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第五届粤港澳真空科技创新发展论坛暨广东省真空学会2021年学术年会

作者：代明江林松盛石倩韦春贝郭朝乾唐鹏苏一凡王红莉周克崧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

随着我国航空工业的快速发展,近年来启动了一批先进新型号飞机的研制任务,且对这些重点型号飞机的先进性、高可靠性和长寿命提出了更高的要求。特别是航空器飞行条件极端且复杂,要满足多因素耦合（氧化、磨损、冲刷、腐蚀等）的服役环... 详细信息

随着我国航空工业的快速发展,近年来启动了一批先进新型号飞机的研制任务,且对这些重点型号飞机的先进性、高可靠性和长寿命提出了更高的要求。特别是航空器飞行条件极端且复杂,要满足多因素耦合（氧化、磨损、冲刷、腐蚀等）的服役环境。传统材料已难以满足这些要求,因此,这些问题逐渐成为制约航空工业发展的瓶颈。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,涂层在现代飞机性能提升中起着重要作用。本文主要介绍利用物理气相沉积（PVD）技术面向航空部件抗冲蚀多元多层硬质涂层、抗高温氧化腐蚀多元合金涂层、替代电镀层的真空镀铝防腐涂层和耐磨减摩涂层等进行研究开发。结果表明:电弧离子镀制备的Ti-TiN-Zr-ZrN多元多层抗冲刷耐腐蚀涂层,通过多层界面和软硬交替,可显著地提高马氏体不锈钢和钛合金基材的抗砂粒冲刷能力和耐腐蚀性能,相关涂层部件已通过了地面考核。在传统电弧离子镀技术上通过加强永磁场和引入脉冲电磁技术,利用复合磁场调控,解决了导磁昂贵靶材利用率低的技术瓶颈,制备出一系列对提升Ni基高温合金抗高温氧化和燃气热腐蚀的防护涂层,最高可在1200℃环境下为基材提供抗氧化防护,部分MCrAlY涂层在航空发动机叶片上通过考核,实现了工程化应用。开发的离子辅助真空蒸发滚镀技术可实现小尺寸工件表面的100%全涂覆,在高强钢表面进行真空镀铝涂层后耐中性盐雾腐蚀超过1000小时且对基材疲劳性能无负作用,在马氏体不锈钢上镀铝涂层后耐酸性盐雾腐蚀>240小时,该涂层也可用于钛基紧固件上实现防电偶腐蚀,是一种可替代高污染电镀层的环保型涂层。针对航空精密部件耐磨性能差的问题,研发了金属氮化物（MeN）基、碳基和金属硫化物（MeS）等一系列耐磨减摩薄膜,实现的轴承套、减速器、关节轴承和花键等关键部件的工程化应用。所谓一代材料,一代飞机,涂层就是材料的重要组成部分,涂层在现代飞机性能提升中起着重要作用,我国涂层技术在进步,在航空上的应用已越来越多。

关键词：航空部件物理气相沉积抗冲蚀涂层抗高温氧化腐蚀涂层耐磨减摩涂层

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铝合金机匣抗微动磨损涂层材料及其制备工艺研究进展

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材料研究与应用 2021年第1期15卷 60-70页

作者：史周琨徐丽萍张吉阜胡永俊邓春明宋进兵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

微动磨损在航天航空领域的关键零部件中普遍存在,铝合金机匣作为航空发动机重要组成零件,因工作环境恶劣,易引起微动磨损,影响发动机正常工作,所以提高其抗微动磨损性能成为研究的重点.抗微动磨损材料主要分为软质材料和硬质材料,根据... 详细信息

微动磨损在航天航空领域的关键零部件中普遍存在,铝合金机匣作为航空发动机重要组成零件,因工作环境恶劣,易引起微动磨损,影响发动机正常工作,所以提高其抗微动磨损性能成为研究的重点.抗微动磨损材料主要分为软质材料和硬质材料,根据不同的工况条件选用合适的材料对防护微动磨损极为重要.表面涂覆技术是抗微动磨损的主要防护措施之一,常采用热喷涂、气相沉积和电镀等制备工艺在基体表面制备防护涂层,其制备效率高、涂覆层致密性高、与基体结合力强,在工程领域得到广泛的应用.全文针对抗微动磨损涂层材料及表面涂敷技术进行了阐述,并对抗微动磨损涂层的研究进行了展望.

