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第八届粤港澳真空科技创新发展论坛暨2024年广东省真空学会学术年会

作者：林松盛石倩唐鹏周克崧苏一凡韦春贝张程代明江李小亚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

随着我国航空工业高速发展,新研制的重点型号对飞机先进性、可靠性和寿命提出了更高的要求,且服役条件更为恶劣和复杂,传统材料已难以满足多因素耦合的服役要求,这也是制约航空工业发展的主要瓶颈技术之一。而发展先进涂层技术是提升飞... 详细信息

随着我国航空工业高速发展,新研制的重点型号对飞机先进性、可靠性和寿命提出了更高的要求,且服役条件更为恶劣和复杂,传统材料已难以满足多因素耦合的服役要求,这也是制约航空工业发展的主要瓶颈技术之一。而发展先进涂层技术是提升飞机可靠性及满足未来在更为苛刻环境下服役要求的重要途径之一。本文主要面向航空部件进行强韧一体化金属/氮化物耐磨陶瓷涂层设计及制备关键技术研究。通过成分调制、多层融合梯度结构止裂、膜基界面梯度化的结合力增强及变形能力的有机协调设计,实现了涂层的硬度、韧性及耐磨损最佳匹配。涂层厚度220m可调,硬度约HV3000,结合力HF1级,磨损量较钛合金降低了1个数量级以上。所研制的软硬交替多元多层涂层可提升钛合金叶盘抗砂粒冲刷性能3倍以上,涂层叶盘实现了装机考核。并实现了一系列航空精密部件表面金属氮化物耐磨涂层工程化应用:①钛合金衬套/轴承座镀表面TiN基耐磨涂层,部件耐磨性提高1-2个数量级,在新研制的型号中已完全替代传统电镀Ni涂层。②航空作动器复杂形状零部件表面局部区域耐磨涂层,经涂层处理后部件耐磨性呈数量级提升,在新研制的型号中已普遍采用该涂层技术。③航空用钛合金芯轴表面耐磨涂层,解决了涂层脱落和易变形的问题,已进入工程化应用阶段。相关技术正在推广至航空关节轴承表面强化处理。

关键词：航空部件强韧一体化金属/氮化物耐磨涂层抗冲刷涂层

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温度对电弧离子镀CrN过程等离子体状态及涂层结构和力学性能的影响

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电镀与涂饰 2022年第13期41卷 934-941页

作者：曲帅杰郭朝乾杨昭代明江林松盛石倩苏一凡韦春贝唐鹏中南大学材料科学与工程学院湖南长沙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省现代表面工程技术重点实验室广东广州510651

先采用发射光谱法分析了在不同温度下电弧离子镀CrN涂层过程中的等离子体状态,并在假设局部热力学平衡的条件下计算了等离子体密度,用玻尔兹曼作图法计算了等离子体温度。根据Cr靶弧光放电特点选择镀膜工艺,在不同温度下制备了CrN涂层,... 详细信息

先采用发射光谱法分析了在不同温度下电弧离子镀CrN涂层过程中的等离子体状态,并在假设局部热力学平衡的条件下计算了等离子体密度,用玻尔兹曼作图法计算了等离子体温度。根据Cr靶弧光放电特点选择镀膜工艺,在不同温度下制备了CrN涂层,并研究了其微观结构和力学性能。结果表明:随着温度升高,光谱强度先升高后降低,在350℃下电弧离子镀时等离子体光谱强度、等离子体密度及等离子体温度均最高,所得CrN涂层最致密。450℃时所得CrN涂层的纳米硬度和弹性模量都最高,力学性能最优。

关键词：氮化铬电弧离子镀温度等离子体发射光谱

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Cr-CrN-Cr-CrAlN多层膜对TC4钛合金力学性能的影响

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材料保护 2024年第7期57卷 14-22页

作者：张东波林松盛蔡伟通苏一凡林凯生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

为了提高钛合金基体的表面抗冲蚀性能,并研究Cr基多层膜对钛合金基体的疲劳力学性能的影响,采用真空阴极电弧沉积技术在TC4钛合金表面沉积3.99,6.85,9.62μm 3种厚度的Cr-CrN-Cr-CrAlN多层膜。主要通过拉伸试验和轴向加载疲劳试验,研究... 详细信息

