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粤港澳大湾区真空科技与宽禁带半导体应用高峰论坛暨2017年广东省真空学会学术年会

作者：杜伟代明江石倩林松盛侯惠君韦春贝李洪苏一凡郭朝乾昆明理工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

镍基高温合金DZ22B常用于航空发动机和燃气轮机的叶片材料,提高叶片的使用温度和寿命,则间接提高了发动机的工作效率。电弧离子镀技术由于具备沉积速率快、绕镀性能好、涂层与基体结合能力强等优势,已成为国内外研究人员关注的热点。本... 详细信息

镍基高温合金DZ22B常用于航空发动机和燃气轮机的叶片材料,提高叶片的使用温度和寿命,则间接提高了发动机的工作效率。电弧离子镀技术由于具备沉积速率快、绕镀性能好、涂层与基体结合能力强等优势,已成为国内外研究人员关注的热点。本研究运用电弧离子镀技术,在DZ2B合金表面包覆一层NiCrAlYSi抗高温防护涂层,研究了涂层在1100℃高温恒温氧化200h的氧化动力学规律和抗高温氧化性能,采用XRD分析了涂层热处理前后和氧化前后的物相组成,运用SEM/EDS观察涂层的表面、截面形貌特征和元素分布。研究结果表明:沉积态涂层表面均匀、致密,涂层和基体结合紧密,无孔洞等明显缺陷。热处理后,涂层组织得到改善,其物相为γ′NiAl/γ-Ni、β-NiAl和α-Cr相,热处理期间发生了β-NiAl向γ′-NiAl转化。1100℃恒温氧化初期,涂层表面迅速形成了一层均匀致密的α-AlO保护层,阻止了O的内渗。随氧化时间延长,Al被大量消耗,没有足量的Al元素形成致密的氧化物保护层,涂层内部开始被氧化。与未经NiCrAlYSi涂层防护的合金相比,氧化200h后,其氧化速率由0.3534g/m·h降到0.0305g/m·h,极大的增强了合金的抗高温氧化性能,大大延长了其使用寿命。

关键词：电弧离子镀 NiCrAlYSi涂层镍基高温合金抗高温氧化性能

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电弧离子镀MCrAIY高温防护涂层

电弧离子镀MCrAIY高温防护涂层

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粤港澳大湾区真空科技与宽禁带半导体应用高峰论坛暨2017年广东省真空学会学术年会

作者：代明江杜伟林松盛石倩侯惠君韦春贝李洪苏一凡郭朝乾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昆明理工大学材料科学与工程学院

航空发动机是航空飞行器的心脏,称为工业领域的桂冠,体现了一个国家的高端制造技术水平。我国从1956年起就开始了航空发动机的自主研发过程,并逐步实现了发动机国产化。为了全力推进高端发动机的发展,我国"十三五"期间启动&qu... 详细信息

