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材料研究与应用 2019年第4期13卷 287-294页

作者：张岩邓畅光毛杰邓子谦罗志伟中南大学材料科学与工程学院湖南长沙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广东省现代表面工程技术重点实验室广东广州510650

采用PS-PVD工艺在不同送粉速率下沉积YSZ陶瓷涂层,通过光学发射光谱(OES)对不同送粉速率下的等离子射流特性进行诊断,同时分析光谱发射强度分布并计算出等离子射流平均温度及电子密度值,结合射流照片以及涂层微观结构研究不同送粉速率下... 详细信息

采用PS-PVD工艺在不同送粉速率下沉积YSZ陶瓷涂层,通过光学发射光谱(OES)对不同送粉速率下的等离子射流特性进行诊断,同时分析光谱发射强度分布并计算出等离子射流平均温度及电子密度值,结合射流照片以及涂层微观结构研究不同送粉速率下YSZ粉末在射流中的加热蒸发行为.研究结果表明:少量粉末通入后几乎全部被加热蒸发,大量处于高激发态甚至发生电离,射流温度较低但保持着较高电子密度;气相状态下涂层沉积速率很低,涂层多为单根柱状晶且宽大,直接由纳米柱状晶组成;增大粉末送粉速率,射流高温区发生宽化,粉末蒸发量提高,但射流的能量不再足以蒸发所有粉末,会存在少量未融颗粒.气相、团簇甚至熔融粒子共同作用下的混合相沉积使得沉积效率迅速增大.表面扩散较不充分,单根柱状晶尺寸变窄,在固体颗粒与阴影效应的共同作用下产生分支.

关键词： OES PS-PVD 热障涂层 YSZ粉末蒸发等离子射流特性

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脉冲偏压对电弧离子镀TiCN薄膜组织结构的影响

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表面技术 2018年第9期47卷 199-205页

作者：刘恋石倩代明江匡同春林松盛郭朝乾李洪苏一凡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

目的改善TiCN薄膜的组织结构,进一步提高其硬度与结合力。方法采用电弧离子镀技术,通过改变脉冲偏压的幅值,制备一系列的TiCN薄膜。通过扫描电子显微镜(SEM)观察薄膜的表面和截面形貌,采用X射线衍射(XRD)对薄膜进行物相分析,用X射线光... 详细信息

目的改善TiCN薄膜的组织结构,进一步提高其硬度与结合力。方法采用电弧离子镀技术,通过改变脉冲偏压的幅值,制备一系列的TiCN薄膜。通过扫描电子显微镜(SEM)观察薄膜的表面和截面形貌,采用X射线衍射(XRD)对薄膜进行物相分析,用X射线光电子谱(XPS)表征元素的化学状态,通过能谱仪(EDS)分析薄膜的成分。采用显微维氏硬度计测量薄膜硬度,使用3D轮廓仪测量薄膜厚度,利用多功能材料表面性能试验仪进行划痕测试。结果偏压对薄膜的硬度、结合力、组织结构和沉积速度都有影响。随着脉冲偏压的提高,TiCN薄膜晶粒逐渐细化,沉积速率、结合力有先增大后减小的趋势,TiCN薄膜的硬度保持线性提高。偏压为-200 V时,TiCN薄膜出现C_3N_4新相,此时薄膜的硬度和结合力都大幅度提高,表面形貌发生突变,液滴最多。偏压为-250 V时,TiCN薄膜综合性能最好,并且表面的液滴明显减少,此时硬度值为4017HV,结合力为51 N。结论偏压对组织结构及碳元素在薄膜中的存在形式有一定影响,适当地改变脉冲偏压可以使TiCN薄膜的显微组织更加致密,同时,形成的弥散硬化相使薄膜具备较高的硬度和膜基结合强度。

关键词： TiCN薄膜电弧离子镀脉冲偏压 C3N4 硬度结合强度

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镁合金表面离子辅助蒸镀铝膜的耐蚀性研究

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腐蚀科学与防护技术 2018年第1期30卷 67-73页

作者：廖富达侯惠君石倩胡芳林松盛裴和中张国亮昆明理工大学材料科学与工程学院昆明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州510650

采用离子辅助热蒸镀技术在AZ91D镁合金表面沉积了厚度为100μm的单层铝膜及厚度为(25+25)和(50+50)μm的双层铝膜,并对试样表面进行喷丸+化学转化后处理,研究了铝膜的结构和耐蚀防护性能。结果表明:不同工艺的镀铝试样表面铝膜形貌相似... 详细信息

