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电镀与涂饰 2020年第15期39卷 979-983页

作者：吕亮林松盛王迪刘灵云汪唯郭朝乾代明江汪云程中国航发南方工业有限公司湖南株洲412000 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

为提高钛合金的抗冲蚀性能,采用真空阴极电弧离子镀技术在不同表面粗糙度(Ra)的TC4钛合金表面制备了Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、划痕仪和砂粒冲刷试验仪分析了多层膜的截面形貌、微观结构... 详细信息

为提高钛合金的抗冲蚀性能,采用真空阴极电弧离子镀技术在不同表面粗糙度(Ra)的TC4钛合金表面制备了Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、划痕仪和砂粒冲刷试验仪分析了多层膜的截面形貌、微观结构、厚度、显微硬度、结合力和抗砂粒冲刷性能。重点研究了基体表面粗糙度对多层膜的结合力和抗砂粒冲刷性能的影响。结果表明,所得Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜厚度约为12μm,显微硬度大于3000 HV,能显著地提高TC4钛合金基材的抗砂粒冲刷性能。在相同工艺条件下,基体表面粗糙度越小,其表面膜层的结合力和抗砂粒冲刷性能越佳。为获得综合性能良好的Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜,TC4钛合金基体的表面粗糙度必须控制在≤1.60μm。

关键词：钛锆氮化物多层膜电弧离子镀表面粗糙度抗砂粒冲刷性能

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基于响应面优化法激光选区熔化AlMgScZr研究

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材料研究与应用 2021年第3期15卷 210-219页

作者：邓朝阳郭一帆褚清坤闫星辰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 中南大学材料科学与工程学院湖南长沙410083 广东工业大学材料与能源学院广东广州510006

铝合金因其轻质、高强而被广泛应用于国防建设及航空航天等领域中,而激光选区熔化(SLM)技术在复杂结构零件的制造上具有很大的优势.采用SLM技术制备AlMgScZr合金,通过响应面优化的方法对其工艺参数进行了优化,得到了相对密度为99.11%、... 详细信息

铝合金因其轻质、高强而被广泛应用于国防建设及航空航天等领域中,而激光选区熔化(SLM)技术在复杂结构零件的制造上具有很大的优势.采用SLM技术制备AlMgScZr合金,通过响应面优化的方法对其工艺参数进行了优化,得到了相对密度为99.11%、抗拉强度为333 MPa、屈服强度为282 MPa、延伸率为16%和显微硬度为119.5 HV_(0.05)的AlMgScZr铝合金试样.同时,研究了热处理对SLM制备的AlMgScZr试样拉伸性能的影响.结果表明,经过350℃保温6 h,在氩气气氛中冷却后经热处理制备的试样的抗拉强度升高到561.9 MPa,屈服强度提高至546.8 MPa,延伸率为5.2%.通过响应面参数优化得到了性能优异的高强度铝合金,为SLM制备AlMgScZr合金的应用提供了理论参考.

关键词：响应面法 AlMgScZr合金激光选区熔化技术机械性能

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超音速等离子喷涂制备非对称型La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ透氧膜的性能

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材料热处理学报 2019年第9期40卷 135-141页

作者：牛少鹏周克崧邓畅光徐丽萍毛杰杨焜曾威陈志坤陈龙飞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省科学院

采用超音速等离子喷涂方法制备出了La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ(LSCF-6428)非对称型透氧膜。利用双聚焦离子束、扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪等手段观测膜层微观结构和物相成分,重点考察膜层高温结构稳定性和抗CO2腐蚀性能。采用四... 详细信息

采用超音速等离子喷涂方法制备出了La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ(LSCF-6428)非对称型透氧膜。利用双聚焦离子束、扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪等手段观测膜层微观结构和物相成分,重点考察膜层高温结构稳定性和抗CO2腐蚀性能。采用四探针法测电导率比较SAPS膜和传统烧结膜的电子传导性能。结果表明,SAPS膜结构致密程度较高,膜层内部富含纳米晶粒,并呈现“微纳晶-纳米晶-超细纳米晶”顺序叠加结构。膜经历850℃,30次热循环测试和25 h持续加热测试后仍维持较高的致密度,表现出较好的结构稳定性。膜层在静态CO2气氛下,500℃时即开始相分解,且随着温度升高,相分解加速,到900℃时相分解快速完成并终止。相比之下,膜层在950℃,CO2吹扫气氛下相分解速率明显减慢,在经历2h加热后仅发生轻微分解。四探针法测得SAPS膜常温电导率达到0. 28 (Ω·cm)^-1,高出烧结膜一个数量级。进一步研究表明,SAPS膜晶格发生膨胀,引发膜层内部极化子尺寸增大,有助于内部电子的迁移。

