宇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

质子交换膜燃料电池（PEMFC）具有无污染、转化效率高、快速启动以及低温运行等特点,可广泛应用于交通运输、备用电源以及空间设备等诸多领域。双极板是质子交换膜燃料电池的重要组成部分,在电堆中起到收集和传导电流、支撑电池、分配... 详细信息

质子交换膜燃料电池（PEMFC）具有无污染、转化效率高、快速启动以及低温运行等特点,可广泛应用于交通运输、备用电源以及空间设备等诸多领域。双极板是质子交换膜燃料电池的重要组成部分,在电堆中起到收集和传导电流、支撑电池、分配反应气体以及排除生成水等作用。不锈钢材料具有优越的成形性能、较高的机械强度、良好的抗振动性能以及抗气体渗透性能,是金属双极板的理想材料,有望取代传统的石墨双极板。然而不锈钢双极板在PEMFC内部环境中存在着接触电阻过大和耐腐蚀性能差等问题,制约了其在PEMFC中的应用。金属表面改性是降低接触电阻和提高耐腐蚀性的有效方法之一。本研究利用物理气相沉积技术在316L不锈钢试样表面制备了碳基薄膜,采用扫描电镜（SEM）、Raman光谱和X射线光电子能谱（XPS）分析薄膜的表面、截面形貌以及薄膜的结构,采用电化学阻抗（EIS）、动电位极化和恒电位极化评估薄膜的耐腐蚀性能,分析薄膜腐蚀机理,采用接触角测量仪对薄膜的疏水性进行表征。通过工艺参数和薄膜结构优化,在316L不锈钢试样表面制备了接触电阻为2.15-4.32mΩ·cm,腐蚀电流密度为0.118-0.156μA/cm,接触角>90°的碳基薄膜;在模拟PEMFC阴极环境中进行了0.6V （***）恒电位下耐久性测试,腐蚀电流密度小于1μA/cm,腐蚀后薄膜接触电阻为6.1-8.1mΩ·cm,仍然满足DOE接触电阻标准。将带有碳基薄膜的316L不锈钢双极板进行装堆测试,其电堆输出性能满足应用标准。

关键词：质子交换膜燃料电池不锈钢双极板表面改性接触电阻耐腐蚀性

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粉末粒径对等离子喷涂固体氧化物燃料电池阳极微观结构及性能的影响

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材料研究与应用 2023年第2期17卷 329-337页

作者：朱志刚宋琛胡永俊邓畅光刘太楷文魁董东东毛杰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510650

作为固体氧化物燃料电池阳极材料,选用NiO/Gd_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)(GDC)替换传统NiO/Y_(0.16)Zr_(0.92)O_(2.08),其可有效扩展三相反应界面,提高电池性能。采用大气等离子喷涂技术,通过调控NiO/GDC团聚粉末粒径,研究阳极微观结构演变... 详细信息

作为固体氧化物燃料电池阳极材料,选用NiO/Gd_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)(GDC)替换传统NiO/Y_(0.16)Zr_(0.92)O_(2.08),其可有效扩展三相反应界面,提高电池性能。采用大气等离子喷涂技术,通过调控NiO/GDC团聚粉末粒径,研究阳极微观结构演变及对电池性能的影响。结果表明:粉末粒径影响粉末的熔化程度,当d50=24.7μm的小粒径粉末熔化充分时,涂层中会暴露更多的GDC,增加反应活性位点;d50=45.2μm的大粒径粉末熔化不充分时,堆叠产生的间隙会造成涂层中裂纹和孔洞增多,表现出更大的气通量,泄漏率为14.8×10^(-6)cm^(4)·gf^(-1)·s^(-1);小粒径和大粒径粉末阳极形成的单电池输出峰功率密度接近,在800℃时分别达到1 158.46和1 147.0 mW·cm^(-2)。阻抗谱拟合结果揭示了阳极界面电荷转移和气体传输能力的差异。通过分析粉末粒径对电化学性能的作用机理可知,小粒径粉末阳极具有更多界面活性位点而表现出更快的电荷转移速度,大粒径粉末阳极具有优异的透气性,能透过更多燃料而有效激发活性位点。因此,在大小粒径粉末阳极上形成的电池几乎表现出相同的电化学性能。