采用离子辅助热蒸镀技术在AZ91D镁合金表面沉积了厚度为100μm的单层铝膜及厚度为(25+25)和(50+50)μm的双层铝膜,并对试样表面进行喷丸+化学转化后处理,研究了铝膜的结构和耐蚀防护性能。结果表明:不同工艺的镀铝试样表面铝膜形貌相似,晶粒清晰、细小,呈柱状紧密排列,存在少许孔缝;双铝膜层中有明显的界面,界面处致密且结合紧密。经后处理,膜层表面致密性提高,并生成一层耐蚀化学转化膜。采用双层工艺铝膜能大幅度提高基体的耐腐蚀性能,100μm单层膜镀铝试样的盐雾寿命为6 h,(25+25)和(50+50)μm双层膜镀铝试样的盐雾寿命分别为72和460 h。(25+25)和(50+50)μm的镀铝试样自腐蚀电流密度分别为3.86×10-6和4.3×10-7A/cm^2,比基体降低了2~3个数量级。

关键词：镁合金离子辅助蒸镀多层铝膜后处理耐蚀性

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表面处理技术对钛合金疲劳性能影响的研究进展

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真空 2019年第6期56卷 36-42页

作者：王迪林松盛刘灵云杨洪志蒋百灵薛玉娜周克崧西安理工大学材料科学与工程学院陕西西安710048 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

针对钛合金表面硬度较低、耐磨性较差、易高温氧化等缺陷,选择适当的表面处理技术能够使其得以改善。由于钛合金对疲劳性能十分敏感,在表面处理过后,对其疲劳性能有较大影响。因而本文归纳了钛合金表面处理的多种方法,如电镀、化学镀、... 详细信息

针对钛合金表面硬度较低、耐磨性较差、易高温氧化等缺陷,选择适当的表面处理技术能够使其得以改善。由于钛合金对疲劳性能十分敏感,在表面处理过后,对其疲劳性能有较大影响。因而本文归纳了钛合金表面处理的多种方法,如电镀、化学镀、热喷涂、激光处理、阳极氧化、微弧氧化、物理气相沉积技术等。根据钛合金疲劳断裂现状及表面改性技术的特点,讨论了表面技术的应用、材料的选择和结构的设计对钛合金基体疲劳性能的影响。分析并总结了涂层在疲劳断裂过程起到的作用及影响疲劳性能的的主要原因,展望了未来钛合金表面改性方法、涂层材料及结构的研究趋势。以期为制备高强度、耐摩擦磨损和提升钛合金基体疲劳性能的表面改性涂层提供参考。

关键词：钛合金表面改性疲劳性能涂层结构

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基体负偏压对高功率脉冲磁控溅射a-C:Al薄膜性能的影响

基体负偏压对高功率脉冲磁控溅射a-C:Al薄膜性能的影响

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第三届粤港澳大湾区真空科技创新发展论坛暨2019年广东省真空学会学术年会

作者：彭雅利代明江郭朝乾林松盛石倩韦春贝李洪苏一凡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工程实验室广东省现代表面工程技术重点实验室

已知掺Al的类金刚石（a-C:Al）复合薄膜可改善类金刚石薄膜的综合性能,调控薄膜的内应力,增强膜基结合力。与此同时,高功率脉冲磁控溅射是一种新的溅射沉积技术,与传统磁控溅射技术相比其具有放电稳定,溅射材料离化率高,所制备的薄膜结... 详细信息

已知掺Al的类金刚石（a-C:Al）复合薄膜可改善类金刚石薄膜的综合性能,调控薄膜的内应力,增强膜基结合力。与此同时,高功率脉冲磁控溅射是一种新的溅射沉积技术,与传统磁控溅射技术相比其具有放电稳定,溅射材料离化率高,所制备的薄膜结构致密均匀,膜基结合力好等特点。本文在不同的基体偏压（0V～-400V）下通过高功率脉冲磁控溅射制备了掺A1的类金刚石（a-C:Al）薄膜。通过扫描电子显微镜,原子力显微镜,X射线光电子能谱和拉曼光谱对a-C:Al薄膜的形貌,微观结构和化学组成进行了表征。通过应力测试仪,纳米压痕,划痕测试仪,圆盘球式摩擦计和3D表面轮廓仪研究了a-C:Al膜的力学性能和摩擦学行为。结果表明,a-C:Al薄膜的沉积速率随偏压的增加呈先升后降的现象,且薄膜中Al含量的原子百分比约为5%,受基体偏压影响较小;当基体负偏压处于-200V～-300V时,薄膜的力学性能较好,其硬度为16GPa左右,磨损率大约为4×10mm·N·m;而在无偏压和偏压过高的条件下,薄膜的硬度较低,摩擦系数和磨损率偏高。