为了提高钛合金基体的表面抗冲蚀性能,并研究Cr基多层膜对钛合金基体的疲劳力学性能的影响,采用真空阴极电弧沉积技术在TC4钛合金表面沉积3.99,6.85,9.62μm 3种厚度的Cr-CrN-Cr-CrAlN多层膜。主要通过拉伸试验和轴向加载疲劳试验,研究对比了室温下TC4钛合金基体与膜层试样的轴向拉伸性能和轴向高低周疲劳性能。结果表明:在TC4钛合金表面所制备的3种Cr-CrN-Cr-CrAlN多层膜的厚度分别约为3.99、6.85和9.62μm,硬度分别为2455、3024和3578 HV,膜基结合力则分别为12.4、15.2和20.1 N。镀多层膜后提高了TC4钛合金的拉伸屈服强度、抗拉强度和弹性模量,而降低了断裂伸长率。经镀6.85μm的多层膜后,TC4钛合金的轴向高周疲劳极限下降了4.15%,镀膜对高周疲劳性能影响较小;而低周疲劳性能影响则较大,50000次寿命对应的疲劳强度降低了约21.04%。

关键词： Cr-CrN-Cr-CrAlN多层膜钛合金拉伸性能疲劳性能电弧离子镀

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异种金属电偶腐蚀防护方法研究进展

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材料研究与应用 2024年第1期18卷 95-105页

作者：张学敏林贤坤王旭东杨焜张小锋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510650

铝合金、钛合金等轻质合金材料广泛应用于飞机、舰船等高端装备的管路系统中,用来传送水、油/气等工质并连接各种机械设备。在应用过程中,异种金属在电解液中接触而引起电化学反应并发生明显的电偶腐蚀现象,直接影响设备的结构完整性和... 详细信息

铝合金、钛合金等轻质合金材料广泛应用于飞机、舰船等高端装备的管路系统中,用来传送水、油/气等工质并连接各种机械设备。在应用过程中,异种金属在电解液中接触而引起电化学反应并发生明显的电偶腐蚀现象,直接影响设备的结构完整性和服役安全性,必须采取措施预防此类电偶腐蚀的发生。介绍了电偶腐蚀发生的原理及影响因素,总结了近年来电偶腐蚀防护方法及绝缘防护涂层的研究现状,提出了电偶腐蚀防护值得关注的问题。

关键词：电偶腐蚀影响因素防护方法涂层防护异种金属电化学反应阴极保护阳极氧化

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Cu对SLM成形CoCrMoW合金的力学行为及抗菌性能的影响机制

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材料科学与工艺 2025年第2期33卷 43-50页

作者：张雯谢文强邵龙泉阿不都沙特·阿不都热西提刘环闫星辰陶宏伟常成田晶广东省第二中医院口腔科广州510095 南方医科大学口腔医院广州510280 喀什地区第一人民医院新疆喀什844000 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510650 中山大学孙逸仙纪念医院广州510120

为了解决义齿口腔开放环境、血管支架类假体植入后可能带来的术后感染和炎症,本文基于Cu元素作为一种良好的广谱抗菌剂,结合激光选区熔化技术(SLM)的高自由成形度,在CoCrMoW合金中选择添加了不同比例的Cu元素(2%、4%、6%,质量分数),开... 详细信息

为了解决义齿口腔开放环境、血管支架类假体植入后可能带来的术后感染和炎症,本文基于Cu元素作为一种良好的广谱抗菌剂,结合激光选区熔化技术(SLM)的高自由成形度,在CoCrMoW合金中选择添加了不同比例的Cu元素(2%、4%、6%,质量分数),开发出了力学性能优异且兼具抗菌性能的CoCrMoW-xCu合金。对比了CoCrMoW-xCu合金的显微组织、力学性能及抗菌行为,结果表明:Cu元素的引入对其物相种类影响不大,仍由高温γ-Co相和ε-Co相组成,Cu的引入抑制了高韧γ-Co向硬脆ε-Co相的马氏体转变,导致强硬度提升有限。通过CoCrMoW-xCu合金对金黄色葡萄球菌的抗菌测定,微小的α-Cu相有助于增强抗菌活性。优选综合性能良好的CoCrMoW-2Cu合金(抗拉强度为(1100±21.5)MPa,断后伸长率为9.5%±0.84%,抗菌率为34.75%)成分进行了SLM抗菌牙冠的仿形制造,为临床用SLM成形的抗菌植入体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 CoCrMoW-xCu合金力学行为抗菌性能生物医用

