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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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基于不锈钢双极板用导电耐蚀碳基薄膜的研究

基于不锈钢双极板用导电耐蚀碳基薄膜的研究

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第七届粤港澳真空科技创新发展论坛暨2023年广东省真空学会学术年会

作者：张程林松盛石倩苏一凡代明江李剑微张飞宇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

质子交换膜燃料电池（PEMFC）具有无污染、转化效率高、快速启动以及低温运行等特点,可广泛应用于交通运输、备用电源以及空间设备等诸多领域。双极板是质子交换膜燃料电池的重要组成部分,在电堆中起到收集和传导电流、支撑电池、分配... 详细信息

质子交换膜燃料电池（PEMFC）具有无污染、转化效率高、快速启动以及低温运行等特点,可广泛应用于交通运输、备用电源以及空间设备等诸多领域。双极板是质子交换膜燃料电池的重要组成部分,在电堆中起到收集和传导电流、支撑电池、分配反应气体以及排除生成水等作用。不锈钢材料具有优越的成形性能、较高的机械强度、良好的抗振动性能以及抗气体渗透性能,是金属双极板的理想材料,有望取代传统的石墨双极板。然而不锈钢双极板在PEMFC内部环境中存在着接触电阻过大和耐腐蚀性能差等问题,制约了其在PEMFC中的应用。金属表面改性是降低接触电阻和提高耐腐蚀性的有效方法之一。本研究利用物理气相沉积技术在316L不锈钢试样表面制备了碳基薄膜,采用扫描电镜（SEM）、Raman光谱和X射线光电子能谱（XPS）分析薄膜的表面、截面形貌以及薄膜的结构,采用电化学阻抗（EIS）、动电位极化和恒电位极化评估薄膜的耐腐蚀性能,分析薄膜腐蚀机理,采用接触角测量仪对薄膜的疏水性进行表征。通过工艺参数和薄膜结构优化,在316L不锈钢试样表面制备了接触电阻为2.15-4.32mΩ·cm,腐蚀电流密度为0.118-0.156μA/cm,接触角>90°的碳基薄膜;在模拟PEMFC阴极环境中进行了0.6V （***）恒电位下耐久性测试,腐蚀电流密度小于1μA/cm,腐蚀后薄膜接触电阻为6.1-8.1mΩ·cm,仍然满足DOE接触电阻标准。将带有碳基薄膜的316L不锈钢双极板进行装堆测试,其电堆输出性能满足应用标准。

关键词：质子交换膜燃料电池不锈钢双极板表面改性接触电阻耐腐蚀性

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PS-PVD热障涂层显微结构对耐侵蚀性能的影响研究

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热喷涂技术 2023年第4期15卷 93-100页

作者：谢诗骏曾卓见刘敏邓子谦胡永俊赵泓旭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)技术开展了热障涂层梯度结构调控研究,通过调整喷涂送粉速率,在底部、中间和顶部沉积阶段制备了五种不同的热障涂层,对热障涂层的显微组织、粗糙度、孔隙率、耐熔盐腐蚀和耐粒子冲蚀性能进行表征,阐... 详细信息

采用等离子喷涂物理气相沉积(PS-PVD)技术开展了热障涂层梯度结构调控研究,通过调整喷涂送粉速率,在底部、中间和顶部沉积阶段制备了五种不同的热障涂层,对热障涂层的显微组织、粗糙度、孔隙率、耐熔盐腐蚀和耐粒子冲蚀性能进行表征,阐明了显微结构变化对热障涂层耐侵蚀性能的影响。研究表明:送粉速率的变化对PS-PVD热障涂层羽柱状结构的沉积有显著的影响,低送粉速率下,涂层底部结构比较致密,当送粉速率增大时,由于粉末颗粒在喷涂过程气化不充分,未熔粒子增加,羽柱状顶部结构趋向致密结构转变,涂层顶部孔隙率下降,表面粗糙度降低。送粉速率由底至顶梯度递增制备的涂层表现出较高的耐熔盐腐蚀性能和耐粒子冲蚀性能。

关键词：热障涂层等离子喷涂-物理气相沉积羽柱状结构耐熔盐侵蚀耐粒子冲蚀性能

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冷喷涂CoNiCrAlY涂层制备工艺及组织性能研究

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材料研究与应用 2024年第4期18卷 643-648页

