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材料研究学报 2018年第9期32卷 641-646页

作者：刘飞刘敏毛杰邓子谦马景涛邓畅光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东省现代表面工程技术重点实验室广州510651

改变用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)工艺制备热障涂层时等离子工作气体中H2组分的流量,制备出不同的ZrO_2-7%Y_2O_3(7YSZ)热障涂层并研究了H_2对PS-PVD热障涂层的影响。结果表明:等离子工作气体中的H_2对PS-PVD热障涂层的表面形貌... 详细信息

改变用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)工艺制备热障涂层时等离子工作气体中H2组分的流量,制备出不同的ZrO_2-7%Y_2O_3(7YSZ)热障涂层并研究了H_2对PS-PVD热障涂层的影响。结果表明:等离子工作气体中的H_2对PS-PVD热障涂层的表面形貌、微观结构、孔隙率、硬度和抗冲蚀性能等性质有显著的影响。H_2流量分别为0、5、10 SLPM时制备的PS-PVD热障涂层,其孔隙率分别为16.7%、20.4%、7.7%;显微硬度分别为224.2 HV0.025、236.6 HV0.025、394.4 HV0.025;固体颗粒冲蚀25 s后的失重量分别为78.5 mg、65.0 mg、17.3 mg。随着H_2组分流量的增大热障涂层的孔隙率先增加后减小,柱状结构逐渐变化,硬度和抗冲蚀性能提高。

关键词：材料表面与界面热障涂层等离子喷涂-物理气相沉积抗冲蚀性能微观结构

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基体偏压对AlCrSiN涂层结构及力学性能的影响

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材料导报 2018年第18期32卷 3099-3103页

作者：唐明代明江韦春贝邱万奇林松盛侯惠君李洪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

AlCrSiN涂层因具有高硬度、优异的耐磨损性及抗高温氧化性而备受关注。为提高AlCrSiN涂层的性能,采用电弧离子镀技术制备了AlCrSiN涂层,研究了基体偏压对AlCrSiN涂层微观组织及力学性能的影响。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(S... 详细信息

AlCrSiN涂层因具有高硬度、优异的耐磨损性及抗高温氧化性而备受关注。为提高AlCrSiN涂层的性能,采用电弧离子镀技术制备了AlCrSiN涂层,研究了基体偏压对AlCrSiN涂层微观组织及力学性能的影响。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计、划痕仪及球-盘式摩擦磨损试验机对AlCrSiN涂层的表面形貌、物相组成和力学性能进行表征。研究结果表明:不同基体偏压的AlCrSiN涂层具有B1-NaCl晶体结构和无柱状晶结构;适当提高基体偏压,可细化AlCrSiN涂层的晶粒,提高涂层的表面质量及致密性,从而提高涂层的性能;基体偏压为150V的涂层致密性最好,具有更高的硬度(3 430HV)、结合力(76N)及更好的耐磨损性能。

关键词：电弧离子镀基体偏压 AlCrSiN涂层力学性能

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电弧离子镀NiCrAlY和NiCoCrAlYHfSi涂层抗高温氧化性能

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材料导报 2018年第13期32卷 2267-2271页

作者：杜伟石倩代明江易健宏林松盛侯惠君昆明理工大学材料科学与工程学院昆明650093 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

采用电弧离子镀技术在镍基高温合金DZ22B表面包覆一层NiCrAlY和NiCoCrAlYHfSi涂层,对比了两种涂层的微观形貌、结构和抗高温氧化性能,并讨论了不同活性元素在氧化中的作用。结果表明:NiCrAlY涂层主要由γ′-Ni3Al/γ-Ni、β-NiAl和α-C... 详细信息

采用电弧离子镀技术在镍基高温合金DZ22B表面包覆一层NiCrAlY和NiCoCrAlYHfSi涂层,对比了两种涂层的微观形貌、结构和抗高温氧化性能,并讨论了不同活性元素在氧化中的作用。结果表明:NiCrAlY涂层主要由γ′-Ni3Al/γ-Ni、β-NiAl和α-Cr相组成,而NiCoCrAlYHfSi除上述组成外还形成了NiCoCr合金相,两种涂层热处理期间均发生β-NiAl向γ′-Ni_3Al的转变过程。NiCrAlY和NiCoCrAlYHfSi涂层1 050℃恒温氧化200h的平均氧化速率分别为0.072 3g/(m^2·h)和0.052 7g/(m^2·h)。NiCrAlY氧化初期直接形成α-Al_2O_3、NiCr_2O_4和Cr_2O_3,随后出现裂纹、孔洞等缺陷,氧化物沿孔洞向涂层内部延伸,同时由于基材中的Ti元素发生外扩散,涂层中还形成了TiO_2。NiCoCrAlYHfSi氧化初期形成了亚稳态的θ-Al_2O_3,随后慢慢转变为α-Al_2O_3,氧化物层比NiCrAlY均匀致密,抗高温氧化性能更优异。

