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材料导报 2024年第17期38卷 200-205页

作者：陶宏伟禹庭曹明轩吴仲恒蔡召兵刘敏闫星辰五邑大学智能制造学部广东江门529000 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州510650 广州博仕动物医院广州510030 武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉430081

激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)技术是一种可快速制备具有复杂结构件的近净成形方法,由于极高的空间制造自由度,其在个性化定制医疗中有着极为广阔的应用前景。本研究关注了激光能量密度对CoCrMo合金微观组织及成形性能的影... 详细信息

激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)技术是一种可快速制备具有复杂结构件的近净成形方法,由于极高的空间制造自由度,其在个性化定制医疗中有着极为广阔的应用前景。本研究关注了激光能量密度对CoCrMo合金微观组织及成形性能的影响,从致密度、微观组织及力学强度等方面对SLM CoCrMo材料进行了体系性探究,分析了能量密度对CoCrMo合金组织及缺陷的作用机制,得到了孔隙率低(0.18%)、晶粒组织细小(0.31μm)且力学性能优异(拉伸强度1157 MPa、显微硬度421.53HV_(0.1))的CoCrMo合金成形最优参数(激光功率165 W、扫描速度1050 mm/s)。从患者对生物型膝关节植入体的需求出发,探究了一种骨接触面具有骨小梁结构的生物型全膝关节植入体的设计方法,并对优化后的膝关节假体模型开展了大动物原位膝关节置换实验。术后影像学检查发现3D打印膝关节假体不仅可对原有患病关节部位进行精准替代,更能促进实验犬尽快恢复原本的行走姿态,无脱位和其他并发症的发生。本研究报道的个性化定制方法为临床用3D打印生物型全膝关节的置换提供了强有力的理论基础和数据支撑。

关键词：激光选区熔化 CoCrMo合金微观组织力学性能生物应用

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激光选区熔化适配型铝合金的研究及应用现状

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中国有色金属学报 2024年第8期34卷 2491-2510页

作者：常成郭一帆卓伟伟简光建周俊郝晓虎崔泽琴刘敏闫星辰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 成都国营锦江机器厂成都610043 太原理工大学材料科学与工程学院太原030024 山西浙大新材料与化工研究院太原030024

使用激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)技术制备的铝合金构件具有形状复杂、晶粒细小、力学性能优异等特点,在航天航空、轨道交通等领域有着广泛应用。然而,目前可用于SLM成形的铝合金材料仍面临着可打印种类有限、成形过程易... 详细信息

使用激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)技术制备的铝合金构件具有形状复杂、晶粒细小、力学性能优异等特点,在航天航空、轨道交通等领域有着广泛应用。然而,目前可用于SLM成形的铝合金材料仍面临着可打印种类有限、成形过程易产生冶金缺陷等问题,严重制约了SLM高性能铝合金的发展。本文基于承力构件的实际需求,综述了目前适配于SLM技术的铸造铝合金、稀土改性铝合金及铝基复合材料的研究现状,重点从适用于SLM技术的材料设计角度出发,概述所制备材料的独特微观组织及力学性能,并就SLM铝合金部件的国内外应用现状进行总结,点出现阶段SLM铝合金原材料仍多采用传统铸造材料为主的局限性,适于SLM技术的新材料、新产品在标准化以及规模化等方面仍需进一步细化和拓展。

关键词：激光选区熔化技术铝合金适配性行业标准工程应用

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不同厚度薄壁单晶高温合金/PtAl涂层界面演变

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表面技术 2023年第1期52卷 187-195,231页

作者：倪建洋尹斌邓春明杨焜张留艳邓畅光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广州510651 中南大学粉末冶金研究院长沙410083

目的研究不同厚度薄壁单晶高温合金/PtAl涂层界面演变机制。方法采用电镀Pt和高温低活度气相渗铝的方法在不同厚度(0.5、1.0、2.0 mm)的第三代镍基单晶高温合金DD9上制备PtAl涂层,进行1100℃恒温氧化试验后,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描... 详细信息

目的研究不同厚度薄壁单晶高温合金/PtAl涂层界面演变机制。方法采用电镀Pt和高温低活度气相渗铝的方法在不同厚度(0.5、1.0、2.0 mm)的第三代镍基单晶高温合金DD9上制备PtAl涂层,进行1100℃恒温氧化试验后,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)研究不同厚度薄壁单晶高温合金DD9/PtAl涂层界面元素互扩散及界面组织演变。结果3种基体厚度的涂层试样恒温氧化100 h,其互扩散区(IDZ)快速增大;恒温氧化500 h,IDZ厚度基本稳定,均约为25μm;恒温氧化1000 h,只有0.5 mm基体厚度的涂层试样在IDZ出现TCP相“贫化带”。3种基体厚度的涂层试样在IDZ以下,均形成了二次反应区(SRZ),其中析出了针状和颗粒状TCP相。恒温氧化100 h,3种基体厚度的涂层试样的SRZ厚度相当,但是500 h和1000 h后,0.5 mm基体厚度的涂层试样的SRZ厚度显著小于其他2种基体厚度的涂层试样。结论界面附近Ta元素的富集是SRZ形成的主要原因,W、Re和Ta等难熔元素扩散的差异是引起不同基体厚度的涂层试样IDZ和SRZ形貌/厚度差异的关键因素。