作者：邹旸王高民张志远邓春明褚欣谢迎春中国航发南方工业有限公司湖南株洲412002 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/粤港现代表面工程技术联合实验室广东广州510650

CoNiCrAlY合金可用于航空发动机热端部件的高温涂层,其使用性能因制备工艺的不同而呈现出差异。传统热喷涂技术在制备涂层过程中会引入高温热源,可导致材料发生相变,且产生一定的热应力。为消除热应力,需在喷涂至一定厚度后对涂层进行... 详细信息

CoNiCrAlY合金可用于航空发动机热端部件的高温涂层,其使用性能因制备工艺的不同而呈现出差异。传统热喷涂技术在制备涂层过程中会引入高温热源,可导致材料发生相变,且产生一定的热应力。为消除热应力,需在喷涂至一定厚度后对涂层进行热处理,这导致了热喷涂技术制备大厚度涂层时喷涂效率的降低和成本的增加。围绕航空发动机涡轮外环高温封严涂层新一代制备技术需求,采用高压冷喷涂技术,以氮气为载气,国产CoNiCrAlY粉末为原料,开展了低成本冷喷涂CoNiCrAlY涂层的制备工艺及组织性能研究。实验采用φ100.50 mm 304不锈钢管基体,在69°喷涂角度、5 MPa喷涂压力下,分别在800、850和900℃喷涂温度条件下沉积制备了CoNiCrAlY涂层。测量了粉末在不同喷涂温度下的沉积效率,表征了涂层的微观结构、显微硬度和摩擦磨损性能,以1050℃保温5 h随炉冷却方式对涂层进行了真空热处理,研究了热处理后涂层的组织与性能变化。结果显示,涂层孔隙率随喷涂温度的升高而降低(2.07%、0.81%和0.44%),粉末颗粒的沉积效率随喷涂温度的升高而提高(29.7%、32.5%和36.1%),喷涂态涂层的显微硬度与喷涂温度之间无线性关系(585.32、526.21和563.52 HV_(0.3))。经真空热处理后,冷喷涂CoNiCrAlY涂层孔隙率均显著降低,均下降至0.4%左右。显微硬度显著下降,保持在360 HV_(0.3)左右。摩擦磨损测试结果表明,较低喷涂温度制备的CoNiCrAlY涂层,经真空热处理后具有更低的磨损率。

关键词：冷喷涂 CoNiCrAlY涂层气体温度孔隙率真空热处理显微硬度摩擦磨损沉积效率

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激光工艺参数对H13钢粉末单道成形特性的影响

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激光与红外 2021年第7期51卷 871-876页

作者：王岳亮钟永华李福海马文有陈兴驰卢冰文刘敏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东广州510650

为了解激光工艺参数对H13钢表面再制造成型H13粉末层几何特征的影响规律,设计研究了工艺参数(激光功率、光斑直径)对单道成形层几何特征(成形层高度、宽度、基体熔化深度与宽度)影响的实验,根据实验结果归纳了工艺参数对成形层几何特征... 详细信息

为了解激光工艺参数对H13钢表面再制造成型H13粉末层几何特征的影响规律,设计研究了工艺参数(激光功率、光斑直径)对单道成形层几何特征(成形层高度、宽度、基体熔化深度与宽度)影响的实验,根据实验结果归纳了工艺参数对成形层几何特征的影响规律,并采用极差分析了各几何特征的主要影响因素,同时利用了激光再制造形成层几何特征模型对实验结果进行了分析。结果表明光斑尺寸对熔覆层宽度、基体熔化区宽度、深度影响更明显,而激光功率、光斑尺寸对熔覆层高度的影响无显著差别;此外,粉末综合利用率随辐照激光能量密度的增大先增大后维持基本不变。

关键词：激光再制造几何特征粉末综合利用率 H13钢

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不同铝合金基体黑色微弧氧化膜的厚度对其结构和性能的影响

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中国表面工程 2023年第6期36卷 163-177页

作者：刘磊李来时吴玉胜王昱征张伟鲍泽斌乔自平沈阳工业大学材料科学与工程学院沈阳110020 中国科学院金属研究所师昌绪创新材料中心沈阳110016 广东省科学院新材料研究所现代表面工程技术重点实验室广州510700 中国兵器工业第208研究所瞬态冲击技术重点实验室北京102200