关键词：铝合金机匣抗微动磨损涂层铝青铜 CuNiIn 热喷涂

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镀铝改性对PS-PVD 7YSZ热障涂层抗CMAS腐蚀影响机制

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无机材料学报 2019年第9期34卷 938-946页

作者：范佳锋张小锋周克崧刘敏邓畅光邓春明牛少鹏邓子谦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510650

采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)方法制备了羽毛柱状结构7YSZ(氧化钇稳定氧化锆,简称YSZ)热障涂层,并对涂层进行了表面镀铝改性研究。在1050℃保温5 min、空冷5 min为一个热循环的条件下,测试了改性前后热障涂层的热循环性能。此外... 详细信息

采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)方法制备了羽毛柱状结构7YSZ(氧化钇稳定氧化锆,简称YSZ)热障涂层,并对涂层进行了表面镀铝改性研究。在1050℃保温5 min、空冷5 min为一个热循环的条件下,测试了改性前后热障涂层的热循环性能。此外,在1200℃高温下对涂层进行了CMAS (CaO、MgO、Al2O3、SiO2等硅酸铝盐物质的简称)腐蚀实验。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对涂层显微组织、元素分布及物相组成进行了表征。通过研究喷涂态涂层与镀铝改性涂层的CMAS腐蚀行为,分析了涂层腐蚀机制,并阐述了镀铝改性对涂层耐腐蚀的作用机理。结果表明:镀铝改性后的涂层保持较好的热稳定性,经过5200次热循环后未见涂层剥落。喷涂态涂层受CMAS腐蚀后,产生了"波浪"状形变, CMAS完全渗透了7YSZ涂层;而镀铝改性涂层,由于通过Al与ZrO2原位反应,在涂层表面形成有耐腐蚀的α-Al2O3致密层,涂层腐蚀情况得到了显著改善。研究发现,α-Al2O3致密层不仅对涂层形成机械保护,还影响CMAS在涂层上的热化学反应,使得CaO、Al2O3、SiO2三种氧化物在涂层上的渗入受到抑制,但MgO在涂层中的渗透未受到明显影响。此外,本文还建立了以菲克第二定律为核心的数学模型,以评估镀铝改性技术对涂层耐CMAS腐蚀能力的影响。

关键词：等离子喷涂-物理气相沉积 7YSZ 镀铝改性 CMAS腐蚀

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尖端结构对PS-PVD YSZ涂层沉积的影响

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材料研究与应用 2021年第1期15卷 1-8页

作者：李荣久邓畅光胡永俊毛杰邓子谦邵祉谏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

采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)技术在设计的尖端结构试样表面制备了YSZ涂层,研究了YSZ涂层在尖端不同区域的形貌、厚度、孔隙率和微区力学性能的差异.结果表明:尖端部位各区域涂层呈现羽柱状结构,在涂层生长过程中柱状晶之间会... 详细信息

采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)技术在设计的尖端结构试样表面制备了YSZ涂层,研究了YSZ涂层在尖端不同区域的形貌、厚度、孔隙率和微区力学性能的差异.结果表明:尖端部位各区域涂层呈现羽柱状结构,在涂层生长过程中柱状晶之间会因生长的空间受限而存在“挤压”竞争效应,尖端边角的几何特性会削弱“挤压”竞争效应,因此其涂层厚度远高于尖端其他区域;此外,尖端尖角附近的涂层羽柱状结构呈放射状,并沿基体表面法线方向向上生长;纳米压痕表明涂层硬度由顶部至底部呈现逐渐下降趋势,这与涂层结构和残余应力相关;尖端结构的尖角区域涂层微区硬度,显著高于尖端两侧区域;结合数值模拟分析结果发现,半封闭型面会导致等离子射流紊乱度上升,由于不同方向等离子体存在“卷流”和“冲击”现象,其对应沉积的涂层厚度下降,孔隙率上升.

关键词： PS-PVD 尖端结构羽柱状结构等离子射流纳米压痕

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激光选区熔化成形YSZ/7075铝合金的显微组织与力学性能

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材料研究与应用 2021年第5期15卷 510-519页

作者：刘新亮胡永俊李艳辉张欣悦王岳亮卢冰文董东东马文有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510651

以7075铝合金粉末为原料,采用SLM技术制备了7075铝合金和YSZ/7075复合材料试样,并研究了SLM工艺参数及钇稳定氧化锆(YSZ)添加含量对7075铝合金试样微观组织结构和力学性能的影响.试验结果表明:SLM成形7075铝合金试样的相对密度,随着激... 详细信息

