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材料研究与应用 2025年第1期19卷 180-189页

作者：文魁李忠燚刘香刘太楷刘敏宋琛毛杰张梦婷叶云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 广东工业大学材料与能源学院广东广州510006

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种高效、环保的能源转换设备。连接体作为SOFC电堆的关键核心部件,负责实现电连接、分隔阳极燃料气和阴极空气及支撑电池堆的重要作用,其性能优劣直接影响电堆系统的衰减和稳定性。铁素体不锈钢因具有良好... 详细信息

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种高效、环保的能源转换设备。连接体作为SOFC电堆的关键核心部件,负责实现电连接、分隔阳极燃料气和阴极空气及支撑电池堆的重要作用,其性能优劣直接影响电堆系统的衰减和稳定性。铁素体不锈钢因具有良好的抗氧化性、合适的热膨胀系数等性质,而成为最具希望的连接体材料。但是,其在服役过程中存在抗氧化性能不足,以及铬挥发造成的阴极铬中毒等问题。因此,需在其表面制备一层防护涂层。尖晶石氧化物具有较高的电导率和良好的阻Cr扩散能力,被认为是最有潜力的金属连接体防护涂层材料。采用大气等离子喷涂技术,在不同的喷涂工作电流下于430不锈钢基体的表面制备MnCoCuFeNi高熵合金涂层,随后经800℃热转化处理,最终得到尖晶石高熵氧化物涂层。同时,系统分析了涂层在热转化过程中的相组成、表面和截面形貌、元素扩散和电性能的演变行为。结果表明:增大喷涂电流可以提高合金涂层的致密度,但也会在涂层内部生成更多的金属氧化物;经热转化处理后,Mn、Co和Cu元素优先扩散至涂层表层形成浅灰色CuO和深灰色(Mn,Co,Cu)3O4尖晶石氧化物,这种元素偏聚随着热转化时间的延长而逐渐均匀化。热转化初期在靠近基体/涂层界面的涂层内部形成了富Cr扩散带,但表面形成的热转化层可有效遏制Cr扩散带向外的进一步扩展。高熵合金热转化层的电导率并未受喷涂电流的影响,其最终电导率约为10.1 S·cm^(-1)。相反,面比电阻却随喷涂电流的增加而增大,其中涂层最佳面比电阻值(14.95 mΩ·cm^(2))比无涂层不锈钢的要小。通过高熵合金原位转化策略构建了兼具高导电性和Cr阻隔性能的防护涂层,为开发长寿命SOFC连接体提供了新思路。

关键词：固体氧化物燃料电池金属连接体等离子喷涂热转化涂层尖晶石高熵氧化物涂层元素扩散电学性能面比电阻

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靶面激光光斑尺寸原位测量的研究

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激光与红外 2019年第9期49卷 1054-1059页

作者：王岳亮邓朝阳苏一凡李福海陈兴驰赵国瑞董东东马文有刘敏广东省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

提供了一种简便易行的靶面激光光斑尺寸原位测量的方法。从高斯光束的横向光强分布特性出发,建立了激光烧蚀斑半径与辐照激光能量、光斑尺寸、烧蚀阈值间的关系式,模拟分析发现辐照激光光斑尺寸对烧蚀斑半径随辐照能量变化曲线有较大影... 详细信息

提供了一种简便易行的靶面激光光斑尺寸原位测量的方法。从高斯光束的横向光强分布特性出发,建立了激光烧蚀斑半径与辐照激光能量、光斑尺寸、烧蚀阈值间的关系式,模拟分析发现辐照激光光斑尺寸对烧蚀斑半径随辐照能量变化曲线有较大影响。对于脉宽为2ms,波长为1064nm的激光,实验测量了不同能量激光辐照下相纸烧蚀斑半径,并用推导出的关系式拟合测量数据,获得了靶面处光斑尺寸和样品烧蚀阈值。同时,也测量了不同位置处的光斑尺寸和样品烧蚀阈值,对高斯光束束腰位置和样品烧蚀阈值的光斑尺寸效应进行了验证。研究结果表明该技术结果可靠,简单高效。该技术可以为高能激光与固体物质相互作用的基础研究和激光加工等应用领域中实现简单方便地测量靶面光斑尺寸提供帮助。

关键词：激光技术光斑尺寸原位测量高斯光束

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活塞环用CrN膜层摩擦磨损性能研究

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材料研究与应用 2020年第1期14卷 41-46页

作者：李福球林凯生谭笛林松盛代明江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

采用阴极电弧离子镀技术沉积了厚度为20μm左右的CrN膜层,分别用扫描电镜(SEM)、显微硬度计、划痕仪,分析测试了CrN膜层的表面和截面形貌、膜层厚度、硬度、结合力等性能.用专用珩磨机模拟活塞环在气缸内的运动,对比了氮化+CrN活塞环与... 详细信息