关键词： PtAl涂层薄壁单晶高温合金不同厚度元素互扩散二次反应区

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Al_(2)O_(3)改性等离子喷涂-物理气相沉积热障涂层的异物损伤行为及失效机理

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第7期34卷 2289-2303页

作者：王梓帆范佳锋康楷雯吴健刘敏周克崧张乾张志波李小强张小锋西安理工大学应用化学系西安710048 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 华南理工大学国家金属材料近净成形工程技术研究中心广东省先进金属材料制造与成型重点实验室广州510640

由外来异物损伤引起的颗粒冲蚀是制约热障涂层使用寿命的重要因素。为了提高等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)热障涂层的耐冲蚀性能,采用磁控溅射和真空热处理在PS-PVD喷涂的7YSZ热障涂层表面制备一层致密的α-Al_(2)O_(3)。系统研究热... 详细信息

由外来异物损伤引起的颗粒冲蚀是制约热障涂层使用寿命的重要因素。为了提高等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)热障涂层的耐冲蚀性能,采用磁控溅射和真空热处理在PS-PVD喷涂的7YSZ热障涂层表面制备一层致密的α-Al_(2)O_(3)。系统研究热障涂层的异物损伤行为,并采用第一性原理计算对α-Al_(2)O_(3)/c-ZrO_(2)界面进行研究。结果表明,PS-PVD、大气等离子喷涂(APS)和电子束-物理气相沉积(EB-PVD)热障涂层的冲蚀质量损失率分别为324、248和139μg/g,而Al_(2)O_(3)改性的PS-PVD热障涂层的冲蚀质量损失率降至199μg/g。此外,在Al_(2)O_(3)/ZrO_(2)-O的顶部构型模型中观察到的界面结合能最高(3.88 J/m^(2)),远高于ZrO_(2)/Ni(2.011 J/m^(2)),使界面结合性能得以提高。

关键词：热障涂层等离子喷涂-物理气相沉积 Al_(2)O_(3)改性外来异物损伤第一性原理

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高温防护涂层的熔盐热腐蚀研究进展

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稀有金属材料与工程 2022年第11期51卷 3989-3997页

作者：李小亚邹俭鹏石倩代明江林松盛唐鹏苏一凡中南大学粉末冶金国家重点实验室湖南长沙410083 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广州510651 广东省现代表面工程技术重点实验室广东广州510651

高温热腐蚀是热元件主要失效形式之一,Na_(2)SO_(4)和NaCl熔盐会加速高温下的热腐蚀,甚至导致灾难性事故发生。本文就Na_(2)SO_(4)和/或NaCl熔盐引起的热腐蚀进行了讨论,其中Na_(2)SO_(4)是主要的腐蚀反应物,详细介绍了2种典型的热腐蚀... 详细信息

高温热腐蚀是热元件主要失效形式之一,Na_(2)SO_(4)和NaCl熔盐会加速高温下的热腐蚀,甚至导致灾难性事故发生。本文就Na_(2)SO_(4)和/或NaCl熔盐引起的热腐蚀进行了讨论,其中Na_(2)SO_(4)是主要的腐蚀反应物,详细介绍了2种典型的热腐蚀行为和性能特点。重点介绍了几种热腐蚀模型和机理,以及Na_(2)SO_(4)、NaCl、Na_(2)SO_(4)+NaCl熔盐的反应公式和腐蚀机理。根据目前的研究状况来看,制备防护涂层是缓解热腐蚀的最佳途径,总结了近年来MCrAlY涂层、NiAl涂层、热障涂层和新型涂层的发展情况,并探讨了进一步提高涂层耐腐蚀性能的方法。最后,展望了防护涂层的未来发展方向。

关键词：热腐蚀熔盐高温防护涂层

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掺硅类金刚石薄膜的HiPIMS-MFMS共沉积制备及其高温摩擦学行为研究

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摩擦学学报（中英文） 2024年第1期44卷 18-29页

作者：陈彦军苏峰华孙建芳陈泽达林松盛李助军华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州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广州510650 广东省现代表面工程技术重点实验室广东广州510650 广州铁路职业技术学院机电工程学院广东广州510430

