Al_2O_3/CrN_x复合膜的摩擦磨损特性

为改善铝合金零部件的摩擦磨损特性,采用微弧氧化和射频磁控溅射技术,在2A12铝合金表面制备Al2O3/CrNx复合膜。用X射线衍射仪、涡流测厚仪、纳米硬度仪、微摩擦磨损试验机、非接触表面三维形貌仪及扫描电镜对Al2O3涂层及复合膜的相组成、膜厚、纳米硬度、摩擦磨损特性和磨痕形貌等进行了研究。实验结果表明:32μm厚的多孔Al2O3陶瓷涂层由α-Al2O3和γ-Al2O3相组成,外层1.2μm厚的CrNx膜由单质Cr,Cr2N和CrN相组成;Al2O3涂层及Al2O3/CrNx复合膜的摩擦因数和磨损率都随法向载荷的增加而增大,在相同实验参数下,复合膜的摩擦因数和磨损率都远小于Al2O3涂层的,这表明在Al2O3涂层表面沉积CrNx膜能明显改善其摩擦磨损特性,将延长对偶件的使用寿命。     

液态GaIn合金对铜的腐蚀机理与防腐蚀技术研究

为了提高Cu耐GaIn合金腐蚀的性能,采用多弧离子镀在纯Cu表面溅射Cr涂层和Al涂层.再利用原位反应和溶胶凝胶法制备出Cr/Cr2 O3/Al2 O3复合涂层、Cr/CrN/SiO2复合涂层以及Al/Al2 O3/Al2 O3复合涂层,将样品置于60℃和200℃的GaIn合金中进行腐蚀试验.GaIn合金会对Cu样表面造成严重的点状腐蚀,但在腐蚀过程中铜镓金属间化合物会附着在铜样表面,从而降低GaIn合金对铜块的腐蚀速率.GaIn合金会对Al/Al2 O3/Al2 O3涂层造成严重的腐蚀,使涂层大面积剥落.Cr/CrN/SiO2涂层在GaIn合金中较为稳定,腐蚀程度低,但最外层的SiO2出现开裂和剥落.Cr/Cr2 O3/Al2 O3涂层在GaIn合金中无明显腐蚀现象.随着腐蚀温度的升高,GaIn合金对样品的腐蚀速率也会有所提高.Cu在200℃时的腐蚀速率是在60℃时的269倍以上,黏附在Cu表面的腐蚀产物主要为CuGa2.Cr/Cr2 O3/Al2 O3涂层抗GaIn合金腐蚀性能最好,Cr/Cr2 O3/Al2 O3涂层在200℃的GaIn合金中腐蚀速率为0.0495μm/h,且对Cu的热导率影响在1％左右.     

电弧喷涂Al,45CT及其复合涂层的抗高温氧化性能与机理

为获得抗氧化性能优良的涂层,采用电弧喷涂方法制备了Al,45CT及其复合涂层,探讨了3种涂层过渡层的形貌、物相及其相应的作用,分析了3种涂层的组织结构、抗氧化性能与机理。结果表明:Al涂层和复合涂层高温氧化后表面氧化膜有剥落现象,涂层中的抗氧化元素Cr含量很低;45CT涂层中的抗氧化元素Cr含量仍然很高,涂层的自我修复能力很强,表面生成的Cr2O3氧化膜具有优异的抗氧化性能;在涂层与基体结合处有一层过渡层,不仅增强了涂层与基体的结合力,还能进一步阻止氧化性气体向基体入侵,起到二次保护作用。     

直流反应溅射沉积Al2O3薄膜及其在SS-AlN金属陶瓷太阳吸收涂层的应用

在沉积不锈钢-氮化铝(SS-AlN)金属陶瓷太阳吸收集热管的磁控溅射三靶镀膜机上,安装了UPS03反应溅射闭环控制单元,实现反应溅射Al2O3稳定反馈控制。采用国产直流电源在Al靶表面处于过渡态下,成功制备了吸收几乎为零的Al2O3薄膜。溅射功率在14kW时,反应溅射沉积Al2O3的靶电压波动可长时间稳定控制在±3 V范围内,沉积速率为5.4 nm/(min·kW),约为Al靶在无反应气体溅射下沉积Al薄膜速率的74%。采用Al2O3代替AlN作为减反射层,应用到SS-AlN太阳选择性吸收涂层中,进一步提高了复合膜的太阳光学性能,太阳吸收比由AlN作为减反射层的0.956提高到0.965,红外发射比不变,仍为0.044。     