关键词： a-C Al 基体负偏压膜基结合力摩擦磨损性能

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不同粘结层材料的PS-PVD热障涂层热震性能

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材料研究与应用 2019年第1期13卷 8-14页

作者：毛杰刘飞邓子谦邓春明刘敏曾德长梁兴华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 华南理工大学材料科学与工程学院广东广州510641 广西科技大学广西柳州545006

为探索不同粘结层材料对等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)YSZ陶瓷层的热震性能的影响,采用PS-PVD工艺在DZ40M高温合金上制备了NiCoCrAlYTa和NiCrAlY两种不同的金属粘结层及YSZ陶瓷层,用SEM及XRD等方法表征两种粘结层表面沉积的YSZ陶瓷... 详细信息

为探索不同粘结层材料对等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)YSZ陶瓷层的热震性能的影响,采用PS-PVD工艺在DZ40M高温合金上制备了NiCoCrAlYTa和NiCrAlY两种不同的金属粘结层及YSZ陶瓷层,用SEM及XRD等方法表征两种粘结层表面沉积的YSZ陶瓷层的形貌结构、显微硬度及物相,研究了两种涂层的1100℃水淬热震性能及失效模式.结果表明:PS-PVD制备的NiCoCrAlYTa和NiCrAlY两种粘结层均非常致密,陶瓷层均为典型羽毛型柱状结构;NiCoCrAlYTa-7YSZ和NiCrAlY-7YSZ两种羽柱状陶瓷层的孔隙率分别为16.1%和16.5%,显微硬度HV0.025分别为615.8和683.6;陶瓷层的形貌结构及孔隙率、硬度等基本性能,对粘结层成份差异不敏感.1100℃水淬试验结果表明,NiCrAlY-7YSZ涂层的抗热震性能优于NiCoCrAlYTa-7YSZ涂层.失效模式是涂层在频繁的低温-高温热循环中羽柱状陶瓷层内部裂纹萌生和扩展,以及表面花菜头先剥落形成点蚀坑.随着热震次数增加,更多的点蚀坑随机出现并扩大,进而相连后形成大面积剥落区.

关键词： PS-PVD 金属粘结层 YSZ陶瓷层热震性能点蚀

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不同工艺NiCoCrAlYTa涂层的抗高温氧化性能

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热加工工艺 2018年第12期47卷 115-120页

作者：马景涛毛杰邓春明吴相彬邓畅光刘敏宋鹏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

在镍基单晶高温合金上采用大气等离子喷涂（APS）和低压等离子喷涂（LPPS）方法制备两种NiCoCrAlYTa涂层,研究了涂层的1100℃抗高温氧化性能。通过XRD、SEM和EDS研究了两种涂层的相结构、微观形貌及元素分布等。结果表明：两种涂层的氧... 详细信息

在镍基单晶高温合金上采用大气等离子喷涂（APS）和低压等离子喷涂（LPPS）方法制备两种NiCoCrAlYTa涂层,研究了涂层的1100℃抗高温氧化性能。通过XRD、SEM和EDS研究了两种涂层的相结构、微观形貌及元素分布等。结果表明：两种涂层的氧化动力学曲线均符合抛物线规律,其中APS涂层的氧化速率常数K_p=0.0782 mg^2·cm^（-4）·h^（-1）,LPPS涂层在氧化前期100 h氧化速率常数K_（p1）=0.0606 mg^2·cm^（-4）·h^（-1）,而后期氧化速率常数K_（p2）=0.0245 mg^2·cm^（-4）·h^（-1）。由于APS喷涂工艺特点,涂层有大量孔隙,涂层内部氧化严重,氧化产物主要为Cr_2O_3和尖晶石,抗氧化能力降低;而LPPS涂层较为致密、孔隙少,氧化产物为α-Al_2O_3、γ-matrix和尖晶石;LPPS涂层的抗氧化性能明显优于APS涂层。

关键词：大气等离子喷涂低压等离子喷涂涂层 NiCoCrAlYTa涂层抗氧化性能

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镀铝表面改性7YSZ纳米热障涂层热震性能分析

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无机材料学报 2017年第9期32卷 973-979页

作者：张小锋周克崧刘敏邓春明邓畅光陈焕涛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及广东省现代表面工程技术重点实验室广州510650

为提高7YSZ纳米热障涂层的热震性能,实验中采用超音速火焰喷涂(HVOF)在涡轮叶片模拟工件上制备了粘结层NiCrCrAlYTa,再使用大气等离子喷涂(APS)在粘结层上制备了7YSZ纳米陶瓷层。采用磁控溅射在7YSZ热障涂层样品表面镀铝,并在不同压力下... 详细信息

