镀料粒子脱靶方式对纯铝镀层微观组织的影响

传统磁控溅射的镀料粒子碰撞溅射脱靶后具有较低的离化率和沉积动能,致使制备的纯金属镀层极易形成带有微空隙的柱状结构,降低了镀层的致密性和膜基结合力。针对此问题,在磁控溅射环境下将阴阳极间的电流提升至气体放电伏安特性曲线中的弧光放电过渡区时,受靶面晶界和缺陷处电子逸出功低于晶粒内的影响,靶面微区会形成电子逸出的自增强效应,并产生弧光放电现象。弧光放电使靶面微区熔融,该区域的镀料粒子将以熔融喷溅的方式脱靶,凭借熔融喷溅的高产额特性提高镀料粒子的碰撞离化率,为实现镀层组织的调控打下基础。实验结果发现:本研究采用高频振荡脉冲电场,在逐步提升靶电流的过程中,靶面的微观形貌会由不规则的凹坑状形貌逐渐转变为圆形熔坑和沟壑状形貌,说明镀料粒子的脱靶方式由碰撞溅射逐渐转变为熔融喷溅。靶电流为2 A时,镀料粒子主要以碰撞溅射脱靶,制备的纯Al镀层呈现出典型的柱状组织,而在柱状组织间存在着微小间隙。靶电流增大至14 A时,镀料粒子以熔融喷溅脱靶为主,大量离化的镀料粒子可在基体偏压电场下加速沉积,提高了镀料粒子的扩散能力,弱化了镀层柱状生长的倾向,易使镀层形成致密的组织。同时,镀层的沉积速率和膜基结合力也会有明显提升。     

钼添加对CrN涂层抗氧化性能的影响

研究钼添加对CrN涂层微观结构和抗氧化性能的影响,采用反应磁控溅射法在硅片和高速钢片上制备不同Mo含量的Cr-Mo-N涂层,并在500~800 ℃的高温空气中退火1 h,用X射线衍射（XRD）、拉曼光谱和扫描电子显微镜（SEM）对涂层退火前后的微观形貌进行表征。沉积的CrN和Cr-Mo-N涂层均表现出基于CrN晶格的B1面心立方相（fcc）。Mo离子取代Cr-N晶格中的Cr离子,形成Cr-Mo-N固溶体。在600 ℃时,XRD和拉曼光谱表明,Mo含量较高的Cr-Mo-N涂层中形成MoO₃相,表面较粗糙,含氧量较高。在700 ℃时,CrN涂层由于内应力的作用,其横截面形貌为疏松的柱状晶,并有一定的多孔区,而Cr-Mo-N涂层则为致密的柱状晶结构。低Mo含量（<17at%）的Cr-Mo-N涂层比CrN涂层具有更好的抗氧化性。     

脉冲电沉积SiC/TiN颗粒增强Ni-Mo纳米复合镀层研究

采用脉冲电沉积技术在6061铝合金表面制备SiC/TiN颗粒增强Ni-Mo纳米复合镀层。通过在镀层中引入SiC、TiN纳米颗粒并改变电沉积的平均电流密度和占空比,调控复合镀层的微结构,探讨纳米颗粒增强涂层的成膜过程与晶粒细化机理,研究复合镀层的组织结构与耐蚀性、耐磨性的关系。结果表明:双纳米颗粒的加入使镀层结构由锥状向胞状转变,晶粒尺寸由29.86 nm减小至22.79 nm。其中在电流密度为8 A·dm~(-2),占空比为20%时制备的镀层最为均匀致密且Si C/Ti N颗粒复合量最高,分别为1.3%和3.1%(质量分数)。镀层具有典型的fcc结构且呈现出(111)择优取向,纳米颗粒均匀分散在Ni-Mo基体中。Tafel极化和浸泡试验研究表明Ni-Mo复合镀层的腐蚀电流密度为7.08μA/cm~2,相比之下在电流密度为4、8和12 A·dm~(-2)和占空比为40%、60%下制备的Ni-Mo/Si C-Ti N纳米复合镀层腐蚀电流密度分别为4.68、4.12、5.75、4.37和5.53μA/cm~2,分别降低了34%、42%、19%、38%和21%。研究发现在电流密度为8 A·dm~(-2),占空比为20%下制备的纳米复合镀层表现出最好的耐蚀性。与Ni-Mo镀层相比,SiC/TiN颗粒的引入显著地提升了镀层耐磨性。此外,还对脉冲共沉积机理进行了讨论。     