关键词：阳极粉末粒径等离子喷涂微观结构固体氧化物燃料电池

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PS-PVD制备YSZ热障涂层抗熔盐腐蚀研究

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材料研究与应用 2023年第3期17卷 503-511页

作者：曾卓见毛杰邓子谦戴红亮胡永俊汪克威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510650

为提高舰船燃气轮机上热障涂在海洋环境中层的工作寿命,研究了新型热障涂层在模拟海洋环境下的腐蚀性能。采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)技术,在已喷涂粘结层(NiCoCrAlY)的DZ40M高温合金基体上制备7YSZ陶瓷层,然后用Na2SO_(4)(质... 详细信息

为提高舰船燃气轮机上热障涂在海洋环境中层的工作寿命,研究了新型热障涂层在模拟海洋环境下的腐蚀性能。采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)技术,在已喷涂粘结层(NiCoCrAlY)的DZ40M高温合金基体上制备7YSZ陶瓷层,然后用Na2SO_(4)(质量分数45%)+V2O5(质量分数55%)混合熔盐在1050℃下对涂层进行腐蚀实验。利用场发射-扫描电镜、X射线衍射仪、能谱仪对涂层表面和截面的组织结构及1050℃高温熔盐腐蚀后涂层的物相组织和熔盐渗透深度进行了分析。研究结果表明,硫酸盐与钒酸盐的混合盐对涂层中的TGO层破坏显著,t′-ZrO_(2)相变与TGO的生长是导致涂层脱落的主要原因。

关键词：海洋环境热障涂层 YSZ TGO 熔盐腐蚀

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基于第一性原理的石榴石型Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)固态电解质的设计与合成

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稀有金属材料与工程 2021年第6期50卷 1956-1963页

作者：梁兴华吴希吴秋满李鑫旗毛杰方志杰广西科技大学广西汽车零部件与整车技术重点实验室广西柳州545006 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广州510650

基于密度泛函理论(DFT)的第一原理方法计算了四方相和立方相中2种不同的Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)固体电解质材料的能带结构,晶格参数,态密度和成键特性。基于理论计算结果,通过电子结构特性解释了四面体相的离子电导率低于立方... 详细信息

基于密度泛函理论(DFT)的第一原理方法计算了四方相和立方相中2种不同的Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)固体电解质材料的能带结构,晶格参数,态密度和成键特性。基于理论计算结果,通过电子结构特性解释了四面体相的离子电导率低于立方相的离子电导率的原因。基于LLZO的第一性原理计算,设计了2种晶体结构的LLZO材料,并通过高温固相法制备并分析了不同烧结时间的LLZO颗粒的性能。探索了合成工艺参数对Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)性能的影响。立方晶Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(C-LLZO)的平均晶格大小为a=b=c=1.302 246 nm,而四方Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(T-LLZO)的平均晶格大小为a=b=1.313 064 nm,c=1.266 024 nm。在1000℃下烧结12 h的C-LLZO为纯立方相,在室温(25℃)下最大离子电导率为9.8×10^(-5) S·cm^(-1)。T-LLZO在室温(25℃)下的离子电导率为5.96×10^(-8) S·cm^(-1),在800℃下烧结6 h具有纯的四方相结构,与计算结果基本吻合。

关键词：石榴石型Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12) 第一性原理电子结构固态电解质离子电导率

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激光工艺参数对H13钢粉末单道成形特性的影响

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激光与红外 2021年第7期51卷 871-876页

作者：王岳亮钟永华李福海马文有陈兴驰卢冰文刘敏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

为了解激光工艺参数对H13钢表面再制造成型H13粉末层几何特征的影响规律,设计研究了工艺参数(激光功率、光斑直径)对单道成形层几何特征(成形层高度、宽度、基体熔化深度与宽度)影响的实验,根据实验结果归纳了工艺参数对成形层几何特征... 详细信息