采用阴极电弧离子镀技术沉积了厚度为20μm左右的CrN膜层,分别用扫描电镜(SEM)、显微硬度计、划痕仪,分析测试了CrN膜层的表面和截面形貌、膜层厚度、硬度、结合力等性能.用专用珩磨机模拟活塞环在气缸内的运动,对比了氮化+CrN活塞环与普通氮化环在极端情况下的磨损特性.结果表明:采用阴极电弧离子镀方法制备的CrN膜具有良好的综合性能,膜层界面明晰、结构致密,膜层与基体结合力大于100 N;氮化+CrN活塞环的表层磨损量仅为普通氮化环的1/7,表现出极佳的耐磨性.

关键词： CrN 摩擦磨损性能活塞环

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大气等离子喷涂制备SOFC连接体Cu/Mn/Co金属防护涂层

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材料研究与应用 2021年第4期15卷 358-367页

作者：江舟文魁宋琛刘太楷董勇邓畅光邓春明刘敏杨成浩广东工业大学材料与能源学院广东广州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 华南理工大学环境与能源学院广东广州510006

为了进一步提高固体氧化物燃料电池(SOFC)连接体防护涂层的电导率,采用大气等离子喷涂技术(APS)制备了Cu/Mn/Co金属涂层.研究了不同喷涂工艺参数对涂层性能的影响,以及涂层在800℃下的氧化行为.通过XRD,SEM及EDS表征涂层高温氧化过程中... 详细信息

为了进一步提高固体氧化物燃料电池(SOFC)连接体防护涂层的电导率,采用大气等离子喷涂技术(APS)制备了Cu/Mn/Co金属涂层.研究了不同喷涂工艺参数对涂层性能的影响,以及涂层在800℃下的氧化行为.通过XRD,SEM及EDS表征涂层高温氧化过程中的相结构、表面形貌和微观结构演变,采用直流四电极法测量涂层的高温电导率.结果表明,800℃下氧化使金属涂层转变成了MnCo_(2)O_(4)/Cu_(x)Mn_(3-x)O_(4)相.氧化初期,涂层表面和底部出现富Cu层;随氧化时间增加,富Cu层逐渐消失,Cu元素均匀分布在涂层中;当氧化120 h时,涂层表层的CuO层已不连续,与涂层分层且产生微裂纹.同时发现,长时间氧化后涂层截面明显致密化,形成了顶部致密、底部多孔的结构.此外,电流为550 A的涂层试样(No.2)尖晶石相最多,涂层致密度最高,其电导率也最高.800℃下氧化120h后,电流为500,550和600 A的三种涂层试样(No.1~No.3)电导率分别为59.68S,93.55和85.72 S/cm,并且氧化过程中电导率保持稳定.所制备的金属涂层和尖晶石涂层均表现出较好的阻Cr扩散效果,Cr主要以Cr_(2)O_(3)的形式富集在基体和涂层的结合处.

关键词：连接体防护涂层 Mn/Co/Cu金属涂层电导率高温氧化 MnCo_(2)O_(4)/Cu_(x)Mn_(3-x)O_(4)

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激光选区熔化成形Ti-12Mo-6Zr-2Fe(TMZF)合金微观组织及力学性能的研究

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材料研究与应用 2021年第4期15卷 350-357页

作者：褚清坤闫星辰岳术俊王振国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 北京市春立正达医疗器械股份有限公司北京101101

为了探究激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)Ti-12Mo-6Zr-2Fe(TMZF)合金的微观组织与力学性能,采用TMZF合金粉进行激光增材制造,研究了铸造TMZF合金与SLM TMZF合金试样微观组织与力学性能的差异.结合X射线衍射仪(XRD)、金相显微... 详细信息

为了探究激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)Ti-12Mo-6Zr-2Fe(TMZF)合金的微观组织与力学性能,采用TMZF合金粉进行激光增材制造,研究了铸造TMZF合金与SLM TMZF合金试样微观组织与力学性能的差异.结合X射线衍射仪(XRD)、金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱分析(EDS)等材料表征手段,对TMZF合金试样的物相分布、微观组织结构、元素分布及试样拉伸断口进行了对比分析.结果表明:SLM TMZF试样与铸造TMZF试样的组织中都含有大量β-Ti组织;SLM TMZF试样的平均显微硬度为355.7±5.64 HV_(0.2),铸造TMZF试样的平均显微硬度为354.8±5.44 HV_(0.2);SLM TMZF试样的屈服强度为934±4.1 MPa、抗拉强度为993±2.4 MPa、延伸率为14.4±0.6%,而铸造TMZF试样的屈服强度为1052±12.1 MPa、抗拉强度为1055±11.7 MPa、延伸率为10.4±1.2%.为进一步探究激光选区熔化制备TMZF的后处理打下基础.