关键词：电弧离子镀镍基高温合金涂层抗高温氧化性能

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等离子喷涂-物理气相沉积高温防护涂层研究进展

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中国表面工程 2018年第5期31卷 39-53页

作者：张啸刘敏张小锋毛杰邓春明李润霞周克崧沈阳工业大学材料科学与工程学院沈阳110870 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

等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)是基于低压等离子喷涂发展起来的一种新型多功能薄膜及涂层制备技术。由于其独特的等离子射流特征,可实现气液固多相涂层沉积,获得非视线沉积。文中首先介绍了国内外PS-PVD技术等离子体数值模拟和在线... 详细信息

等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)是基于低压等离子喷涂发展起来的一种新型多功能薄膜及涂层制备技术。由于其独特的等离子射流特征,可实现气液固多相涂层沉积,获得非视线沉积。文中首先介绍了国内外PS-PVD技术等离子体数值模拟和在线检测技术的研究现状,其次讨论了PS-PVD羽-柱状结构热障涂层的形成机制及与传统热障涂层在热导率、抗冲蚀等性能方面的差异,阐述了PS-PVD技术制备环境障涂层的研究进展,最后对PS-PVD技术沉积高温防护涂层的优势和存在的问题进行了总结。

关键词：等离子喷涂-物理气相沉积等离子射流模拟热障涂层非视线沉积环境障涂层

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多层膜与单层膜的残余应力关系推导及验证

多层膜与单层膜的残余应力关系推导及验证

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TFC'19第十五届全国薄膜技术学术研讨会

作者：郭朝乾林松盛石倩韦春贝李洪许伟汪唯王红莉苏一凡唐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东省现代表面工程技术重点实验室

本研究由Stoney公式出发,推导了多层膜的残余应力计算公式。多层膜的残余应力等于内部各单层残余应力的权重平均值,并在非晶薄膜体系(梯度类金刚石多层膜)和晶态/非晶态薄膜体系(氮化铬/类金刚石多层膜)中进行了验证。通过电弧离子镀技... 详细信息

本研究由Stoney公式出发,推导了多层膜的残余应力计算公式。多层膜的残余应力等于内部各单层残余应力的权重平均值,并在非晶薄膜体系(梯度类金刚石多层膜)和晶态/非晶态薄膜体系(氮化铬/类金刚石多层膜)中进行了验证。通过电弧离子镀技术制备了多层和单层膜样品,利用表面轮廓仪、薄膜应力仪和扫描电镜分别对薄膜的厚度、残余应力和薄膜截面形貌进行表征。结果表明,推导的多层膜残余应力计算公式是正确的,能够对多层薄膜的设计提供指导。在本实验中利用该公式通过单层膜预测多层膜的残余应力,相对误差在0.2%-10.7%之间,可能与膜基界面错配引起的应力有关。特别地,对于交替多层膜,内部层数为偶数时,多层膜的残余应力为常数;内部层数为奇数时,多层膜的残余应力随层数的增加单调变化,逐渐接近层数为偶数时的常数值。

关键词：残余应力多层膜

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适合于高性能石墨精密加工的金刚石涂层制备及性能

适合于高性能石墨精密加工的金刚石涂层制备及性能

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第三届粤港澳大湾区真空科技创新发展论坛暨2019年广东省真空学会学术年会

作者：李洪许伟林松盛苏一凡石倩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

采用热丝化学气相沉积（HFCVD）技术,通过单独控制每根热丝功率和所通入的气体流量,在石墨模具切削加工用硬质合金刀具（铣刀、圆鼻刀）表面沉积金刚石涂层,研究了金刚石涂层微观结构及切削性能。利用扫描电镜（SEM）、拉曼光谱（Raman... 详细信息