关键词：超音速等离子喷涂非对称型透氧膜纳米晶高温稳定性极化子

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喷涂电流对SOFC连接体MnCoCuFeNi高熵合金涂层性能的影响

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材料研究与应用 2025年第1期19卷 180-189页

作者：文魁李忠燚刘香刘太楷刘敏宋琛毛杰张梦婷叶云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 广东工业大学材料与能源学院广东广州510006

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种高效、环保的能源转换设备。连接体作为SOFC电堆的关键核心部件,负责实现电连接、分隔阳极燃料气和阴极空气及支撑电池堆的重要作用,其性能优劣直接影响电堆系统的衰减和稳定性。铁素体不锈钢因具有良好... 详细信息

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种高效、环保的能源转换设备。连接体作为SOFC电堆的关键核心部件,负责实现电连接、分隔阳极燃料气和阴极空气及支撑电池堆的重要作用,其性能优劣直接影响电堆系统的衰减和稳定性。铁素体不锈钢因具有良好的抗氧化性、合适的热膨胀系数等性质,而成为最具希望的连接体材料。但是,其在服役过程中存在抗氧化性能不足,以及铬挥发造成的阴极铬中毒等问题。因此,需在其表面制备一层防护涂层。尖晶石氧化物具有较高的电导率和良好的阻Cr扩散能力,被认为是最有潜力的金属连接体防护涂层材料。采用大气等离子喷涂技术,在不同的喷涂工作电流下于430不锈钢基体的表面制备MnCoCuFeNi高熵合金涂层,随后经800℃热转化处理,最终得到尖晶石高熵氧化物涂层。同时,系统分析了涂层在热转化过程中的相组成、表面和截面形貌、元素扩散和电性能的演变行为。结果表明:增大喷涂电流可以提高合金涂层的致密度,但也会在涂层内部生成更多的金属氧化物;经热转化处理后,Mn、Co和Cu元素优先扩散至涂层表层形成浅灰色CuO和深灰色(Mn,Co,Cu)3O4尖晶石氧化物,这种元素偏聚随着热转化时间的延长而逐渐均匀化。热转化初期在靠近基体/涂层界面的涂层内部形成了富Cr扩散带,但表面形成的热转化层可有效遏制Cr扩散带向外的进一步扩展。高熵合金热转化层的电导率并未受喷涂电流的影响,其最终电导率约为10.1 S·cm^(-1)。相反,面比电阻却随喷涂电流的增加而增大,其中涂层最佳面比电阻值(14.95 mΩ·cm^(2))比无涂层不锈钢的要小。通过高熵合金原位转化策略构建了兼具高导电性和Cr阻隔性能的防护涂层,为开发长寿命SOFC连接体提供了新思路。

关键词：固体氧化物燃料电池金属连接体等离子喷涂热转化涂层尖晶石高熵氧化物涂层元素扩散电学性能面比电阻

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大气等离子喷涂制备SOFC连接体Cu/Mn/Co金属防护涂层

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材料研究与应用 2021年第4期15卷 358-367页

作者：江舟文魁宋琛刘太楷董勇邓畅光邓春明刘敏杨成浩广东工业大学材料与能源学院广东广州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

为了进一步提高固体氧化物燃料电池(SOFC)连接体防护涂层的电导率,采用大气等离子喷涂技术(APS)制备了Cu/Mn/Co金属涂层.研究了不同喷涂工艺参数对涂层性能的影响,以及涂层在800℃下的氧化行为.通过XRD,SEM及EDS表征涂层高温氧化过程中... 详细信息

为了进一步提高固体氧化物燃料电池(SOFC)连接体防护涂层的电导率,采用大气等离子喷涂技术(APS)制备了Cu/Mn/Co金属涂层.研究了不同喷涂工艺参数对涂层性能的影响,以及涂层在800℃下的氧化行为.通过XRD,SEM及EDS表征涂层高温氧化过程中的相结构、表面形貌和微观结构演变,采用直流四电极法测量涂层的高温电导率.结果表明,800℃下氧化使金属涂层转变成了MnCo_(2)O_(4)/Cu_(x)Mn_(3-x)O_(4)相.氧化初期,涂层表面和底部出现富Cu层;随氧化时间增加,富Cu层逐渐消失,Cu元素均匀分布在涂层中;当氧化120 h时,涂层表层的CuO层已不连续,与涂层分层且产生微裂纹.同时发现,长时间氧化后涂层截面明显致密化,形成了顶部致密、底部多孔的结构.此外,电流为550 A的涂层试样(No.2)尖晶石相最多,涂层致密度最高,其电导率也最高.800℃下氧化120h后,电流为500,550和600 A的三种涂层试样(No.1~No.3)电导率分别为59.68S,93.55和85.72 S/cm,并且氧化过程中电导率保持稳定.所制备的金属涂层和尖晶石涂层均表现出较好的阻Cr扩散效果,Cr主要以Cr_(2)O_(3)的形式富集在基体和涂层的结合处.