为提高7YSZ纳米热障涂层的热震性能,实验中采用超音速火焰喷涂(HVOF)在涡轮叶片模拟工件上制备了粘结层NiCrCrAlYTa,再使用大气等离子喷涂(APS)在粘结层上制备了7YSZ纳米陶瓷层。采用磁控溅射在7YSZ热障涂层样品表面镀铝,并在不同压力下(200、250、300 Pa)对镀铝样品进行热处理表面改性。对喷涂态样品和镀铝改性后样品进行水淬热震实验,1050℃保温10 min+水冷5 min为一个热循环,观察热障涂层镀铝改性前后样品在水淬热循环过程中形貌和结构演变。实验结果表明,镀铝改性后样品表面存在铝薄膜蒸发、凝固后形成的疏松纳米Al晶粒表层以及由Al和ZrO_2原位反应形成的致密α-Al_2O_3底层。在镀铝样品热处理过程中,随着压力升高,疏松层致密度逐渐增加。不同热处理压力下镀铝表面改性后样品经过73次水淬热循环后剥落面积均小于喷涂态样品,显示出良好的抗热震性。

关键词：热障涂层 7YSZ 热震性能镀铝改性

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不同气体组分的PS-PVD射流光谱诊断

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光谱学与光谱分析 2017年第10期37卷 2995-2999页

作者：王凯刘敏毛杰邓子谦文魁中南大学材料科学与工程学院湖南长沙410000 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

采用发射光谱分析不同气体组分的等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)射流,通过Abel转换得出射流径向各点处的光谱强度,比较和分析射流中不同气体的成分分布。采用多谱线斜率法研究不同气体组分的射流在径向距离上电子温度的变化,通过Hβ... 详细信息

采用发射光谱分析不同气体组分的等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)射流,通过Abel转换得出射流径向各点处的光谱强度,比较和分析射流中不同气体的成分分布。采用多谱线斜率法研究不同气体组分的射流在径向距离上电子温度的变化,通过Hβ谱线的stark展宽计算径向上电子密度的分布。结果表明:Ar/H_2气体中,H_2在焰流中心区域(0~30mm)分布较为均匀,但在焰流中心稍靠外的区域(30~60mm)随着径向距离的增加而增加;加入He后,Ar和H_2在焰流中心处浓度较低并在一定范围内随着径向距离的增加而增加,He往焰流中心聚集;不同气体组分的电子温度和电子密度随着径向距离的增加而降低,同时受到H_2和He的影响。

关键词：超低压等离子体射流发射光谱气体组分电子温度电子密度

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等离子喷涂-物理气相沉积的气相沉积机理

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无机材料学报 2017年第12期32卷 1285-1291页

作者：邓子谦刘敏毛杰张小锋陈文龙陈志坤广东工业大学材料与能源学院广州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州510651 中南大学材料科学与工程学院长沙410083

以等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)喷涂团聚的Zr O_2-7wt%Y_2O_3(7YSZ)粉末在五个喷距下制备了热障涂层。通过场发射-扫描电镜(FE-SEM)和X射线衍射(XRD)分析了五个涂层样品的微观结构和相成分差异。另外,通过发射光谱(OES)诊断研究了... 详细信息

以等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)喷涂团聚的Zr O_2-7wt%Y_2O_3(7YSZ)粉末在五个喷距下制备了热障涂层。通过场发射-扫描电镜(FE-SEM)和X射线衍射(XRD)分析了五个涂层样品的微观结构和相成分差异。另外,通过发射光谱(OES)诊断研究了射流中7YSZ粉末气相浓度随喷距的变化。最后,阐述了3种不同的气相沉积涂层生长机制,说明了射流中粉末的状态和气相浓度对涂层结构的影响。研究表明:(1)350 mm和1800 mm喷距下形成的均是致密结构涂层,而650~1250 mm喷距下形成的是典型的PS-PVD柱状结构涂层。(2)350 mm喷距下制备的涂层由四方相(t’)和单斜相(m)氧化锆构成;当喷距大于650 mm时,涂层以四方相(t’)氧化锆为主。(3)350 mm喷距下涂层是由高浓度气相过饱和自发形核形成的新核和液/固粒子共同作用形成的;喷距650~1250 mm下,涂层生长以气相沉积于基体进行非自发形核为主,气相在射流中的自发形核为辅;喷距1800 mm下涂层由气相过冷凝固的粒子堆积而成。

关键词： PS-PVD 涂层生长自发形核非自发形核光谱诊断

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