铝合金广泛应用于各个领域,铝合金表面防腐技术前景十分广阔。采用恒流的方式分别在7075、7A04和2A12三种不同铝合金基体表面进行黑色微弧氧化膜层的制备。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度测试仪、摩擦磨损试验机和电化学试... 详细信息

铝合金广泛应用于各个领域,铝合金表面防腐技术前景十分广阔。采用恒流的方式分别在7075、7A04和2A12三种不同铝合金基体表面进行黑色微弧氧化膜层的制备。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度测试仪、摩擦磨损试验机和电化学试验研究不同铝合金基体表面黑色微弧氧化膜的微观组织、硬度、耐磨性和耐蚀性。随着膜层厚度的增加,膜层的致密度大幅提高,平均孔隙率降低至0.8%,膜层中α-Al_(2)O_(3)的比例增加,耐磨性显著提高,在黑色陶瓷颗粒的自润滑作用下,复合膜层的摩擦因数从0.6降至0.3,摩擦曲线的变化趋势更平稳。黑色膜层厚度从40μm提高到60μm,三种铝合金基体的黑色氧化膜层均明显提高,最高达到916 HV。电化学试验结果60μm黑色微弧氧化膜层的腐蚀电流密度比40μm的降低两个数量级,自腐蚀电位可提高200 mV,钝化性能增强,膜层耐蚀性显著提升。

关键词：铝合金微弧氧化耐蚀性耐磨性

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粉末粒径对等离子喷涂固体氧化物燃料电池阳极微观结构及性能的影响

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材料研究与应用 2023年第2期17卷 329-337页

作者：朱志刚宋琛胡永俊邓畅光刘太楷文魁董东东毛杰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510650

作为固体氧化物燃料电池阳极材料,选用NiO/Gd_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)(GDC)替换传统NiO/Y_(0.16)Zr_(0.92)O_(2.08),其可有效扩展三相反应界面,提高电池性能。采用大气等离子喷涂技术,通过调控NiO/GDC团聚粉末粒径,研究阳极微观结构演变... 详细信息

作为固体氧化物燃料电池阳极材料,选用NiO/Gd_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)(GDC)替换传统NiO/Y_(0.16)Zr_(0.92)O_(2.08),其可有效扩展三相反应界面,提高电池性能。采用大气等离子喷涂技术,通过调控NiO/GDC团聚粉末粒径,研究阳极微观结构演变及对电池性能的影响。结果表明:粉末粒径影响粉末的熔化程度,当d50=24.7μm的小粒径粉末熔化充分时,涂层中会暴露更多的GDC,增加反应活性位点;d50=45.2μm的大粒径粉末熔化不充分时,堆叠产生的间隙会造成涂层中裂纹和孔洞增多,表现出更大的气通量,泄漏率为14.8×10^(-6)cm^(4)·gf^(-1)·s^(-1);小粒径和大粒径粉末阳极形成的单电池输出峰功率密度接近,在800℃时分别达到1 158.46和1 147.0 mW·cm^(-2)。阻抗谱拟合结果揭示了阳极界面电荷转移和气体传输能力的差异。通过分析粉末粒径对电化学性能的作用机理可知,小粒径粉末阳极具有更多界面活性位点而表现出更快的电荷转移速度,大粒径粉末阳极具有优异的透气性,能透过更多燃料而有效激发活性位点。因此,在大小粒径粉末阳极上形成的电池几乎表现出相同的电化学性能。

关键词：阳极粉末粒径等离子喷涂微观结构固体氧化物燃料电池

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Cr-CrN-Cr-CrAlN多层膜厚度对结构和性能的影响

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真空 2023年第4期60卷 1-7页

作者：林松盛刘若愚田甜吕亮苏一凡汪云程石倩云海涛唐鹏郑彩凤易出山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 中国航发南方工业有限公司湖南株洲412000

采用电弧离子镀技术在TC4钛合金表面制备不同厚度的Cr-CrN-Cr-CrAlN多层膜,研究了多层膜厚度对其结构及性能的影响。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计、划痕仪、应力测试仪、砂粒冲蚀试验仪和拉伸试验机检测分析了多层膜的... 详细信息