不同Al2O3-TiO2-Cr2O3-SiO2配比等离子喷涂层的耐磨粒磨损性能

为了探讨等离子喷涂制备Al2O3-TiO2-Cr2O3-SiO2层的可行性及其喷涂层的耐磨性,采用等离子喷涂在Q235钢表面分别制备了54%Al2O3-36%TiO2-10%Cr2O3-0.5%SiO2,42%Al2O3-28%TiO2-28.5%Cr2O3-1.5%SiO2和30%Al2O3-20%TiO2-47.5%Cr2O3-2.5%SiO23种陶瓷层,分析了陶瓷涂层的金相显微形貌、显微硬度及耐磨粒磨损性能,并分析了其耐磨粒磨损的机理。结果表明:3种涂层的显微硬度分布均具有梯度分布特性,Al2O3+Cr2O3硬质相含量越高,涂层硬度越大;30%Al2O3-20%TiO2-47.5%Cr2O3-2.5%SiO2喷涂粉制成的涂层的硬度最大,耐磨粒磨损性能最佳。     

真空管式太阳能集热器研究最新进展

从选择性吸收涂层的材料、结构、热稳定性及真空环境等方面综述了真空管式太阳能集热器的研究进展。不锈钢、Ti、Al、Ni类材料适于制备中低温选择性吸收涂层;而Mo和W类等高熔点材料,适于高温涂层。涂层结构方面,主要有吸收层/介质减反层的光干涉类、金属红外反射层/金属介质吸收层/介质减反层的金属陶瓷类。影响涂层热稳定性的主要因素是高温下涂层的破裂、氧化及元素扩散,涂层厚度与结构也能影响热稳定性。结果表明:①选择性吸收涂层制备,应采用电化学或磁控溅射技术并结合纳米材料对涂层进行多层化、梯度化研究;②应着重发展Mo类金属陶瓷型的热稳定性好的涂层,以实现高温高效集热;③应加快实现太阳能集热器的智能化、自动化与建筑一体化。     

电弧离子镀AlCrN沉积层初期氧化形貌、组构及反应机制

为了弄清AlCrN涂层在高温环境中的抗氧化机制,采用电弧离子镀技术制备了AlcrN涂层,对真空退火和短时氧化处理后的沉积层采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)分析和元素成分(EDS)进行了观察和分析.结果表明:真空退火处理的沉积层中CrN相逐渐转变为Cr2N,并释放出N2;在900,1000℃下氧化1～5 h,沉积层中部分Cr2N与O2反应生成Cr2O3,此时涂层的物相以Cr2N和Cr2O3为主,并含少量CrAlN相;氧化至10 h,沉积层表面生成以Cr2O3和Al2O3为主的氧化膜,此氧化膜的生成有利于涂层抗氧化性能的提高.     

AZ31B镁合金表面自蔓延反应火焰喷涂Al_2O_3基陶瓷层的组织结构及性能

为了提高火焰喷涂Al2O3基陶瓷涂层的致密度、结合强度和耐磨性,将铝热剂Al/CuO加入氧化铝钛粉(AT)陶瓷骨料中,采用自蔓延(SHS)反应火焰喷涂技术在AZ31B镁合金表面制备了Al2O3基复相陶瓷层,并对涂层的组织结构、致密度、抗热震性、结合强度和耐磨性进行了测试,分析了铝热剂对陶瓷层性能的影响。结果表明:与普通火焰喷涂制备的AT陶瓷层相比,SHS反应火焰喷涂制备的Al2O3基陶瓷层内部有Cu2+1O,Cu3TiO5,Al等新相生成,具有良好的致密度、结合强度和显微硬度,其耐磨性较普通火焰喷涂AT层提高较多。     