航空发动机是航空飞行器的心脏,称为工业领域的桂冠,体现了一个国家的高端制造技术水平。我国从1956年起就开始了航空发动机的自主研发过程,并逐步实现了发动机国产化。为了全力推进高端发动机的发展,我国"十三五"期间启动"两机"重大专项。众所周知,航空发动机的进口温度越高,其工作效率越大,提供的动力越强劲。因此需要发动机叶片材料具有良好的高温力学性能、抗高温氧化和耐腐蚀性能。然而,叶片材料本身要做到既有好的高温强度,又具备优良的抗氧化、抗腐蚀性能十分困难,采用抗高温防护涂层是一种经济、有效的解决办法。高温防护涂层的发展历经渗铝涂层,改性的氧化铝涂层和MCrAlY/热障涂层三个典型的发展过程。MCrAlY涂层是现今国内外的研究热点,具备良好塑韧性、优异的抗高温氧化和耐高温腐蚀性能,适用于航空发动机叶片上,并已部分产业化。根据应用对象和使用环境的不同,常用的高温防护涂层制各技术有低压等离子喷涂(Low pressure plasma spraying,LPPS)、电子束物理气相沉积(Electron beam-physical vapordeposition,EB-PVD)、电弧离子镀(Arc ion plating,AIP)等。对于涂层的厚度均匀性、致密性和粗糙度要求较高的叶片而言,采用电弧离子镀技术是一个很好的选择,AIP具有绕镀性好,膜基结合强度高和沉积速率快等优点,在很多领域已得到广泛应用。本研究采用改良的电弧离子镀技术在航空发动机叶片镍基高温合金材料表面制各MCrAlY涂层,结果表明:1)通过电弧磁场的调整,解决了电弧离子镀MCrAlY导磁材料稳弧难及靶材利用率低的问题;2)通过对涂层成分的掺杂改性,开发出四种既具有优良抗高温氧化、又能有效耐燃气热腐蚀的MCrAlY防护涂层;3)基体材料经MCrAlY涂层防护后其抗高温氧化性能达到抗氧化级以上,抗燃气热腐蚀性能优于基体几十倍甚至几百倍。总之,本研究从制备技术、涂层成分与涂层结构、性能关系的角度阐述了本团队在MCrAlY涂层方面的研究进展,为航空发动机叶片高温防护涂层的选择和应用提供可靠依据。

关键词：航空发动机高温防护电弧离子镀 MCrAlY涂层掺杂改性

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双脉冲磁控溅射伏安特性对纯Ti薄膜结构及力学性能的影响

双脉冲磁控溅射伏安特性对纯Ti薄膜结构及力学性能的影响

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粤港澳大湾区真空科技与宽禁带半导体应用高峰论坛暨2017年广东省真空学会学术年会

作者：王迪蒋百灵杨超黄蓓周克崧西安理工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

针对磁控溅射离子镀沉积粒子离化率低和多弧离子镀存在大颗粒熔融液滴等技术缺憾,依据等离子体物理学中气体放电伏安特性曲线,在阴极靶材与阳极腔体间构建具有较大电流密度和较强电场强度的双脉冲电场将气体放电引入强辉弱弧区间,借助A... 详细信息

针对磁控溅射离子镀沉积粒子离化率低和多弧离子镀存在大颗粒熔融液滴等技术缺憾,依据等离子体物理学中气体放电伏安特性曲线,在阴极靶材与阳极腔体间构建具有较大电流密度和较强电场强度的双脉冲电场将气体放电引入强辉弱弧区间,借助Ar轰击靶材产生的能量累积和靶材内电子传输产生的焦耳热积累,使沉积粒子因靶面温度迅速上升而引起大量的热发射,即实现了沉积粒子以碰撞增强热发射方式脱靶,并以此改善沉积薄膜的微观结构及综合性能。本文采用多步骤且在一个脉冲周期内含有微脉冲的双脉冲电源输出模式,通过调控单个脉宽内脉冲开通断开时间以及靶电源平均功率,将峰值电流密度（0.27～1.35 A/cm）有效的引入强辉弱弧区内并制备五组纯Ti薄膜。采用XRD-7000S型X射线衍射仪对薄膜相结构进行分析;采用JSM-6700F型扫描电子显微镜观察薄膜的表面及截面形貌;采用纳米压痕仪测量薄膜的硬度及弹性模量;采用WS-2005涂层附着力自动划痕仪测试薄膜的临界载荷以表征薄膜的膜基结合强度,并用GX-71型倒置金相显微镜（OM）对划痕区域进行观察。结果表明:在双脉冲电场模式下通过缩短脉冲开通时间,不但峰值电流密度增加,而且单脉冲内有足够的停顿时间使高活性和扩散能的沉积粒子在基片表面沉积成膜,从而使薄膜具有较高的致密程度和低至20 nm左右的表面粗糙度。在较短的脉冲开通时间条件下,薄膜晶粒尺寸极细小约为15 nm左右,各项性能均良好。随着靶峰值电流密度的增加,薄膜微观形貌越来越平整致密,在峰值电流密度为1.35 A/cm时,划痕测试临界载荷最高达到13.7 N且划痕整体未出现断裂剥落现象,硬度及弹性模量最大分别为5.625 GPa和165.380 GPa。