为了解激光工艺参数对H13钢表面再制造成型H13粉末层几何特征的影响规律,设计研究了工艺参数(激光功率、光斑直径)对单道成形层几何特征(成形层高度、宽度、基体熔化深度与宽度)影响的实验,根据实验结果归纳了工艺参数对成形层几何特征的影响规律,并采用极差分析了各几何特征的主要影响因素,同时利用了激光再制造形成层几何特征模型对实验结果进行了分析。结果表明光斑尺寸对熔覆层宽度、基体熔化区宽度、深度影响更明显,而激光功率、光斑尺寸对熔覆层高度的影响无显著差别;此外,粉末综合利用率随辐照激光能量密度的增大先增大后维持基本不变。

关键词：激光再制造几何特征粉末综合利用率 H13钢

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Cr-CrN-Cr-CrAlN多层膜厚度对结构和性能的影响

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真空 2023年第4期60卷 1-7页

作者：林松盛刘若愚田甜吕亮苏一凡汪云程石倩云海涛唐鹏郑彩凤易出山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 中国航发南方工业有限公司湖南株洲412000

采用电弧离子镀技术在TC4钛合金表面制备不同厚度的Cr-CrN-Cr-CrAlN多层膜,研究了多层膜厚度对其结构及性能的影响。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计、划痕仪、应力测试仪、砂粒冲蚀试验仪和拉伸试验机检测分析了多层膜的... 详细信息

采用电弧离子镀技术在TC4钛合金表面制备不同厚度的Cr-CrN-Cr-CrAlN多层膜,研究了多层膜厚度对其结构及性能的影响。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计、划痕仪、应力测试仪、砂粒冲蚀试验仪和拉伸试验机检测分析了多层膜的表面及截面形貌、微观结构、硬度、结合力、残余应力、抗砂粒冲蚀性能和拉伸性能等。结果表明:随着多层膜厚度的增加,膜层表面颗粒增多,表面质量略有下降,择优取向由(200)晶面逐渐向(111)晶面转变;随着厚度的增加,残余应力逐渐增加,膜层硬度、膜基结合力、裂纹扩展抗力先上升后下降,在厚度为10.58μm时达到最佳,其硬度为3404Hv、结合力为58.6N、裂纹扩展抗力为758.49,抗砂粒冲蚀性能提高3倍以上;TC4钛合金表面镀多层膜后,屈服强度和抗拉强度均略有提升,但断后伸长率降低,当膜层厚度为14.50μm时,断后伸长率较基材降低30%,断裂机制由韧性断裂转变为脆性断裂。在一定范围内增加膜层厚度有利于提升性能,但需合理控制其厚度以减小对钛合金基材的负面影响。

关键词： Cr-CrN-Cr-CrAlN多层膜抗砂粒冲蚀性能拉伸性能电弧离子镀钛合金

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铝基可磨耗封严涂层制备及性能评价研究进展

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材料研究与应用 2023年第5期17卷 967-982页

作者：王旭东王玉江张学敏杨焜张小锋陆静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51065

随着航空航天技术的发展,人们对发动机效率的要求越来越高。减小涡轮机叶片尖端与机匣之间的缝隙,有利于发动机效率的提升。叶片尖端与发动机涡轮机机匣之间喷涂可磨耗封严涂层,不仅可封严气路、提高发动机效率,又可以减少对叶片的磨损... 详细信息

随着航空航天技术的发展,人们对发动机效率的要求越来越高。减小涡轮机叶片尖端与机匣之间的缝隙,有利于发动机效率的提升。叶片尖端与发动机涡轮机机匣之间喷涂可磨耗封严涂层,不仅可封严气路、提高发动机效率,又可以减少对叶片的磨损以保护叶片。对于可磨耗封严涂层而言,可磨耗性是其最重要、最本质的特性。综述了国内外铝基封严涂层的粉末制备、喷涂及可磨耗性能评价的研究现状,分析了粉体形式、喷涂参数对涂层组织的影响,以及涂层表面洛氏硬度、叶尖的进给速率/单道进给量、摩擦线速度等对涂层的可磨耗性能的影响,同时还对海洋环境下铝基封严涂层的腐蚀机理进行研究,指出了机器学习、仿真技术在可磨耗涂层性能预测及性能表征等方面的作用。最后,总结了近年来铝基可磨耗封严涂层的研究进展,并对未来的研究方向进行了展望。