关键词：激光选区熔化 Ti-12Mo-6Zr-2Fe 微观组织力学性能

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Al_(2)SiO_(5)N阻挡层厚度对全固态电致变色器件性能的影响

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材料研究与应用 2025年第2期19卷 283-292页

作者：王晓萌苏一凡张程唐鹏林松盛付志强石倩中国地质大学(北京)工程技术学院北京100083 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

为解决全固态电致变色器件中LiNbO_(3)电解质层漏电问题,以Al_(2)SiO_(5)N作为阻挡层,利用其优异的介电性能,改善器件的综合性能。采用磁控溅射法,以99.95%纯度的Al_(2)SiO_(5)作为靶材,在射频功率为150 W、气压为1.5 Pa条件下,在纯氮... 详细信息

为解决全固态电致变色器件中LiNbO_(3)电解质层漏电问题,以Al_(2)SiO_(5)N作为阻挡层,利用其优异的介电性能,改善器件的综合性能。采用磁控溅射法,以99.95%纯度的Al_(2)SiO_(5)作为靶材,在射频功率为150 W、气压为1.5 Pa条件下,在纯氮气氛中制备了Al_(2)SiO_(5)N薄膜。采用XRD、SEM和AFM对Al_(2)SiO_(5)薄膜微观结构及表面形貌进行表征,通过循环伏安法及结合紫外-可见光谱对ITO/WO_(3)/Al_(2)SiO_(5)N/LiNbO_(3)/Al_(2)SiO_(5)N/NiO_x/ITO器件进行电致变色性能测试,系统地研究了Al_(2)SiO_(5)N薄膜层厚度对该器件光电性能的影响及其作用机制。结果表明,随着沉积时间的延长,Al_(2)SiO_(5)薄膜的厚度增加,致密性逐渐提高,纳米团簇趋于均匀并呈现小岛状结构。Al_(2)SiO_(5)薄膜作为电致变色器件的阻挡层,可明显改善器件的漏电现象。当Al_(2)SiO_(5)N层的厚度为90 nm时,全固态电致变色器件的电流密度从无阻挡层时的300.83μA·cm^(-2)降至15.70μA·cm^(-2),有效地抑制了漏电现象。同时,器件最大光调制率为52.31%,着色时间为9 s,脱色时间为4 s,最大着色效率为60.67 cm^(2)·C^(-1)。通过优化Al_(2)SiO_(5)N阻挡层与其他功能层之间的界面匹配性,揭示了Al_(2)SiO_(5)N层对电致变色器件光电性能的提升作用,为开发高性能无机固态电致变色器件提供了新思路。

关键词：全固态电致变色器件阻挡层 LiNbO_(3) 电流泄漏 Al_(2)SiO_(5)N Al~3+/Li+ 光电性能

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无机纳米粒子/聚合物复合电纺纤维的制备及其仿生矿化研究

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材料研究与应用 2020年第4期14卷 294-300页

作者：刘桦王昊张程何雨恬王秀连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

静电纺丝技术能够利用简单的共混过程将无机纳米粒子和聚合物集于一根纳米纤维中并实现纳米粒子的快捷组装.由于这一特性,可将纳米粒子/聚合物复合电纺纤维应用于骨组织工程支架的构建中,模拟骨组织胶原分级有序结构,为骨修复提供一种... 详细信息

静电纺丝技术能够利用简单的共混过程将无机纳米粒子和聚合物集于一根纳米纤维中并实现纳米粒子的快捷组装.由于这一特性,可将纳米粒子/聚合物复合电纺纤维应用于骨组织工程支架的构建中,模拟骨组织胶原分级有序结构,为骨修复提供一种新的思路.以聚乙烯醇和埃洛石为原料制备复合电纺纤维,并进行了仿生矿化.研究结果表明,埃洛石的加入可以提高聚乙烯醇纳米纤维的纺丝效果,但是也会随着浓度的增加,降低聚合物的结晶性能.并且,添加纳米粒子后,钙磷盐晶体能够在复合电纺纤维上定向析出,形成规则的矿化结晶物.由此可见,埃洛石纳米粒子对聚合物电纺纤维的仿生矿化具有一定促进作用,这对材料的细胞亲和性提高具有重要作用.