关键词：磁控溅射离子镀热电子发射离化率双脉冲电场

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工艺参数对电弧离子镀TiCN薄膜力学性能的影响

工艺参数对电弧离子镀TiCN薄膜力学性能的影响

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粤港澳大湾区真空科技与宽禁带半导体应用高峰论坛暨2017年广东省真空学会学术年会

作者：刘恋代明江石倩林松盛侯惠君韦春贝李洪苏一凡郭朝乾华南理工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

汽车生产中90%以上的零部件是依靠模具形成,其中冲压模具约占80%以上,随着国内外日益激烈的汽车市场竞争,为满足汽车零部件高强度、高质量和大批量的生产趋势,目前对模具的整体相关质量要求不断提升,通过表面强化处理技术在模具表面镀... 详细信息

汽车生产中90%以上的零部件是依靠模具形成,其中冲压模具约占80%以上,随着国内外日益激烈的汽车市场竞争,为满足汽车零部件高强度、高质量和大批量的生产趋势,目前对模具的整体相关质量要求不断提升,通过表面强化处理技术在模具表面镀制硬质薄膜提高其硬度与耐磨性是一种经济有效的方法。为了改善汽车冲压模具的综合使用性能,本论文采用电弧离子镀在Cr12MoV基体上沉积TiCN薄膜,研究了脉冲偏压、气体总流量和CH与N流量比对薄膜硬度、厚度和结合力的影响,并用正交实验法分析其影响规律。结果表明:脉冲偏压对薄膜性能的影响最大,气体总流量次之,CH与N流量比的影响最小;薄膜厚度随脉冲偏压的增大而减小,结合力随脉冲偏压的增加先增大后减小,硬度受脉冲偏压与CH、N流量比的影响显著,其中TiCN薄膜最高硬度为3715HV0.025。

关键词：电弧离子镀 TiCN 工艺参数硬度

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离子镀硬质装饰膜的发展与现状

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电镀与涂饰 2016年第15期35卷 817-822页

作者：李福球林松盛林凯生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

回顾了离子镀膜技术在硬质装饰膜领域的发展历史,介绍了仿金色、金色、玫瑰色、黑色等各种颜色装饰性硬质膜的特点及其应用领域,分析了各种离子镀硬质装饰膜技术(如阴极电弧技术、磁控溅射、阳极层离子源技术等)的特点和进步。

关键词：离子镀硬质膜装饰颜色

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GCr15轴承钢表面渗铬层组织结构及摩擦磨损性能

GCr15轴承钢表面渗铬层组织结构及摩擦磨损性能

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粤港澳大湾区真空科技与宽禁带半导体应用高峰论坛暨2017年广东省真空学会学术年会

作者：唐相国代明江韦春贝林松盛侯惠君石倩李洪郭朝乾华南理工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

轴承作为轴承钢制造的主要机械零部件,在当代机械设备中有着重要的位置,是各类机械装备重要的基础零部件。轴承零部件的失效形式主要有摩擦磨损失效、疲劳失效、静强度失效等几种形式,因为轴承零部件的失效,常常会导致重大的安全事故和... 详细信息

