医用Mg-Zn-Ca-Mn合金在PBS模拟体液中的腐蚀行为

利用真空感应熔炼,采用金属模浇铸制备了Mg(100-x-y-z)-Znx-Cay-Mnz四元合金。使用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜及能谱仪对合金进行分析和表征。探讨了合金在PBS模拟体液中的腐蚀行为。结果表明,Ca、Zn及Mn原子的复合加入可显著细化合金的铸态显微组织;镁合金的腐蚀发生于晶粒内部,至晶界处终止;当加入2.0%的Zn和0.5%的Ca时,铸态合金的抗腐蚀性能最佳(平均腐蚀速率为0.77mm/a);当Zn、Ca含量均大于1%时,固溶时效态合金的腐蚀速率下降为铸态的1/2～1/4,表现出优异的耐蚀性;固溶时效处理可有效减少Mg2Ca相的体积分数,改善其分布,提高合金的耐蚀性能。     

反应磁控溅射制备CrN涂层的热稳定性

目的 研究了真空、大气2种环境下CrN涂层的热稳定性与氧化行为。方法 采用反应磁控溅射技术在(100)取向的P型单晶硅基底上制备了CrN涂层。利用真空热脱附谱(TDS)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、拉曼光谱(Raman)、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)以及加装的能谱仪(EDS)等表征方法,研究了在不同温度下涂层的热稳定性与氧化行为。结果 在真空退火时,TDS结果表明CrN涂层中的N在664 ℃左右开始释放,在温度达到1 000 ℃时释放结束。而在温度高于900 ℃时释放速率和释放量开始迅速上升,在温度达到930 ℃时达到峰值。在加热过程中,涂层中的CrN相部分转变为Cr2N相,在温度达到1 000 ℃时,完全转变为CrSi2相。在大气环境中,当温度达到700 ℃时,涂层开始被氧化,涂层表面生成了一层约136 nm厚的致密氧化层,同时在氧化层下方生成了一层CrOxN1?x的过渡层,并且涂层也出现了Cr2O3的拉曼峰。当温度达到800 ℃时,Cr2O3氧化物拉曼峰和衍射峰的数量和强度显著增加,说明涂层表面生成的氧化物的结构由简单变为复杂,并且结晶性增强。此外,氧化物颗粒逐渐长大,氧化层厚度增加,在温度达到850 ℃时,氧化层厚度达到429 nm。当温度高于700 ℃时,CrN涂层沿着厚度方向的元素扩散行为是O元素的向内扩散和N、Cr元素的向外扩散,并且释放的N在氧化层下方富集,并没有释放出去。结论 CrN涂层在真空中的热稳定性在900 ℃左右,在大气中的热稳定性在700 ℃左右。在大气中致密的Cr2O3氧化层的形成对O元素的向内扩散和N、Cr元素的向外扩散具有很好的阻挡作用。氧化层的这种阻挡作用对涂层的内部起到保护作用,延缓了涂层进一步的氧化和分解,这是CrN涂层热稳定性较好的原因。     

CrN和CrAlN涂层热稳定性、力学和摩擦学性能研究

目的 针对现有刀具用硬质CrN及CrAlN涂层的热稳定性研究尚属空白,以及对其涂层摩擦学性能的影响尚不清楚等问题,开展CrN和CrAlN涂层的热稳定性、氧化行为、力学性能及摩擦磨损性能研究。方法 采用中频反应磁控溅射技术制备CrN和CrAlN涂层,利用真空热脱附系统、场发射扫描电镜、原子力显微镜、能谱仪、X射线衍射、拉曼光谱仪、纳米压痕仪和摩擦磨损试验机等探究2种涂层的结构、热稳定性、力学性能和摩擦学性能。结果 在真空温度为646 ℃左右时,CrN涂层开始发生N分解和释放,在885 ℃左右时N的释放速率达到峰值。CrAlN涂层在真空温度为722 ℃左右时才开始发生N分解和释放,而在1 000 ℃下N的释放速率并未达到峰值。在大气温度600 ℃下,CrN涂层开始发生氧化,并生成Cr2O3相,且Cr2O3层的厚度随着温度的升高而增加,在900 ℃时涂层完全氧化。CrAlN涂层在900 ℃时才开始发生氧化,生成更为致密的Cr2O3和Al2O3混合氧化层,阻止涂层进一步氧化。在大气高温条件下,CrAlN涂层均具有比CrN涂层更高的硬度和弹性模量。随着温度的升高,2种涂层的表面粗糙度逐渐增加,摩擦因数逐渐降低,CrAlN涂层在600、800 ℃下的表面粗糙度和磨损率均低于CrN涂层。结论 在真空下,CrAlN涂层中键能较高的Al-N共价键改善了涂层的热稳定性,提高了CrAlN涂层中N的分解温度。在大气中,CrAlN涂层具有比CrN涂层更高的抗氧化性、硬度和弹性模量,CrAlN涂层在高温氧化过程中生成了连续且致密的Cr2O3和Al2O3混合氧化层,能够减缓O原子向涂层内部的扩散。CrAlN涂层具有比CrN涂层更优异的耐磨性,更适合作为高温工况下服役的刀具和模具等易磨损材料的防护涂层。