激光热喷涂Co30Cr8W1.6C3Ni1.4Si涂层在PAO+2.5%MoDTC油中摩擦学特性

为了提高TC4合金的耐磨性能,采用激光热喷涂技术在其表面制备了Co₃₀Cr₈W_1.6C₃Ni_1.4Si涂层。通过扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）分析了涂层的形貌和物相,并通过摩擦磨损实验研究了涂层在PAO+2.5% MoDTC（质量分数）油中的磨损行为。结果表明,激光热喷涂的Co₃₀Cr₈W_1.6C₃Ni_1.4Si涂层主要由Ti、WC_1-x、CoO、Co₂Ti₄O和CoAl相组成,在涂层界面形成冶金结合。在激光功率为1000、1200和1400 W时所制备的涂层平均摩擦因数分别为0.151、0.120和0.171,其对应的磨损率分别为1.17×10^-6、1.33×10^-6和2.80×10^-6 mm³?N^-1?m^-1,磨损机理为磨粒磨损,其枝晶尺寸对降磨起主要作用。     

气体流量对铝合金表面等离子喷涂8YSZ热防护涂层微观特性及力学性能影响研究

为了突破铝合金表面等离子喷涂热防护涂层结合强度低的技术瓶颈,采用三阴极等离子喷涂系统,在7A04-T6超高强铝合金基材表面制备了8YSZ热防护涂层,借助扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计及万能力学试验机,分析表征了不同气体流量参数对涂层显微形貌、物相组成、显微硬度及结合强度的影响,并提出了气体流量参数对涂层结合强度影响的临界值。研究结果表明：不同的气体流量参数下制备的涂层上表面均存在着熔融及半熔融的粉末粒子形貌、不同尺寸的孔隙结构及不同程度的裂纹扩展形貌。伴随着气体流量的增加,涂层的致密度增加,涂层的夯实形貌则呈现先增加后减少的变化趋势。不同气体流量参数下制备的涂层的物相结构与喂料粉末基本一致,都仅存在单一成分的Zr0.92Y0.08O1.96组元。伴随着气体流量参数的增大,涂层的平均显微硬度呈现逐渐增大的变化趋势,涂层的平均结合强度呈现先增大后减小的变化趋势。     

电爆喷涂方法的研究进展

电爆喷涂是一种新兴的热喷涂方法,它是利用高电压对喷涂材料脉冲放电,瞬时大电流将其加热并发生爆炸,产生高温粒子伴随冲击波喷射到基体表面形成涂层。其特点是喷射粒子速度高,设备尺寸小,适用于孔腔内壁喷涂。本文综述了电爆喷涂方法的发展现状,其经历了自由、定向和约束电爆喷涂。自由喷涂的电极直接接触,烧损严重,并对管径有限制,仅用于小直径管/孔内壁;定向喷涂的约束腔常用陶瓷材料,在爆炸冲击时易破裂或烧蚀;约束喷涂采用消融材料制作约束腔,气体放电导入电流,使这些问题得以解决。其次,阐述了该方法制备的涂层特性,即涂层与基体呈冶金结合,形成了超细晶、纳米晶结构的致密涂层,且具有良好的耐磨和抗腐蚀性及较高的硬度;给出了过程参数与涂层的关系,能量密度和喷涂距离是影响涂层性能的主要因素。最后分析了将来需要研究的问题,展望了电爆喷涂方法的发展趋势。     