轴承作为轴承钢制造的主要机械零部件,在当代机械设备中有着重要的位置,是各类机械装备重要的基础零部件。轴承零部件的失效形式主要有摩擦磨损失效、疲劳失效、静强度失效等几种形式,因为轴承零部件的失效,常常会导致重大的安全事故和经济损失。为了提高GCr15轴承钢的表面性能,以满足其在重载情况下服役的要求,提高其使用寿命,采用稀土掺杂固体粉末包埋法对GCr15钢进行渗铬处理。采用金相显微镜、X射线衍射仪和显微硬度计,对渗铬层的金相组织、相组成和显微硬度进行了分析和表征,并通过无润滑条件下的球-盘式摩擦磨损试验研究了渗铬处理对其摩擦磨损性能的影响。结果表明:渗铬层组织均匀、连续、致密,表现出明显的沉积+扩散的冶金结合;渗层主要由CrC、CrC、（Cr,Fe）C和α-（Cr,Fe）等相组成,渗层表面硬度值达到1650HV;相对于基体材料,渗铬试样的磨损量明显降低,耐磨性得到显著提高。

关键词： GCr15轴承钢渗铬组织结构摩擦磨损性能

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等离子喷涂制备ZrB_2-SiC涂层及其抗氧-丙烷焰流烧蚀性能

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中国表面工程 2016年第4期29卷 103-110页

作者：王佳文刘敏邓春明毛杰韩伟曾德长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州510650 广东省新材料研究所广东省现代材料表面工程重点实验室广州510650

为提高C/C复合材料的抗高温烧蚀性能,利用大气等离子喷涂技术在C/C复合材料表面制备ZrB_2-SiC复合涂层,并对其进行抗高温氧-丙烷焰流烧蚀试验。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱分析仪(EDS)对涂层的物相成分、微观形貌... 详细信息

为提高C/C复合材料的抗高温烧蚀性能,利用大气等离子喷涂技术在C/C复合材料表面制备ZrB_2-SiC复合涂层,并对其进行抗高温氧-丙烷焰流烧蚀试验。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱分析仪(EDS)对涂层的物相成分、微观形貌等进行检测分析。结果表明:大气等离子喷涂能在C/C复合材料表面制备出均匀致密的ZrB_2-SiC复合涂层,涂覆有ZrB_2-SiC涂层的C/C复合材料分别承受1 600、1 700和1 800℃的氧-丙烷焰流烧蚀300 s后依次增重0.63%、0.76%和0.71%,而烧蚀600s后试样质量烧蚀率分别为9.42×10^(-5)、2.04×10^(-4)和1.04×10^(-3)g/s。ZrB_2-SiC涂层显著提高了C/C复合材料的抗烧蚀性能,涂层氧化生成的玻璃态SiO_2能有效填充孔隙。直到SiO_2耗尽,涂层烧蚀后的孔洞成为环境中的氧进入基体的通道,导致基体烧蚀。

关键词： C/C复合材料 ZrB2-SiC复合涂层抗烧蚀等离子喷涂

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退火温度对W-DLC薄膜结构与摩擦学性能的影响

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真空科学与技术学报 2016年第10期36卷 1112-1118页

作者：代明江韦春贝周克崧朱敏林松盛侯惠君石倩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

采用矩形气体离子源复合磁控溅射技术制备W掺杂的类金刚石薄膜,研究了大气下室温到500℃对薄膜结构稳定性及摩擦学性能的影响。利用扫描电镜、X射线衍射仪、拉曼光谱仪、三维表面轮廓仪分析了薄膜的微观结构,采用摩擦磨损试验仪分析了... 详细信息

采用矩形气体离子源复合磁控溅射技术制备W掺杂的类金刚石薄膜,研究了大气下室温到500℃对薄膜结构稳定性及摩擦学性能的影响。利用扫描电镜、X射线衍射仪、拉曼光谱仪、三维表面轮廓仪分析了薄膜的微观结构,采用摩擦磨损试验仪分析了薄膜的摩擦学性能。结果表明,室温下薄膜结构致密,主要由非晶碳中弥散分布纳米晶WC1-x相组成,薄膜具有良好的耐磨性能。当退火温度达到300℃以上时薄膜发生了氧化,并发生石墨化转变,磨损率增加。随着退火温度进一步升高,薄膜氧化严重,摩擦系数升高,耐磨性能降低,500℃时薄膜已完全失效。