关键词：粉体涂层可磨耗性耐腐蚀性能仿真技术

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氢能航空发动机研究现状及发展制约因素

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材料研究与应用 2024年第2期18卷 299-308页

作者：刘佳育罗纳李俊辰罗奎林张小锋新余学院新能源科学与工程学院江西新余338000 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 国营川西机器厂再制造与叶片修理中心四川成都611937

为应对全球气候变暖和温室效应加剧,欧美中等多国纷纷提出各自碳中和发展战略,在航空航天、交通运输等多个领域推动新能源技术的应用。氢能源是航空业中较为理想、可取代传统石化燃料的能源,目前全球各大航空公司都在着手布局氢能航空... 详细信息

为应对全球气候变暖和温室效应加剧,欧美中等多国纷纷提出各自碳中和发展战略,在航空航天、交通运输等多个领域推动新能源技术的应用。氢能源是航空业中较为理想、可取代传统石化燃料的能源,目前全球各大航空公司都在着手布局氢能航空体系。氢能源在航空领域的应用十分广泛,但其最重要的1个研究方向—氢燃料航空发动机,仍处于大力发展和技术创新阶段。总结了近期氢燃料发动机在航空领域的新发展,综述了氢燃料发动机在材料应用方面的短板和现实阻碍,具体从氢能航空发展现状、氢能航空发动机关键技术、氢能航空发动机发展的主要制约因素3大方面进行介绍。氢燃料一直备受关注和青睐,国外早已启动开发氢能飞机的研究项目,并在研发氢能飞机、推动氢能航空相关产业方面已取得一定实质性进展,而我国相关研究主要集中在制氢(风能、光能等电解制氢)、储氢、供氢(氢燃料加注站)及氢燃料电池和汽车领域。为推动氢能航空发动机的大力发展,未来必须突破氢动力推进技术、机载氢燃料存储技术及氢燃料生产制备技术等技术壁垒,而提供飞行动力的航空发动机是其中首要核心点。尽管氢能航空的发展前景备受瞩目,但如要大规模推行,仍面临诸多挑战。若要实现氢能航空飞机大范围应用推广,还需在核心动力、交叉技术等方面开展更加深入的研究与开发。

关键词：氢能航空氢能源氢燃料发动机研究现状制约因素氢涡轮发动机 E-TBCs TGO

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固体氧化物燃料电池阴极的等离子喷涂制备及结构调控

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材料研究与应用 2023年第6期17卷 1117-1124页

作者：陈江杜柯朱志刚宋琛刘太楷文魁毛杰张小锋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东广州510650 华南理工大学环境与能源学院广东广州510006

固体氧化物燃料电池(SOFC)作为一种高效、环保的发电装置备受关注,金属支撑型SOFC因高鲁棒性和优异性价比而极具发展潜力。目前金属支撑型SOFC的制备方法(如湿化学法和镀膜技术),仍存在需高温烧结、效率低和工艺复杂等问题。大气等离子... 详细信息

固体氧化物燃料电池(SOFC)作为一种高效、环保的发电装置备受关注,金属支撑型SOFC因高鲁棒性和优异性价比而极具发展潜力。目前金属支撑型SOFC的制备方法(如湿化学法和镀膜技术),仍存在需高温烧结、效率低和工艺复杂等问题。大气等离子喷涂(APS)技术因具备成本低、效率高、对基体热输入少等特点,适合高效制备金属支撑型SOFC。本文采用APS技术制备金属支撑型SOFC,重点探究了不同喷涂参数在立方钙钛矿锶钴铁氧体(LSCF)阴极结构的调控作用。通过对APS制备的单粒子形貌进行表征,阐明了阴极沉积的机理,同时揭示了微观结构对电池性能的影响。研究结果表明:在14 kW条件下,采用APS制备的多孔阴极涂层,由熔融粒子和部分半熔化粒子构成,具有最佳电催化性能;在800℃下,电池整体的极化电阻仅为0.12Ω·cm^(2)、输出峰功率达到1074 mW·cm^(−2),表现出良好的输出能力。

关键词：固体氧化物燃料电池金属支撑型等离子喷涂阴极结构电池性能

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