元素掺杂是提高类金刚石(DLC)薄膜高温耐摩擦性能的重要途径.本文中采用高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)和中频磁控溅射(MFMS)复合技术在304不锈钢表面沉积具有不同Si含量的掺硅类金刚石(Si-DLC)薄膜,利用原子力显微镜、扫描电子显微镜(SEM)... 详细信息

元素掺杂是提高类金刚石(DLC)薄膜高温耐摩擦性能的重要途径.本文中采用高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)和中频磁控溅射(MFMS)复合技术在304不锈钢表面沉积具有不同Si含量的掺硅类金刚石(Si-DLC)薄膜,利用原子力显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、纳米压痕和UMT-TriboLab摩擦试验机等系统分析了Si含量对Si-DLC薄膜的结构、力学性能及不同温度下的摩擦学性能的影响,重点探讨了Si-DLC薄膜在高温下摩擦磨损机制.结果表明:Si-DLC薄膜中Si以四面体碳化硅的形式随机分布于无定型DLC基体中,增强薄膜的韧性.同时,Si掺杂使DLC薄膜向金刚石结构发生转变并显著提高了薄膜的硬度.摩擦结果表明,当Si原子分数为15.38%时,Si-DLC薄膜在常温下的摩擦系数和磨损率最低,同时该薄膜在300℃下能维持在较低的摩擦系数(约0.1),主要是由于Si-DLC薄膜中的四面体碳化硅结构能够提升sp^(3)键的稳定性.此外,Si-DLC薄膜中的Si在高温摩擦时会在对偶球表面形成1层SiO_(2)保护层,减缓Si-DLC薄膜和过渡层的氧化,使得薄膜能够在高温下持续润滑.当Si含量进一步增加时,Si-DLC薄膜的力学性能显著提升,然而其摩擦学性能发生明显降低,主要是当DLC薄膜中的硅含量过高时,大气环境下的高温摩擦使得薄膜内的氧化加剧,过量氧化硅的生成破坏了薄膜结构从而导致摩擦性能下降.

关键词：高功率脉冲磁控溅射类金刚石薄膜元素掺杂高温摩擦磨损

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H_(2)对等离子喷涂–物理气相沉积射流及涂层结构性能影响研究进展

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表面技术 2022年第7期51卷 63-76页

作者：徐静毛杰梁兴华邓子谦邓春明邓畅光刘敏广西科技大学广西柳州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州510650

首先介绍了目前现有的等离子射流检测方法,着重综述了PS-PVD等离子射流非接触式检测手段—光谱诊断(OES)技术及其计算方法,以及通过此手段检测H_(2)对射流特性的影响。其次,从H_(2)对涂层物相、组织结构相和热导率的影响出发,介绍了现... 详细信息

首先介绍了目前现有的等离子射流检测方法,着重综述了PS-PVD等离子射流非接触式检测手段—光谱诊断(OES)技术及其计算方法,以及通过此手段检测H_(2)对射流特性的影响。其次,从H_(2)对涂层物相、组织结构相和热导率的影响出发,介绍了现阶段国内外H_(2)工艺参数对于涂层微观形貌结构影响的研究现状。基于此,通过涂层抗粒子冲蚀能力和抗钙镁铝硅酸盐(CMAS)腐蚀能力对涂层的力学性能和热防护性能差异进行了总结与评价。最后展望了今后PS-PVD制备热障涂层技术兼顾力学性能与热防护性能的发展可能性。

关键词：热障涂层 PS-PVD技术光谱诊断微观结构粒子冲蚀抗熔盐腐蚀

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激光选区熔化AZ91D镁合金的微观组织与力学性能

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中国有色金属学报 2023年第8期33卷 2483-2495页

作者：易林常成戴翌龙刘敏潘超闫星辰湘潭大学材料科学与工程学院湘潭411105 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 北京市春立正达医疗器械股份有限公司北京101112

采用激光选区熔化技术(Selective laser melting,SLM)制备了AZ91D镁合金试样,研究了成形过程中体能量密度对AZ91D试样的影响,采用光学显微镜(OM)、主要扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和力学性能测试等方法,对SLM AZ91D合金... 详细信息

采用激光选区熔化技术(Selective laser melting,SLM)制备了AZ91D镁合金试样,研究了成形过程中体能量密度对AZ91D试样的影响,采用光学显微镜(OM)、主要扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和力学性能测试等方法,对SLM AZ91D合金的微观组织、物相和力学性能进行分析。结果表明,在功率为130 W、扫描速度为300 mm/s、体能量密度为144.44 J/mm^(3)时,所得试样的致密度最佳。SLM AZ91D试样中存在α-Mg、β-Mg_(17)Al_(12)两相,并且熔池边缘由蜂窝状的等轴晶和柱状晶共同组成,与铸态AZ91D试样的微观组织和力学性能进行对比,SLM AZ91D试样的晶粒更细小(平均晶粒尺寸约为1.013μm),且显微硬度(97.10HV_(0.1))及抗拉强度(316 MPa)均高于铸造态AZ91D试样(76.61HV_(0.1);208 MPa)。