采用电弧离子镀技术在TC4钛合金表面制备不同厚度的Cr-CrN-Cr-CrAlN多层膜,研究了多层膜厚度对其结构及性能的影响。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计、划痕仪、应力测试仪、砂粒冲蚀试验仪和拉伸试验机检测分析了多层膜的表面及截面形貌、微观结构、硬度、结合力、残余应力、抗砂粒冲蚀性能和拉伸性能等。结果表明:随着多层膜厚度的增加,膜层表面颗粒增多,表面质量略有下降,择优取向由(200)晶面逐渐向(111)晶面转变;随着厚度的增加,残余应力逐渐增加,膜层硬度、膜基结合力、裂纹扩展抗力先上升后下降,在厚度为10.58μm时达到最佳,其硬度为3404Hv、结合力为58.6N、裂纹扩展抗力为758.49,抗砂粒冲蚀性能提高3倍以上;TC4钛合金表面镀多层膜后,屈服强度和抗拉强度均略有提升,但断后伸长率降低,当膜层厚度为14.50μm时,断后伸长率较基材降低30%,断裂机制由韧性断裂转变为脆性断裂。在一定范围内增加膜层厚度有利于提升性能,但需合理控制其厚度以减小对钛合金基材的负面影响。

关键词： Cr-CrN-Cr-CrAlN多层膜抗砂粒冲蚀性能拉伸性能电弧离子镀钛合金

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铝基可磨耗封严涂层制备及性能评价研究进展

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材料研究与应用 2023年第5期17卷 967-982页

作者：王旭东王玉江张学敏杨焜张小锋陆静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51065

随着航空航天技术的发展,人们对发动机效率的要求越来越高。减小涡轮机叶片尖端与机匣之间的缝隙,有利于发动机效率的提升。叶片尖端与发动机涡轮机机匣之间喷涂可磨耗封严涂层,不仅可封严气路、提高发动机效率,又可以减少对叶片的磨损... 详细信息

随着航空航天技术的发展,人们对发动机效率的要求越来越高。减小涡轮机叶片尖端与机匣之间的缝隙,有利于发动机效率的提升。叶片尖端与发动机涡轮机机匣之间喷涂可磨耗封严涂层,不仅可封严气路、提高发动机效率,又可以减少对叶片的磨损以保护叶片。对于可磨耗封严涂层而言,可磨耗性是其最重要、最本质的特性。综述了国内外铝基封严涂层的粉末制备、喷涂及可磨耗性能评价的研究现状,分析了粉体形式、喷涂参数对涂层组织的影响,以及涂层表面洛氏硬度、叶尖的进给速率/单道进给量、摩擦线速度等对涂层的可磨耗性能的影响,同时还对海洋环境下铝基封严涂层的腐蚀机理进行研究,指出了机器学习、仿真技术在可磨耗涂层性能预测及性能表征等方面的作用。最后,总结了近年来铝基可磨耗封严涂层的研究进展,并对未来的研究方向进行了展望。

关键词：粉体涂层可磨耗性耐腐蚀性能仿真技术

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PS-PVD制备YSZ热障涂层抗熔盐腐蚀研究

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材料研究与应用 2023年第3期17卷 503-511页

作者：曾卓见毛杰邓子谦戴红亮胡永俊汪克威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

为提高舰船燃气轮机上热障涂在海洋环境中层的工作寿命,研究了新型热障涂层在模拟海洋环境下的腐蚀性能。采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)技术,在已喷涂粘结层(NiCoCrAlY)的DZ40M高温合金基体上制备7YSZ陶瓷层,然后用Na2SO_(4)(质... 详细信息

为提高舰船燃气轮机上热障涂在海洋环境中层的工作寿命,研究了新型热障涂层在模拟海洋环境下的腐蚀性能。采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)技术,在已喷涂粘结层(NiCoCrAlY)的DZ40M高温合金基体上制备7YSZ陶瓷层,然后用Na2SO_(4)(质量分数45%)+V2O5(质量分数55%)混合熔盐在1050℃下对涂层进行腐蚀实验。利用场发射-扫描电镜、X射线衍射仪、能谱仪对涂层表面和截面的组织结构及1050℃高温熔盐腐蚀后涂层的物相组织和熔盐渗透深度进行了分析。研究结果表明,硫酸盐与钒酸盐的混合盐对涂层中的TGO层破坏显著,t′-ZrO_(2)相变与TGO的生长是导致涂层脱落的主要原因。

关键词：海洋环境热障涂层 YSZ TGO 熔盐腐蚀

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