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基体温度对悬浮液等离子喷涂TiO_(2)涂层性能的影响

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材料研究与应用 2024年第1期18卷 140-149页

作者：崔赛楠尹辉俊范秀娟文魁张小锋梁兴华邓畅光广西科技大学机械与汽车工程学院广西柳州200240 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

采用悬浮液等离子喷涂技术(SPS),在不同基体温度下成功地制备了TiO_(2)涂层。通过研究基体温度对TiO_(2)涂层光催化性能及机械性能的影响,探究适合TiO_(2)光催化涂层的最佳基体温度。通过场发射扫描电子显微镜、X射线衍射仪、同步热分... 详细信息

采用悬浮液等离子喷涂技术(SPS),在不同基体温度下成功地制备了TiO_(2)涂层。通过研究基体温度对TiO_(2)涂层光催化性能及机械性能的影响,探究适合TiO_(2)光催化涂层的最佳基体温度。通过场发射扫描电子显微镜、X射线衍射仪、同步热分析仪、紫外-可见光谱仪等,对TiO_(2)涂层微观形貌、物相组成、光吸收性能进行了详细分析;通过光催化测试、结合强度测试和划痕测试,深入研究了基体温度对涂层光催化性能及机械性能的影响。研究结果表明:随着基体温度由250℃降到110℃,涂层的锐钛矿含量逐渐增加了15%,间接带间隙减小了0.5 eV,同时可见光吸收强度显著提高;在可见光照射下,亚甲基蓝去除率增加了11%;随着基体温度的降低,涂层的机械性能有所减弱,结合强度降低了12.28 MPa,划痕试验的正常临界载荷减小1.77 N。该研究为选择TiO_(2)光催化涂层最佳基体温度提供了重要依据。

关键词： SPS 基体温度光催化性能机械性能带间隙 TiO_(2)光催化涂层光吸收性能微观结构

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Al2O3改性PS-PVD热障涂层的异物损伤行为及失效机理（英文）

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2023年

作者：王梓帆范佳峰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

由外来异物损伤引起的颗粒冲蚀是制约热障涂层使用的重要因素。为了提高PS-PVD热障涂层的耐冲蚀性能，采用磁控溅射和真空热处理的方法在PS-PVD喷涂的7YSZ热障涂层表面制备了一层致密的α-Al2O3。系统研究了热障涂层的异物损伤行为，并... 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的重要因素。为了提高PS-PVD热障涂层的耐冲蚀性能，采用磁控溅射和真空热处理的方法在PS-PVD喷涂的7YSZ热障涂层表面制备了一层致密的α-Al2O3。系统研究了热障涂层的异物损伤行为，并采用第一性原理计算对α-Al2O3/c-ZrO2界面进行了研究。实验结果表明，PS-PVD、APS和EB-PVD热障涂层的冲蚀失重率分别为324、248和139 μg/g，而Al2O3改性的PS-PVD热障涂层的冲蚀失重率降至199 μg/g。此外，在Al2O3/ZrO2-O的顶部构型模型中观察到的界面结合能最高(3.88 J/m2)，远高于ZrO2/Ni(2.011 J/m2)。

关键词：热障涂层等离子喷涂-物理气相沉积 Al O 改性外来异物损伤第一性原理

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铁基非晶合金增强碳化钨基涂层的结构和性能

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稀有金属材料与工程 2020年第5期49卷 1546-1552页

作者：徐丽萍宋进兵邓畅光刘敏周克崧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省新材料研究所广东广州510651

采用超音速火焰喷涂(HVDF)技术制备了WC-CoCr/铁基非晶复合涂层。比较研究了复合涂层和WC-CoCr的微观形貌、硬度、耐磨性能、高温氧化性能和腐蚀性能。XRD分析和SEM观察表明,复合涂层主要由WC相、W2C相和铁基非晶相组成。与WC-CoCr涂层... 详细信息