钛合金表面激光熔覆AlCoCrFeMoVTi高熵合金涂层的摩擦磨损和高温抗氧化性能

为提高钛合金的摩擦磨损和高温抗氧化性能,采用激光熔覆技术在Ti6Al4V(TC4)钛合金表面制备了近等原子比的AlCoCrFeMoVTi高熵合金(HEA)涂层。借助X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)等分析了涂层的物相组成和显微组织;利用HDX-1000维氏硬度仪测试了熔覆层显微硬度;通过UMT-3摩擦磨损试验机和GSL-1400X型管式电阻炉分别测试了HEA涂层的摩擦磨损性能和高温抗氧化性能。结果表明,HEA涂层主要由面心立方(fcc)、体心立方(bcc)二元共晶相组成;HEA涂层最高显微硬度HV0.2为10 990 MPa,是基体TC4的3.29倍;涂层摩擦系数为0.31,磨损体积为1.79×10~(-4)mm~3,分别为基体的59.62%和12.01%;在800℃恒温下氧化50h后,HEA涂层的氧化增重为1.49 mg,仅为基体的16.37%。激光熔覆高熵合金AlCoCrFeMoVTi涂层能显著改善Ti6Al4V钛合金的摩擦磨损和高温抗氧化性能。     

锆合金耐事故燃料包壳涂层研究进展

日本福岛核事故后,以提升反应堆在事故工况下的稳定性和安全性为目的的事故容错燃料技术研究已成为世界范围内的研究热点。涂层技术是事故容错燃料项目短期规划主要的发展方向。在锆合金燃料包壳表面制备保护性涂层能够在不改变现有燃料体系结构的前提下,提升锆合金包壳在反应堆失水事故条件下的事故容错能力。本文综述了国内外锆合金包壳涂层领域研究成果,总结了锆合金表面涂层的种类、性能、制备技术及应用前景,结合涂层的制备技术,综合分析了各种制备方法的特点以及未来需集中要解决的问题。在此基础上,提出金属Cr涂层具有良好的耐腐蚀性能,尤其是在>1200°C高温蒸汽腐蚀条件下能够有效保护锆合金基体,是目前最有希望工程化应用的事故容错涂层。同时,探索适合于工程化应用的Cr涂层制备技术,解决Cr涂层的制备缺陷,提升涂层的结构致密性以及界面性能是目前亟待解决的关键问题。     

SiC晶须对等离子喷涂YSZ涂层显微结构的影响

为了研究SiC晶须对等离子喷涂YSZ（Y₂O₃部分稳定的ZrO₂）涂层显微结构的影响规律,采用喷雾造粒技术制备了晶须含量分别为0%、1%、2%和3%（质量分数）的团聚YSZ颗粒（0#、1#、2#和3#粉末）,利用等离子喷涂技术（APS）分别制备了0#、1#、2#和3#等4组涂层。利用扫描电镜（SEM）及金相显微镜等测试分析设备研究SiC晶须分散工艺和定量表征方法,以及团聚颗粒的形态和涂层的显微结构,并分析了含晶须涂层的成型过程。结果表明：机械搅拌时间增加至5 h时,晶须具有较好的分散程度,对应的晶须面积分数为11.03%。含晶须的团聚颗粒主要呈“水滴状”和“纺锤状”,1#、2#和3#粉末中“水滴状”和“纺锤状”团聚颗粒的数量比例分别为16.5%,22.7%和39.3%。由于非水平态晶须对颗粒中未熔融原粉末在冲击和铺展过程的阻碍作用,涂层的孔隙率随着晶须含量的增加而增加,0#涂层的孔隙率为3.89%,1#、2#和3#涂层的孔隙率分别是0#涂层的3.15倍、4.17倍和7.52倍。     

航空发动机钛合金压气机组件防钛火用阻燃可磨耗涂层研究进展

本文描述了钛合金在航空发动机的应用优势及出现的"钛火"问题,并介绍了解决"钛火"的方案,如阻燃钛合金、阻燃涂层及阻燃可磨耗涂层等。着重介绍了阻燃可磨耗涂层的技术研究现状,包括其涂层阻燃可磨耗性的评价标准以及阻燃可磨耗的相关机理研究。最后指出了在600～750℃区间应用的钛合金阻燃可磨耗涂层未来研究趋势和发展方向。