关键词： AZ91D镁合金激光选区熔化工艺参数微观组织力学性能

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固体氧化物燃料电池金属连接体防护涂层研究进展

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表面技术 2022年第4期51卷 14-23,103页

作者：江舟文魁刘太楷董勇邓畅光刘敏广东工业大学材料与能源学院广州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州510650 广东省现代表面工程技术重点实验室广州510650

铁素体不锈钢因具有良好的耐腐蚀性、高电导率、高热导率等诸多优异性能,是常用的中低温固体氧化物燃料电池(SOFC)用连接体材料,但是含Cr不锈钢在600~800℃的SOFC工作温度下存在高温氧化带来的界面电阻增大、Cr元素毒化阴极等问题。从... 详细信息

铁素体不锈钢因具有良好的耐腐蚀性、高电导率、高热导率等诸多优异性能,是常用的中低温固体氧化物燃料电池(SOFC)用连接体材料,但是含Cr不锈钢在600~800℃的SOFC工作温度下存在高温氧化带来的界面电阻增大、Cr元素毒化阴极等问题。从连接体材料、防护涂层种类及其制备方法出发,简述了金属连接体材料的选择和Cr毒化阴极机理,重点阐述了活性元素氧化物涂层、稀土钙钛矿涂层以及尖晶石涂层对连接体的保护作用和近些年新的研究进展,并归纳了SOFC金属连接体表面涂层常用的制备方法和特点。介绍了稀土元素氧化物涂层对合金氧化膜的影响机制和应用局限性。总结了La_(1–x)Sr_(x)CrO_(3)、La_(1–x)Sr_(x)CoO_(3)、La_(1–x)Sr_(x)MnO_(3)等常用钙钛矿涂层的优势和不足,并分析了掺杂对钙钛矿涂层性能的影响。重点综述了过渡金属元素掺杂、稀土元素掺杂对Mn-Co、Cu-Mn尖晶石涂层电导率、热膨胀系数匹配性、涂层结合情况等的影响,元素掺杂在一定程度上可以改善涂层的电导率和提高阻Cr效果,但是仍需要进一步研究掺杂量、长期稳定性等问题。最后,对金属连接体防护涂层存在的问题和今后研究工作的重点作出了展望。

关键词：铁素体不锈钢固体氧化物燃料电池涂层毒化阴极掺杂电导率

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热障/环境障涂层红外隐身结构设计及性能

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中国材料进展 2025年第3期44卷 226-234,225页

作者：孟子豪吴健张景钦包启富张小锋景德镇陶瓷大学材料科学与工程学院江西景德镇333000 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广州510650 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广东广州510650

任何大于绝对零度的物体都会向外辐射能量。在现代军事战争中,战斗机能否取得制空权是左右战争胜负的关键因素,其关键在于隐身技术是否可以有效避免战斗机被探测到。红外探测技术由于抗干扰能力强、检测精度高在战争中的应用日益增加,... 详细信息

任何大于绝对零度的物体都会向外辐射能量。在现代军事战争中,战斗机能否取得制空权是左右战争胜负的关键因素,其关键在于隐身技术是否可以有效避免战斗机被探测到。红外探测技术由于抗干扰能力强、检测精度高在战争中的应用日益增加,因此对战斗机红外隐身技术的研究日渐迫切。主要通过电弧离子镀技术在热障涂层(主要成分为氧化钇稳定氧化锆,YSZ)表面制备Ag/Pt金属层得到复合涂层YSZ-Ag/Pt,观察复合涂层的微观形貌,对比复合涂层热循环前后的结合强度。结果表明,YSZ-Ag/Pt复合涂层的红外发射率相较于热障涂层有明显的下降,随着温度升高复合涂层的红外发射率均略有上升,其中,YSZ-Ag复合涂层的红外发射率在各温度段表现较好,YSZ-Pt复合涂层的红外发射率上升幅度最小。与YSZ-Ag复合涂层相比,YSZ-Pt复合涂层经过热循环后的结合强度更好。在应用的基础上开展了对环境障涂层在红外隐身领域的部分探索。在Yb2Si2O7(YbDS)涂层基础上制备Ag金属层,YbDS-Ag复合涂层红外隐身能力显著提高,为后续环境障涂层在红外隐身领域的研究提供了参考。

关键词：热障涂层环境障涂层红外发射率 YSZ-Ag复合涂层 YSZ-Pt复合涂层 YbDS-Ag复合涂层

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