巯基有机硅溶胶-凝胶涂层对铜合金H90的腐蚀防护性能研究

目的 研究巯基有机硅溶胶-凝胶涂层对铜合金H90的保护性能。方法 以不同比例的巯基丙基三甲氧基硅烷（MAPMS）与正硅酸乙酯（TEOS）为前驱体,以乙酸作为催化剂,制备含巯基官能团的溶胶-凝胶,并通过浸涂法将该溶胶-凝胶涂层施加到铜合金H90上,并在120 ℃下烘干成膜。利用电化学、盐雾、接触角等一系列的手段考察巯基有机硅溶胶-凝胶涂层在铜合金H90基材上的防腐蚀、疏水性、铅笔硬度等性能。结果 当MAPMS与TEOS物质的量比达到1.5∶1时,自腐蚀电流密度为1.16×10?8 A/cm2,膜层铅笔硬度可达5H,在H90黄铜上的附着力等级达到0级,具有最佳的防腐蚀性能。中性盐雾测试中,物质的量比为1∶1的测试组在第8 d时出现了少量腐蚀斑点,但在接下来的30 d内,腐蚀并未扩大;其他测试组在30 d测试中,未出现明显腐蚀。结论 巯基有机硅溶胶-凝胶涂层具有良好的硬度以及附着力,并能显著提高铜合金H90表面防腐蚀性能。     

海洋环境下物理气相沉积氮/碳基抗磨蚀涂层的研究进展

主要综述了海洋环境抗磨蚀防护涂层及技术的发展现状,对比了喷涂、高能束表面改性、物理气相沉积(Physical vapor deposition,PVD)三种常用技术的优劣势,并归纳了不同涂层在海水磨蚀条件下的磨损率和腐蚀电流密度,发现PVD制备的氮/碳基涂层呈现出更优的耐摩擦防腐蚀性能.进一步对海洋环境氮基与碳基抗磨蚀防护涂层的研究成果进行了重点阐述,探讨了组分、过渡层以及多层结构设计等对涂层微结构、力学及磨蚀性能的影响,剖析了涂层在海水磨蚀环境中的失效分析方法和损伤机理.最后,对海洋抗磨蚀防护涂层的未来发展方向进行了思考与展望.     

直流磁控溅射和高功率脉冲磁控溅射TiSiN 涂层的结构与性能比较

目的 对比研究HiPIMS和DCMS技术对涂层组织、结构与性能的影响,为不同磁控溅射技术制备硬质涂层提供理论依据与实验指导。方法 在相同功率密度下,通过HiPIMS和DCMS技术分别制备 TiSiN 涂层。通过X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、扫描探针显微镜（SPM）表征涂层的结构和形貌,并通过纳米压痕仪、划痕仪、UMT-3摩擦磨损试验机、电化学工作站表征涂层的力学、摩擦学和耐腐蚀性能。结果 与DCMS制备的TiSiN涂层相比,HiPIMS技术所制备的涂层表面更加光滑,结构更为致密,硬度提高了10%,且应力降低了35%,呈低应力高硬度特征,涂层的韧性和结合力也明显提高,膜基结合力由DCMS涂层的40 N提高至50 N。同时,涂层的耐磨和耐腐蚀性能得到提升,摩擦系数降低了18%,腐蚀电流密降低了将近1个数量级。结论 与DCMS 相比,HiPIMS技术在制备TiSiN纳米复合涂层上具有显著优势,有效提高了涂层的综合使役性能。     