关键词：连接体防护涂层 Mn/Co/Cu金属涂层电导率高温氧化 MnCo_(2)O_(4)/Cu_(x)Mn_(3-x)O_(4)

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APS制备7YSZ热障涂层镀铝改性的抗氧化性（英文）

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材料导报 2019年第2期33卷 283-287页

作者：许世鸣张小锋刘敏邓春明邓畅光牛少鹏中南大学材料科学与工程学院长沙410083 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及广东省现代表面工程技术重点实验室广州510650

热障涂层(TBC)的使用对燃气轮机的寿命和效率都有明显提升,而TBC一般是由金属粘结层和ZrO_2-7%(质量分数) Y_2O_3(7YSZ)陶瓷层组成。与飞行器推进系统的TBC相比,燃气轮机的服役环境有其特殊性。在工业燃气轮机服役过程中,TBC系统中金属... 详细信息

热障涂层(TBC)的使用对燃气轮机的寿命和效率都有明显提升,而TBC一般是由金属粘结层和ZrO_2-7%(质量分数) Y_2O_3(7YSZ)陶瓷层组成。与飞行器推进系统的TBC相比,燃气轮机的服役环境有其特殊性。在工业燃气轮机服役过程中,TBC系统中金属粘结层的氧化是导致涂层过早失效最重要的原因之一。TGO(热生长氧化层)的形成不可避免,但抑制TGO的生长速率可以提高TBC的使用寿命,而7YSZ是一种对氧离子扩散几乎无阻碍作用的材料。因此,在7YSZ涂层上覆盖一层氧离子扩散障碍膜是阻止TGO生成的一种可行方法。本研究中,在7YSZ涂层表面沉积一层铝膜。经热处理后,在7YSZ涂层表面通过Al和ZrO_2原位反应生成α-Al_2O_3层,该层可以作为氧离子扩散障碍层。此外,对热处理压力和铝改性的7YSZ涂层抗氧化性关系进行了研究。

关键词：铝改性热障涂层氧化钇稳定氧化锆(7YSZ)涂层抗氧化性热生长氧化物

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激光选区熔化成形Ti-12Mo-6Zr-2Fe(TMZF)合金微观组织及力学性能的研究

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材料研究与应用 2021年第4期15卷 350-357页

作者：褚清坤闫星辰岳术俊王振国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 北京市春立正达医疗器械股份有限公司北京101101

为了探究激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)Ti-12Mo-6Zr-2Fe(TMZF)合金的微观组织与力学性能,采用TMZF合金粉进行激光增材制造,研究了铸造TMZF合金与SLM TMZF合金试样微观组织与力学性能的差异.结合X射线衍射仪(XRD)、金相显微... 详细信息

为了探究激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)Ti-12Mo-6Zr-2Fe(TMZF)合金的微观组织与力学性能,采用TMZF合金粉进行激光增材制造,研究了铸造TMZF合金与SLM TMZF合金试样微观组织与力学性能的差异.结合X射线衍射仪(XRD)、金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱分析(EDS)等材料表征手段,对TMZF合金试样的物相分布、微观组织结构、元素分布及试样拉伸断口进行了对比分析.结果表明:SLM TMZF试样与铸造TMZF试样的组织中都含有大量β-Ti组织;SLM TMZF试样的平均显微硬度为355.7±5.64 HV_(0.2),铸造TMZF试样的平均显微硬度为354.8±5.44 HV_(0.2);SLM TMZF试样的屈服强度为934±4.1 MPa、抗拉强度为993±2.4 MPa、延伸率为14.4±0.6%,而铸造TMZF试样的屈服强度为1052±12.1 MPa、抗拉强度为1055±11.7 MPa、延伸率为10.4±1.2%.为进一步探究激光选区熔化制备TMZF的后处理打下基础.

关键词：激光选区熔化 Ti-12Mo-6Zr-2Fe 微观组织力学性能

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低温反应溅射Al+α-Al2O3复合靶沉积α-Al2O3薄膜

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无机材料学报 2019年第8期34卷 862-866页

作者：程奕天邱万奇周克崧刘仲武焦东玲钟喜春张辉华南理工大学材料科学与工程学院广州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东省现代表面工程技术重点实验室广州510651

低温沉积α-Al2O3薄膜是拓展其实际工程应用的关键。本研究以Al、α-Al2O3和Al+15wt%α-Al2O3为靶材,用射频磁控溅射在Si(100)基体上沉积氧化铝薄膜。用掠入射X射线衍射(GIXRD)、透射电子显微镜(TEM)、能谱仪(EDS)对所沉积薄膜的相结构... 详细信息