采用热丝化学气相沉积（HFCVD）技术,通过单独控制每根热丝功率和所通入的气体流量,在石墨模具切削加工用硬质合金刀具（铣刀、圆鼻刀）表面沉积金刚石涂层,研究了金刚石涂层微观结构及切削性能。利用扫描电镜（SEM）、拉曼光谱（Raman）、原子力显微镜（AFM）、喷砂结合力测试仪等对刀具表面金刚石涂层显微形貌、物相特征、表面粗糙度、结合力进行分析检测,并通过加工5G智能终端玻璃盖板成型石墨模具对金刚石涂层刀具切削性能进行评价。结果表明:在较低的碳源浓度（≤0.5%）下,所沉积的金刚石涂层呈微米晶结构,晶粒尺寸1-3μm,sp键C含量大于80%,3 bar压力下喷砂180 s涂层无剥落,加工石墨模具时后刀面磨损量小,切削寿命长。

关键词：金刚石涂层热丝化学气相沉积切削刀具

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电弧离子镀MCrAlY高温防护涂层及改性研究

电弧离子镀MCrAlY高温防护涂层及改性研究

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TFC'19第十五届全国薄膜技术学术研讨会

作者：石倩汪唯郭朝乾李洪唐鹏苏一凡韦春贝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

MCrAlY (M=Ni、Co、Fe或CoNi)涂层是航空发动机叶片上最常用的抗高温氧化和热障涂层黏结层材料,具有良好的塑性、较高的高温强度、优异的抗氧化性能以及抗腐蚀性能等,可有效提高涡轮叶片在1050℃的抗高温氧化和抗腐蚀的性能,已在多个型... 详细信息

MCrAlY (M=Ni、Co、Fe或CoNi)涂层是航空发动机叶片上最常用的抗高温氧化和热障涂层黏结层材料,具有良好的塑性、较高的高温强度、优异的抗氧化性能以及抗腐蚀性能等,可有效提高涡轮叶片在1050℃的抗高温氧化和抗腐蚀的性能,已在多个型号发动机上实现应用。然而随着航空事业的迅猛发展,对材料性能的要求越来越高,新一代发动机叶片的热端部件材料已具有耐1050℃以上高温力学性能(高温强度,蠕变持久性能,疲劳性能)。然而在大于1050℃时,MCrAlY表面会生成相对较厚的氧化膜,导致应力集中而发生剥落,引起涂层的过早失效。因此MCrAlY涂层已无法满足该材料的防护需求,需要开发耐更高温度的抗氧化涂层。常用的高温防护涂层制备技术有低压等离子喷涂(Lowpressureplasma spraying,LPPS)、电子束物理气相沉积(Electron beam-physical vapor deposition,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备活性元素掺杂的NiCrAlY涂层以及NiAlHf涂层,考察其在更高温下的氧化行为,结果表明:1)不同元素掺杂的NiCrAlY涂层在1100℃时出现明显的元素聚集,从而导致较大差异的抗高温氧化性;2)电弧离子镀制备的NiAlHf涂层与NiCrAlY涂层相比表面粗糙度小,致密度高,在1150℃时仍保持良好的抗高温氧化性。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涂层改性方面的研究进展,为航空发动机叶片下一代高温防护涂层的选择和应用提供可靠依据。

关键词：电弧离子镀高温防护 NiCrAlY涂层掺杂改性 NiAlHf涂层

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等离子喷涂物理气相沉积稀土高温功能陶瓷涂层及其表征

等离子喷涂物理气相沉积稀土高温功能陶瓷涂层及其表征

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第九届国际稀土开发与应用研讨会暨2019中国稀土学会学术年会

作者：邓春明张小锋邓子谦牛少鹏毛杰刘敏周克崧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

稀土高温功能陶瓷材料因其在高温隔热、高温离子导电或抗高温热腐蚀等方面具有优异的性能而受人们所重视,广泛作为高温热障涂层、SOFC以及混合导体透氧膜材料。而随着要求的不断提高,为提高应用的性能,获得不断薄化、结构可靠的稀土高... 详细信息