退火时间对Ni催化非晶碳转变石墨烯的影响

目的 研究不同退火时间对Ni催化非晶碳转化生成石墨烯的影响。方法 采用磁过滤电弧沉积技术,在SiO2/Si基片上制备非晶碳薄膜,之后利用磁控溅射技术,在非晶碳薄膜上镀上一层金属Ni。再将样品放置在管式炉中进行真空退火热处理。通过X射线光电子能谱（XPS）表征非晶碳的化学价态,利用扫描电子显微镜（SEM）观察退火前后样品的表面形貌变化,利用拉曼光谱（Raman spectra）对生成的石墨烯进行质量表征,采用透射电子显微镜（TEM）对微观石墨烯结构进行表征。结果 700~800 ℃范围内,合理延长退火时间至60 min,可以提高生成的石墨烯质量,使得ID/IG值分别从0.63、0.61降至0.53、0.46。TEM显示,700 ℃退火60 min时,得到的石墨烯约为32层。900 ℃时,在1~10 min短时间内退火,即可得到高质量石墨烯。结论 退火时间显著影响非晶碳转化生成的石墨烯。900 ℃时,短时间退火可以生成高质量石墨烯,而在700~800 ℃时,则需要延长退火时间才可得到高质量石墨烯。退火时间并不能无限延长,否则会导致生成的石墨烯结构被破坏。     

沉积温度对CrB_2涂层结构与性能的影响

为了研究沉积温度对涂层微结构与力学性能的影响,采用直流磁控溅射技术制备了CrB_2涂层。通过XPS、XRD、SPM、SEM、HRTEM、纳米压痕仪和维氏压痕仪分别分析了涂层的成分、结构、微观形貌和力学性能。结果表明:在不同沉积温度下,CrB_2涂层均由CrB_2和少量Cr相组成。涂层具有致密的纳米柱状结构,其直径大约为7nm,且沿着生长方向贯穿整个涂层截面。随沉积温度升高,涂层晶体取向由(101)和(001)的混合取向逐渐转变为(001)择优取向,涂层由纤维状结构转变为柱状晶结构,且柱状晶尺寸随沉积温度的增加逐渐细化,致密化程度增加。涂层的力学性能随沉积温度的升高而显著增加;当沉积温度达到400℃时,涂层具有最高硬度(50.7±2)GPa和最高弹性模量(513.6±10)GPa。微观结构和力学性能随沉积温度的演变归因于沉积原子运动的逐渐增强和结构的致密化。     

刻蚀工艺对四面体非晶碳膜生长及其性能的影响

目的研究不同等离子体刻蚀工艺对基体和四面体非晶碳膜(ta-C)的影响,并进一步考察不同电弧等离子体刻蚀时间对ta-C薄膜结构的影响。方法采用自主设计研制的45°单弯曲磁过滤阴极真空电弧镀膜设备,进行不同等离子体刻蚀以及ta-C薄膜的沉积。使用等离子体发射光谱仪表征离子种类及其密度,使用椭偏仪表征薄膜厚度,原子力显微镜表征刻蚀后的基体粗糙度,拉曼光谱仪和XPS表征薄膜结构,TEM分析薄膜的膜基界面结构。结果辉光刻蚀工艺中,作用的等离子体离子以低密度的Ar离子为主;而电弧刻蚀时,作用的等离子体离子为高密度的Ar离子和少量的C离子,并且能够在基体表面形成约15 nm的界面层,并实现非晶碳膜(a-C)的预沉积。随电弧等离子体刻蚀时间增加,ta-C薄膜的sp3含量有所降低。结论相比于辉光刻蚀,电弧刻蚀利于制备较厚的ta-C薄膜。这主要是因为电弧刻蚀时,基体表面形成良好的界面混合层,并预沉积了非晶碳膜,形成a-C/ta-C的梯度结构,有助于增强膜基结合力。     

电弧喷涂Zn-Al合金与硅氧烷自组装制备超疏水涂层

采用电弧喷涂技术在Q235钢板上制备了Zn-Al合金涂层,利用硅氧烷对其表面改性,得到具有超疏水特性的Zn-Al涂层。利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、激光共聚焦蔡司光学仪、表面接触角仪(OCA20)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)研究了涂层表面形貌、疏水性能以及涂层材料与硅氧烷的结合机理。结果表明:当喷涂电压固定时,涂层表面的粗糙度随着送丝速度的增加先增大后减小;当送丝速度固定时,涂层表面的粗糙度随着电压的增大呈相同变化趋势。接触角随着Zn-Al涂层粗糙度的增加而增大,当粗糙度为12.457μm时接触角可增至151.06°,滚动角小于10°。自组装硅氧烷与涂层结合处理后表明结合机理是由硅氧烷水解后的羟基与基体的羟基通过脱水缩合而"生长"在Zn-Al涂层表面。     