关键词： W掺杂的类金刚石薄膜退火温度氧化摩擦磨损

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超细粉末低温超音速火焰喷涂WC-10Co-4Cr涂层及其干摩擦磨损性能

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材料保护 2016年第9期49卷 15-18,6-7页

作者：李运初邓春明韩滔刘敏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 华南理工大学材料科学与工程学院广东广州510640

为了进一步提高超细粉末WC喷涂层的性能,以5~15μm的超细WC-10Co-4Cr粉末为材料,分别采用低温超音速火焰喷涂(LT-HVOF)和超音速火焰喷涂(HVOF)技术在316L不锈钢表面制备WC涂层。通过聚焦离子束(Focused ion beam,FIB)对WC-10Co-4Cr粒子... 详细信息

为了进一步提高超细粉末WC喷涂层的性能,以5~15μm的超细WC-10Co-4Cr粉末为材料,分别采用低温超音速火焰喷涂(LT-HVOF)和超音速火焰喷涂(HVOF)技术在316L不锈钢表面制备WC涂层。通过聚焦离子束(Focused ion beam,FIB)对WC-10Co-4Cr粒子剖面形貌进行了原位切割并分析,利用SEM形貌、EDS谱和摩擦磨损试验对涂层的显微结构和干摩擦磨损性能进行了表征。结果表明:HVOF的高焰流温度使超细WC-10Co-4Cr粉末的粘结相充分熔融,WC硬质相溶于粘结相或发生脱碳,形成Cox(WC)y脆性相和W2C相,另外因Cr较低的表面张力使涂层内界面存在富Cr带,而LT-HVOF涂层没有富Cr带;LT-HVOF涂层的摩擦系数和磨损率分别为0.632 2,1.560×10-5mm3/(N·m),均低于HVOF涂层;2种WC涂层的磨损形式均以磨粒磨损为主,HVOF涂层中的富Cr带在载荷作用下形成裂纹并易于沿其扩展,造成涂层较大块剥落,降低了WC涂层的耐磨性能。

关键词：超细WC-10Co-4Cr粉末 LT—HVOF HVOF 耐磨性能富Cr带 316L不锈钢

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等离子体喷涂中颗粒加热过程数值模拟

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表面技术 2016年第9期45卷 18-24页

作者：何翔刘敏文魁杨焜闫星辰王凯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

目的研究颗粒在等离子体喷涂中的加热过程及影响因素。方法使用Fluent软件对处于等离子射流中颗粒的加热过程与状态进行求解计算,根据计算结果分析了喷距、颗粒直径与颗粒材料对颗粒加热状况与内部温度梯度的影响。结果对于不同的喷距,... 详细信息

目的研究颗粒在等离子体喷涂中的加热过程及影响因素。方法使用Fluent软件对处于等离子射流中颗粒的加热过程与状态进行求解计算,根据计算结果分析了喷距、颗粒直径与颗粒材料对颗粒加热状况与内部温度梯度的影响。结果对于不同的喷距,在颗粒升温过程中,颗粒表面温度高于中心温度;在颗粒降温过程中,颗粒表面温度低于中心温度,并且降温过程中的表面-中心温差远小于升温过程中的表面-中心温差。在颗粒升温过程中,其内部存在不同的加热阶段。对于不同的直径,虽然大颗粒比小颗粒能进入射流中心更深的位置,但小颗粒的加热效果更好。表面-中心温差随着颗粒直径的增大而增大,三种不同直径的颗粒的表面-中心温差变化曲线都表现出相似的趋势。对于不同材料的颗粒,热导率越低的颗粒,其表面-中心温差越高,越难以完全熔化。结论喷距、颗粒直径与颗粒材料对颗粒加热状况和内部温度梯度有很大的影响,该模拟结果能为分析颗粒与等离子体之间的传热提供参考。

关键词：等离子喷涂颗粒加热过程交互作用表面-中心温差数值模拟 Fluent

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