以7075铝合金粉末为原料,采用SLM技术制备了7075铝合金和YSZ/7075复合材料试样,并研究了SLM工艺参数及钇稳定氧化锆(YSZ)添加含量对7075铝合金试样微观组织结构和力学性能的影响.试验结果表明:SLM成形7075铝合金试样的相对密度,随着激光能量密度的增加呈先增大后减小的趋势;SLM成形试样沿晶界分布着网状裂纹,添加钇稳定氧化锆(YSZ)纳米粉体能明显抑制SLM成形7075铝合金的裂纹;当YSZ添加量为2%、激光功率为270 W、扫描速度为800 mm/s时,试样相对密度为96.62%,平均晶粒尺寸由20.4μm细化至4.26μm,显微硬度为120 HV,试样的抗拉强度及屈服强度分别为209MPa和196 MPa,是未添加YSZ试样的5.5倍和2倍,延伸率为4%.

关键词：选区激光熔化 7075铝合金钇稳定的氧化锆(YSZ) 显微组织力学性能

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玻璃纤维表面涂层研究进展

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玻璃纤维 2022年第1期 34-44页

作者：王梓帆张乾陈照峰郑兴张小锋西安理工大学应用化学系西安710048 西安理工大学西北旱区生态水利国家重点实验室西安710048 南京航空航天大学南京211106 广东省科学院新材料研究所广州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

综述了近年来聚合物涂层、有机硅涂层、金属及合金涂层、碳涂层、陶瓷涂层等玻璃纤维及其织物的表面涂层材料的研究进展,重点介绍了各种涂层的制备方式及其特性,对各种涂层材料的特点和应用领域进行了较为详细的比较,最后对玻璃纤维及... 详细信息

综述了近年来聚合物涂层、有机硅涂层、金属及合金涂层、碳涂层、陶瓷涂层等玻璃纤维及其织物的表面涂层材料的研究进展,重点介绍了各种涂层的制备方式及其特性,对各种涂层材料的特点和应用领域进行了较为详细的比较,最后对玻璃纤维及其织物涂层研究的未来发展方向进行了展望。

关键词：玻璃纤维表面涂层涂覆技术

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TiB_2-SiC粉末喷雾造粒及其等离子喷涂沉积机理研究

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稀有金属材料与工程 2019年第1期48卷 213-220页

作者：邹柯邓春明刘敏邹俭鹏朱仁波高迪中南大学粉末冶金国家重点实验室湖南长沙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

利用喷雾干燥对TiB_2-SiC复合粉末进行造粒,研究了浆料固含量、粘结剂含量及SiC含量对喷雾干燥粉体颗粒形貌等的影响。采用大气等离子喷涂技术,以抛光的石墨为基体,在不同预热温度和不同喷距下对TiB_2-SiC粉末进行粒子收集,研究不同工... 详细信息

利用喷雾干燥对TiB_2-SiC复合粉末进行造粒,研究了浆料固含量、粘结剂含量及SiC含量对喷雾干燥粉体颗粒形貌等的影响。采用大气等离子喷涂技术,以抛光的石墨为基体,在不同预热温度和不同喷距下对TiB_2-SiC粉末进行粒子收集,研究不同工艺参数对TiB_2-SiC粒子铺展形貌的影响,并制备了TiB_2-SiC涂层。结果表明:当浆料固含量为50%,粘结剂含量为5%,SiC含量为10%时,喷雾造粒获得球形度高、流动性好的TiB_2-SiC粉末;随着基体预热温度的升高,喷距的增大,扁平粒子的溅射逐渐减弱,形成规则的圆盘状粒子;在等离子焰流作用下,TiB_2-SiC粒子熔化加速并与基体发生碰撞,熔融粒子扁平化,急速冷却凝固,不断堆叠、搭接为宏观涂层。

关键词：喷雾干燥 TiB2-SiC 大气等离子喷涂粒子收集沉积机理

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基体厚度对PtAl涂层与镍基单晶高温合金互扩散行为的影响

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材料研究与应用 2021年第1期15卷 9-15页

作者：邓鹏倪建洋邓春明尹斌李风姜沃蒋延庆广东工业大学材料与能源学院广东广州510006 现代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新材料研究所广东广州510651 普莱克斯表面技术江苏常州213164

采用电镀Pt气相渗铝的方法,在不同厚度(0.8,1.0和1.3 mm)的镍基单晶高温合金基体表面制备了单相的β-(Ni,Pt)Al涂层.利用SEM/EDS及EPMA等表征方法,研究试样在1100℃热暴露200 h过程中涂层/基体界面的微观结构演变和各组元的元素分布.结... 详细信息