化学刻蚀法调控铝合金阳极氧化膜的表面结构及防腐性能

为了提高铝合金的耐蚀性能,采用化学刻蚀与阳极氧化相结合的方法在铝合金表面构造了微纳结构,经进一步化学修饰后得到耐蚀性能良好的表面防护膜层。利用扫描电子显微镜、红外光谱仪表征所制备膜层的表面形貌和化学成分,采用激光共聚焦显微镜测定样品的表面粗糙度,通过接触角测量仪和电化学工作站对膜层的润湿性和防腐性能进行表征,考察刻蚀时间对于膜层表面结构和耐蚀性能的影响规律。结果表明:当刻蚀时间为3min时,膜层的耐蚀性能最佳:相对于未经刻蚀的样品腐蚀电位正移了0.15V,腐蚀电流下降了两个数量级。且接触角最大(152°),这是由于此条件下制备的薄膜表面微/纳结构最完整、比例最合理。     

双辉等离子渗铬界面层对类石墨碳基涂层力学及磨蚀性能的影响

目的 研究渗铬界面层对铬/类石墨碳(Cr/Graphite-Like Carbon,GLC)复合涂层力学性能、结合强度及磨蚀行为的影响,阐明Cr/GLC复合涂层的抗磨蚀机理。方法 以316L不锈钢(316L)为基体,先借助双辉等离子表面合金化(DGPSA)技术制备渗铬界面层,再采用直流磁控溅射(DCMS)技术制备顶层GLC涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)、共聚焦显微拉曼光谱仪(Raman)和X射线衍射仪(XRD)表征涂层的微结构与成分,采用纳米压痕仪、划痕仪、摩擦磨损仪和电化学工作站测试复合涂层的力学性能、断裂韧性、结合强度和抗磨蚀性能。结果 渗铬界面层能够促进GLC涂层的石墨化转变,实现硬度分布的梯度变化(基体为3.65 GPa,渗铬界面层为8.97 GPa,表面为13.15 GPa),有效阻碍了裂纹的扩展。与GLC涂层相比,Cr/GLC复合涂层具有较高的断裂韧性和结合强度(≥50 N),在3.5% NaCl溶液中具有更低的摩擦系数(0.055)和更低的磨损率(3.22×10^–7 mm³/Nm),其抗腐蚀性和化学稳定性也明显更优。结论 通过界面设计,实现了Cr/GLC复合涂层硬度分布的梯度过渡,提高了复合涂层的断裂韧性以及与316L的结合强度,赋予了复合涂层优异的抗磨蚀性能,为其在海洋苛刻环境下的磨蚀防护提供了有益借鉴。     

质子交换膜燃料电池金属双极板改性碳基涂层技术研究进展

对比了碳基涂层改性金属极板、未涂覆的金属极板和传统石墨极板性能的优劣,阐述了碳基涂层在优化金属极板导电耐蚀性能方面取得的最新成果,以及在质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cells, PEMFCs)环境长期运行后,碳基涂层出现性能失效及寿命受限等问题。通过分析影响碳基涂层性能的因素,指出由于非晶碳材料设计、微观结构等对其性能影响规律的系统化研究不足,导致非晶碳涂层/金属极板损伤及退化机理不明确。重点阐述了国内外关于PEMFCs金属极板改性碳基涂层材料技术的研究进展,包括调控本征碳基涂层(a-C)微观形貌优化涂层性能;采用理论计算与实验相结合的方法制备金属掺杂碳基涂层(a-C:Me),解决涂层与特定金属基体间粘附性差、压应力高等问题;设计多层结构碳基涂层以减少贯穿性缺陷。探讨了几类涂层失效机制,并对金属极板改性用碳基涂层技术进行了展望。