稀土高温功能陶瓷材料因其在高温隔热、高温离子导电或抗高温热腐蚀等方面具有优异的性能而受人们所重视,广泛作为高温热障涂层、SOFC以及混合导体透氧膜材料。而随着要求的不断提高,为提高应用的性能,获得不断薄化、结构可靠的稀土高温功能涂层是近年来材料学领域最为关注的热点。等离子喷涂-物理气相沉积是近10年来发展起来的新型涂层制备技术,因其在超低压条件下拉长的等离子弧以及高功能的等离子喷枪,可以使注入的粉体材料实现液相、气液以及气相沉积,因此可获得具有致密结构、柱状结构的陶瓷涂层,在制备稀土高温功能涂层方面具有独特的优势。本文介绍了广东省新材料研究所近年来围绕高温热障涂层、SOFC、混合导体透氧膜,采用等离子喷涂-物理气相沉积稀土高温功能陶瓷涂层所做的工作。通过对稀土高温功能陶瓷特种粉体的优化、喷涂工艺控制,结合涂层结构的要求分别沉积了致密的YSZ、Yb2Si2O5、GDC和柱状结构的YSZ、Gd2Zr2O7等涂层,研究了涂层沉积机理。根据涂层要求,对其典型的性能指标如致密度/气密性、结合强度、热冲击等进行了表征。研究结果表明,等离子喷涂-物理气相沉积可获得性能优良的稀土高温功能陶瓷涂层,是一种高效的稀土高温功能涂层制备方法。

关键词：等离子喷涂物理气相沉积热/环境障涂层双层柱状结构致密涂层混合导体透氧膜

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电弧离子镀NiCrAlYSi涂层抗高温氧化行为

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中国表面工程 2018年第1期31卷 81-87页

采用电弧离子镀技术,在镍基高温合金DZ22B表面沉积一层NiCrAlYSi抗高温氧化涂层。利用SEM、XRD、EDS和电子探针等,分析了涂层的微观形貌、组织结构、物相和元素分布规律。研究了涂层和基体在1050℃的静态空气环境中恒温氧化200 h的氧化... 详细信息

采用电弧离子镀技术,在镍基高温合金DZ22B表面沉积一层NiCrAlYSi抗高温氧化涂层。利用SEM、XRD、EDS和电子探针等,分析了涂层的微观形貌、组织结构、物相和元素分布规律。研究了涂层和基体在1050℃的静态空气环境中恒温氧化200 h的氧化动力学规律和抗氧化性能。结果表明:沉积态涂层致密均匀,无孔洞等明显缺陷。经热处理后,涂层发生了β-NiAl向γ'-Ni_3Al的转变,主要物相为γ'-Ni_3Al/γ-Ni、β-NiAl和α-Cr相。恒温氧化200 h后,与基体相比,平均氧化速度由0.096 7g/(m^2·h)降到0.0340g/(m^2·h),显著提高了基体的抗高温氧化性能。氧化初期,涂层表面形成了一层均匀致密的α-Al_2O_3保护层,阻止氧向涂层内部扩散,从而大大提高了抗氧化性能。氧化过程中,涂层与基体的界面处发生了元素互扩散现象;主要为Cr元素从涂层向基体的内扩散和Co、W和Y元素从基体向涂层的外扩散。

关键词：电弧离子镀防护涂层抗高温氧化镍基高温合金互扩散

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溅射气压对中频磁控溅射制备的氧化钨薄膜的电致变色性能的影响

溅射气压对中频磁控溅射制备的氧化钨薄膜的电致变色性能的影响

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第四届粤港澳大湾区真空科技创新发展论坛暨2020年广东省真空学会学术年会

作者：魏梦瑶李小亚石倩代明江广东省新材料研究所现代材料表面工程技术国家重点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材料科学与工程学院广东省先进储能材料重点实验室中南大学粉末冶金国家重点实验室

采用中频磁控溅射方法,在氧化铟（ITO）玻璃上采用氧化钨（WO）陶瓷靶沉积WO薄膜,研究溅射气压对WO薄膜结构与光学性能的影响规律,并对其电致变色行为进行了探讨。采用X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）分析了WO薄膜的成分结构... 详细信息

采用中频磁控溅射方法,在氧化铟（ITO）玻璃上采用氧化钨（WO）陶瓷靶沉积WO薄膜,研究溅射气压对WO薄膜结构与光学性能的影响规律,并对其电致变色行为进行了探讨。采用X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）分析了WO薄膜的成分结构和表面形貌,并利用紫外可见分光光度计和电化学工作站对薄膜的光调制性能、电致变色伏安特性、以及循环寿命性能进行了研究。结果表明:随着溅射气压的增大,WO薄膜的形貌结构变得疏松、粗糙,更有利于Li的注入与脱出,响应速度变快、调制幅度增大、电致变色性能优异,但循环寿命性能有所降低。当溅射气压为4Pa时WO薄膜的电致变色综合性能最好,在550nm处的调制幅度可达81.0%,着色、褪色响应时间分别为7.8s、5.85s,且在1500次循环后,仍保持较高的电致变色性能。

关键词： WO3薄膜中频磁控溅射电致变色溅射气压循环寿命

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