采用超音速火焰喷涂(HVDF)技术制备了WC-CoCr/铁基非晶复合涂层。比较研究了复合涂层和WC-CoCr的微观形貌、硬度、耐磨性能、高温氧化性能和腐蚀性能。XRD分析和SEM观察表明,复合涂层主要由WC相、W2C相和铁基非晶相组成。与WC-CoCr涂层相比,复合涂层的硬度有所降低,但是两者没有显著性差异。由于硬度下降,导致复合涂层的耐磨性能略低于WCCoCr涂层。800℃高温氧化测试表明,复合涂层在800℃具有良好的热稳定性,这归因于氧化过程中生成了一层致密的氧化膜。此外,复合涂层在3.5%氯化钠溶液中的耐腐蚀性能也优于WC-CoCr涂层。

关键词：碳化钨基涂层非晶超音速火焰喷涂耐磨性能耐腐蚀性能

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激光选区熔化甲烷水蒸气催化重整器的结构与催化效率研究

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材料导报 2022年第S01期36卷 43-48页

作者：王文旋刘敏邱克强董东东刘太楷李艳辉闫星辰沈阳工业大学材料科学与工程学院沈阳110000 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510630

氢气是新一代清洁能源的代表,甲烷重整制氢是获得氢气的重要技术。激光选区熔化技术可实现重整器的结构功能一体化,简化制备流程,因此本工作通过计算机辅助软件进行设计并建模得到具有极小曲面结构的蜂窝式催化重整器模型,采用激光选区... 详细信息

氢气是新一代清洁能源的代表,甲烷重整制氢是获得氢气的重要技术。激光选区熔化技术可实现重整器的结构功能一体化,简化制备流程,因此本工作通过计算机辅助软件进行设计并建模得到具有极小曲面结构的蜂窝式催化重整器模型,采用激光选区熔化技术制备了具有不同壁厚及不同孔径的催化重整器,研究了负载催化剂前后重整器表面宏观、微观形貌及物相组成的变化,并结合甲烷水蒸气催化重整机理研究分析得出重整器壁厚、孔径、比表面积及催化温度对氢气转化率的影响规律及机理。结果表明:重整器壁厚对氢气转化效率的影响并不显著;反应温度的升高可提高氢气转化率,当温度为900℃时,氢气转化率最高;同时,当孔径过小时,由于反应过程中产生积碳、流速过快导致氢气转化率降低,适当地增大孔径可使转化率提升,在此适当的孔径前提下,氢气的转化率随着重整器的比表面积增大而提高。

关键词：甲烷水蒸气催化重整器催化剂氢气浓度

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Cu对SLM成形CoCrMoW合金的力学行为及抗菌性能的影响机制

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材料科学与工艺 2023年

作者：张雯谢文强邵龙泉阿不都沙特·阿不都热西提刘环闫星辰陶宏伟常成田晶广东省第二中医院口腔科南方医科大学口腔医院喀什地区第一人民医院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中山大学孙逸仙纪念医院

为了解决义齿口腔开放环境、血管支架类假体植入后可能带来的术后感染和炎症，本文基于Cu元素作为一种良好的广谱抗菌剂，结合激光选区熔化技术(SLM)的高自由成形度，在CoCrMoW合金中选择添加了不同比例的Cu元素(2%、4%、6%，质量分数)... 详细信息

为了解决义齿口腔开放环境、血管支架类假体植入后可能带来的术后感染和炎症，本文基于Cu元素作为一种良好的广谱抗菌剂，结合激光选区熔化技术(SLM)的高自由成形度，在CoCrMoW合金中选择添加了不同比例的Cu元素(2%、4%、6%，质量分数)，开发出了力学性能优异且兼具抗菌性能的CoCrMoW-xCu合金。对比了CoCrMoW-xCu合金的显微组织、力学性能及抗菌行为，结果表明：Cu元素的引入对其物相种类影响不大，仍由高温γ-Co相和ε-Co相组成，Cu的引入抑制了高韧γ-Co向硬脆ε-Co相的马氏体转变，导致强硬度提升有限。通过CoCrMoW-xCu合金对金黄色葡萄球菌的抗菌测定，微小的α-Cu相有助于增强抗菌活性。优选综合性能良好的CoCrMoW-2Cu合金(抗拉强度为(1100±21.5) MPa，断后伸长率为9.5%±0.84%，抗菌率为34.75%)成分进行了SLM抗菌牙冠的仿形制造，为临床用SLM成形的抗菌植入体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 CoCrMoW-xCu合金力学行为抗菌性能生物医用

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