采用电镀Pt气相渗铝的方法,在不同厚度(0.8,1.0和1.3 mm)的镍基单晶高温合金基体表面制备了单相的β-(Ni,Pt)Al涂层.利用SEM/EDS及EPMA等表征方法,研究试样在1100℃热暴露200 h过程中涂层/基体界面的微观结构演变和各组元的元素分布.结果表明:不同基体厚度的PtAl涂层/镍基单晶高温合金试样在1100℃热暴露200 h后截面微观形貌无明显差异,热暴露36 h后在互扩散区下方均形成了分布有TCP相的二次反应区,热暴露200 h后基体厚度为0.8,1.0和1.3 mm的试样中SRZ厚度分别为37,35和34μm;不同基体厚度的PtAl涂层/镍基单晶高温合金试样,在1100℃热暴露200 h后成分分布无明显差异,涂层与基体间主要发生Ni,Co,Cr和Ru的外扩散及Pt和Al的内扩散.

关键词： PtAl涂层镍基单晶高温合金互扩散基体厚度

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等离子喷涂-物理气相沉积制备纳米复合结构环境障涂层及其热循环性能（英文）

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稀有金属材料与工程 2019年第11期48卷 3455-3462页

作者：王超张小锋周克崧刘敏邓畅光邓春明牛少鹏许世鸣陈志坤曾威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 华南理工大学广东广州510640

在SiC/SiC陶瓷基复合材料(CMC)上制备了具有3层结构(Si/Mullite/Yb2SiO5)的环境障涂层(EBCs)。提出了一种新的等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)方法制备EBCs以减少SiC/SiC CMC在水氧腐蚀下的降解。在制备EBCs之前,用喷雾干燥塔制备了团... 详细信息

在SiC/SiC陶瓷基复合材料(CMC)上制备了具有3层结构(Si/Mullite/Yb2SiO5)的环境障涂层(EBCs)。提出了一种新的等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)方法制备EBCs以减少SiC/SiC CMC在水氧腐蚀下的降解。在制备EBCs之前,用喷雾干燥塔制备了团聚的Yb2SiO5粉末。然后通过PS-PVD技术制备了致密的EBCs,得到了具有层状和柱状复合结构的Yb2SiO5涂层,并给出了这种特殊结构的沉积示意图。此外,测试了PS-PVD制备的EBCs在1300℃到室温水中的热循环性能。在30次热循环实验后未出现明显的散裂现象,表明EBCs具有良好的抗热震性能。

关键词：环境障涂层等离子喷涂-物理气相沉积热循环 Yb2SiO5

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喷枪阳极结构对等离子射流及粒子行为的影响

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材料研究与应用 2022年第1期16卷 29-39页

作者：文魁刘学璋邵祉谏刘太楷宋琛毛杰范秀娟王先彬邓春明郭伟科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510651 江西科技师范大学材料与机电学院江西南昌330013 沈阳工业大学材料科学与工程学院辽宁沈阳110027 广东省科学院智能制造研究所广东广州510070

喷枪阳极是等离子喷涂系统中的关键部件之一,其通过电弧的运动行为直接影响等离子射流流动及粒子的加热加速历程,最终决定了涂层的综合性能.为了深入理解大气条件下锥形Laval和标准圆柱形阳极喷嘴制备涂层性能之间存在较大差异的原因,... 详细信息

喷枪阳极是等离子喷涂系统中的关键部件之一,其通过电弧的运动行为直接影响等离子射流流动及粒子的加热加速历程,最终决定了涂层的综合性能.为了深入理解大气条件下锥形Laval和标准圆柱形阳极喷嘴制备涂层性能之间存在较大差异的原因,在前期制备涂层工作的基础上继续开展相关的数值模拟工作.基于计算流体动力学理论针对等离子喷涂过程建立包括喷枪内外区域的数学物理模型,系统探究两种阳极产生等离子电弧、射流特征及喷涂粒子的飞行行为.结果表明:在相同的喷涂条件下,锥形Laval阳极内产生的等离子电弧电压低、消耗电功率小,大电流密度区和等离子速度明显较标准圆柱形阳极的小;在喷嘴出口处,标准圆柱形阳极具有更高的等离子射流温度和速度,但锥形Laval阳极的等离子射流在喷枪外具有较小的衰减速率和较大的空间尺寸;在相同喷距位置,锥形Laval阳极的喷涂粒子速度要比标准圆柱形的小得多,但相应的升温和降温速率却更大,熔化也更充分.因此,标准圆柱形阳极适合制备致密且结合强度高的涂层,而锥形Laval阳极则更适合用于制备高沉积效率的多孔涂层.

关键词：数值模拟等离子喷涂阳极结构等离子射流喷涂粒子行为

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