关键词：埃洛石聚乙烯醇静电纺丝仿生矿化

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激光选区熔化成形nano-WC/CX钢微观组织及机械性能初探

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材料研究与应用 2021年第4期15卷 309-317页

作者：常成闫星辰 GARDAN Julien DENG Sihao BOLOT Rodolphe LIAO Hanlin ICD-LASMIS UMR CNRS 6281University of Technology of TroyesTroyes Cedex 10004France EPF Ecole d’ingenieursCedex 10004France 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 ICB-PMDM UMR 6303 CNRSUniversity Bourgogne Franche-ComtéUBFCBelfort 90010France

为进一步提高激光3D打印CX不锈钢材料的机械性能,首先使用静电自组装方法对CX钢粉末表面进行了纳米WC粉末的修饰,之后对经纳米WC表面修饰的CX钢粉末进行了激光选区熔化成形(Selective laser melting,SLM),对比了添加体积分数5%的WC前后... 详细信息

为进一步提高激光3D打印CX不锈钢材料的机械性能,首先使用静电自组装方法对CX钢粉末表面进行了纳米WC粉末的修饰,之后对经纳米WC表面修饰的CX钢粉末进行了激光选区熔化成形(Selective laser melting,SLM),对比了添加体积分数5%的WC前后的SLM CX钢试样的机械性能.结合金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)及电子背散射衍射(EBSD)等材料表征手段,对SLM nano-WC/CX钢试样的微观组织结构、元素分布及相应机械性能进行了对比分析.结果表明:体积分数为5%的纳米WC的加入,对SLM nano-WC/CX钢的硬度提升有所帮助,使硬度值从352±8.2 HV_(0.2)提升至361±23.5 HV_(0.2);尽管纳米WC的加入使SLM nano-WC/CX钢的延伸率有所降低,但其最大拉伸强度则由1091.4±6.12 MPa提升到了1109.7±15.26 MPa.总之,初步探索可以发现,通过静电自组装方法,在CX钢粉末表面添加适量的纳米WC颗粒可以有效改善SLM CX钢的最终机械性能.

关键词：激光选区熔化 CX钢纳米WC 静电自组装机械性能

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锂离子电池氧化铬涂层研究

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材料研究与应用 2020年第1期14卷 26-30页

作者：刘加宋朱晖朝谭僖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

用大气等离子喷涂法热喷涂氧化铬涂层,探究不同喷枪和不同喷涂角度对涂层结构和性能影响.通过金相显微镜、显微硬度计、万能试验机及轮式磨耗仪等仪器,对涂层的厚度、孔隙率、硬度、结合强度及耐磨性能进行了分析.结果表明:两种不同喷... 详细信息

用大气等离子喷涂法热喷涂氧化铬涂层,探究不同喷枪和不同喷涂角度对涂层结构和性能影响.通过金相显微镜、显微硬度计、万能试验机及轮式磨耗仪等仪器,对涂层的厚度、孔隙率、硬度、结合强度及耐磨性能进行了分析.结果表明:两种不同喷枪喷涂涂层的耐磨性能相差不大;随着喷涂角度的下降,涂层的耐磨性能先变差后变好.

关键词：锂离子动力电池等离子喷涂 Cr2O3 涂层耐磨性能喷涂角度

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表面粗糙度对PS-PVD热障涂层陶瓷层沉积的影响

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材料工程 2019年第8期47卷 161-168页

作者：曾威毛杰马景涛邓畅光邓子谦邓春明宋鹏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510651 广东省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 昆明理工大学材料科学与工程学院昆明650093

研究基于等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)工艺的沉积表面的粗糙度对YSZ陶瓷层结构的影响,初步阐明了表面粗糙度对陶瓷层气相沉积过程的影响和涂层结构的形成规律。采用PS-PVD工艺在预制有NiCoCrAlYTa黏结层的K417G高温合金上制备YSZ陶... 详细信息

研究基于等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)工艺的沉积表面的粗糙度对YSZ陶瓷层结构的影响,初步阐明了表面粗糙度对陶瓷层气相沉积过程的影响和涂层结构的形成规律。采用PS-PVD工艺在预制有NiCoCrAlYTa黏结层的K417G高温合金上制备YSZ陶瓷层;采用SEM、粗糙度检测仪、3D表面形貌仪等方法分析PS-PVD YSZ陶瓷涂层的形貌和结构特征。基体表面粗糙度对PS-PVD涂层结构有很大影响。结果表明:当基体表面粗糙度分别为 R a≤2μm, 2μm< R a<6μm, R a≥6μm时,涂层粗糙度分别在3.5~5,6~10,10~15μm区间;特征表面形貌"菜花头"的直径随着基体表面粗糙度的增加而逐渐增大, d P=38.5μm, d 280S =25.5μm, d 60S =38.7μm, d 24S =102μm, d S=137μm。表面粗糙度主要通过PS-PVD气相沉积过程中的阴影效应来影响涂层生长和形成差异性结构,随着基体表面粗糙度的增加,YSZ陶瓷层受阴影效应影响增大,表面形貌"菜花头"尺寸和柱状结构间间隙增大,形成更加疏松的结构。

关键词：等离子喷涂-物理气相沉积热障涂层 YSZ陶瓷层表面粗糙度

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