低温沉积α-Al2O3薄膜是拓展其实际工程应用的关键。本研究以Al、α-Al2O3和Al+15wt%α-Al2O3为靶材,用射频磁控溅射在Si(100)基体上沉积氧化铝薄膜。用掠入射X射线衍射(GIXRD)、透射电子显微镜(TEM)、能谱仪(EDS)对所沉积薄膜的相结构和元素含量进行研究,用纳米压痕技术测量薄膜硬度。结果表明,在550℃的基体温度下,反应射频磁控溅射Al+α-Al2O3靶可获得单相α-Al2O3薄膜。靶中的α-Al2O3溅射至基片表面能优先形成α-Al2O3晶核,在550℃及以上的基体温度下可抑制γ相形核,促进α-Al2O3晶核同质外延生长,并最终形成单相α-Al2O3薄膜。

关键词： α-Al2O3 反应溅射复合靶低温沉积纳米压痕

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等离子喷涂-物理气相沉积7YSZ热障涂层形成机制

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中国科学：技术科学 2019年第11期49卷 1319-1330页

作者：张小锋周克崧刘敏邓子谦魏亮亮毛杰邓春明邓畅光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及广东省现代表面工程技术重点实验室广州510650 北京航空航天大学材料科学与工程学院北京100191

采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)技术,以纳米团聚的ZrO2-7%Y2O3(7YSZ)粉末为原料在镍基高温合金为基体的CoCrAlSiY黏结层表面制备了羽毛柱状7YSZ涂层.通过透射电子显微镜(TEM)观察并分析了柱状涂层的显微结构,发现涂层的最小组成... 详细信息

采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)技术,以纳米团聚的ZrO2-7%Y2O3(7YSZ)粉末为原料在镍基高温合金为基体的CoCrAlSiY黏结层表面制备了羽毛柱状7YSZ涂层.通过透射电子显微镜(TEM)观察并分析了柱状涂层的显微结构,发现涂层的最小组成单元为纳米柱状晶,众多柱状晶在空间随喷涂遍数累积气相原子依次形核长大形成了微观上的树枝状结构,在宏观上呈现羽毛状结构涂层.基于7YSZ羽毛柱状涂层的形成过程,本文首先从热力学原理分析了7YSZ气相原子的形核机制,阐述了裹挟高浓度气相原子的高温等离子体与基体相互作用形成的温度梯度和气相原子浓度梯度规律,探讨了温度梯度下纳米柱状7YSZ晶体的长大和分枝过程,分析了等离子焰流气相原子沉积过程中过冷度变化对气相原子形核、长大和宏微观涂层结构的影响,研究了PS-PVD喷涂过程中涂层柱状结构内部和柱状结构间隙形成的内在规律和机制.

关键词：等离子喷涂-物理气相沉积热障涂层沉积机理温度梯度过冷度

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电弧离子镀NiCoCrAlYTa涂层制备及其高温防护性能研究

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真空与低温 2021年第5期27卷 417-422页

作者：黄艳松林松盛石倩代明江郑彩凤云海涛谌曲平汪云程海军装备部驻长沙地区军事代表室湖南株洲412000 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5106511 中国航发南方工业有限公司湖南株洲412000

为进一步提升高温合金材料的服役性能,利用真空阴极电弧离子镀技术在DZ22B高温合金上沉积NiCoCrAlYTa涂层,研究涂层对基材力学性能的影响和高温性能等。采用扫描电镜观察膜层表面和截面形貌,用X射线衍射仪分析涂层的物相组成,用万能试... 详细信息

为进一步提升高温合金材料的服役性能,利用真空阴极电弧离子镀技术在DZ22B高温合金上沉积NiCoCrAlYTa涂层,研究涂层对基材力学性能的影响和高温性能等。采用扫描电镜观察膜层表面和截面形貌,用X射线衍射仪分析涂层的物相组成,用万能试验机检测室温拉伸性能和高温光滑持久强度性能。结果表明:所沉积的NiCoCrAlYTa涂层厚度达60μm以上,经热处理后,涂层更加致密且与基体因互扩散实现了冶金结合;NiCoCrAlYTa涂层的相组织主要为γ′-Ni3Al/γ-Ni。表面沉积NiCoCrAlYTa涂层后,对DZ22B基材的室温拉伸性能和高温光滑持久强度性能虽稍有影响,但均能满足应用的要求。在1050℃高温下,NiCoCrAlYTa涂层表面形成了一层致密的氧化层,从而减缓了氧化速度,其氧化速度仅为DZ22B基材的50%;DZ22B基材表面沉积NiCoCrAlYTa涂层后,抗950℃燃气热腐蚀能力提高了225倍。

关键词： NiCoCrAlYTa涂层电弧离子镀抗高温氧化热腐蚀高温合金

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