全玻璃SS-AlN金属陶瓷真空太阳集热管

不锈钢-氮化铝(SS-AlN)金属陶瓷太阳选择性吸收涂层于1995年在实验室制备成功,采用真空磁控溅射沉积。太阳吸收复合膜采用干涉吸收型膜层结构,由不同金属含量的两层金属陶瓷层组成吸收层。金属陶瓷吸收层采用在镀膜室中SS和Al金属靶,在溅射气体Ar和反应气体N2中同时溅射运行,SS靶非反应溅射沉积SS金属组分,Al靶反应溅射沉积AlN陶瓷组分。实验室沉积的SS-AlN吸收涂层的太阳吸收比高达94%～96%,室温辐射比3.5%～4.0%。皇明公司2001年开始产业化生产全玻璃SS-AlN真空太阳集热管。我们开发了立式集热管连续镀膜线,第一条镀膜线于2007年调试成功,投入生产。集热管镀膜线真空系统长约41 m,高约3 m。每条线日产约为1.8～2.0万支。     

电弧离子镀制备NiCrAlY涂层及其抗高温氧化性能

为提高高温合金材料抗高温氧化性能,利用真空阴极电弧离子镀在DZ22B高温合金上沉积Ni Cr Al Y涂层,研究涂层的抗高温氧化性能。采用扫描电镜观察膜层表面和截面形貌,化学容量法测试膜层成分,X射线衍射仪分析涂层的物相组成,万能试验机检测涂层结合力。结果表明:所制备的Ni Cr Al Y涂层厚度约50μm,涂层致密且与基体结合良好;涂层成份除Al元素有所损失外基本与靶材一致。Ni Cr Al Y涂层主要相为γ′-Ni3Al/γ-Ni,同时含有少量的β-Ni Al相。在1050℃高温下,Ni Cr Al Y涂层表面形成致密的氧化铝层有助于减缓氧化速度,对基材起到良好的保护作用;涂层失效的主要方式是随着氧化的进展,氧化层产生裂纹并剥落,新的表面被氧化,剥落和被氧化往复进行,直至涂层失效。     

镍-铬复合溶胶的制备及其在高发射率涂层中的应用

首先合成了镍-铬复合溶胶,然后向其中掺杂纳米SiC粉末得到喷涂用涂料,进而在镍基高温合金上制备了NiO-Cr2O3-SiC红外高发射率复合陶瓷涂层.结果表明,该涂层有很高的发射率,与基材结合良好,抗热震性能明显优于Al2O3-SiC陶瓷涂层.     

新型热控涂层Al-Al_2O_3金属陶瓷复合膜制备与性能研究

介绍了柔性基底金属陶瓷复合膜的膜系结构设计,利用脉冲直流磁控溅射技术,在聚酰亚胺基底上制备了Al-Al2O3金属陶瓷复合膜,自基底至膜层表面依次为:聚酰亚胺、金属反射层、金属陶瓷层、减反射层。并对所制备的金属陶瓷复合膜进行了光热学性能分析。实验结果表明:通过脉冲直流磁控溅射技术制备的Al-Al2O3金属陶瓷复合膜,具有高太阳吸收率(a≥0.90),低红外发射率(ε≤0.11),是一种高效吸热型热控薄膜材料。     

遮阳可控性低辐射玻璃的制备及性能

本研究通过常压CVD法在玻璃基板上分别镀制单层SnO2∶Sb(ATO)薄膜和SnO_2∶F(FTO)/ATO复合薄膜,研究单层ATO薄膜和复合薄膜对玻璃光电性能的影响。结果表明:单层ATO薄膜和复合薄膜均为四方金红石型多晶SnO_2薄膜,且结晶性能良好,结晶度高。单层ATO薄膜可明显降低玻璃的透过率,改善玻璃的导电性和遮阳性。复合薄膜相对于单层ATO薄膜,导电性、遮阳性和辐射性能均有较大的提升,薄膜电阻率、遮阳系数和辐射率随着复合薄膜膜厚的增加而逐渐降低,薄膜晶粒增大。当复合薄膜厚度为821nm时,薄膜电阻率为4.9×10~(-4)Ω·cm,遮阳系数和辐射率分别为0.50和0.06,远红外反射率达到93.9%。     

核-壳结构粒子SiO_2@Bi_2O_3的制备及红外发射率研究

为了研究制备复合隐身粒子的方法,采用溶胶-凝胶法制备了核-壳结构SiO2@Bi2O3粒子.通过XRD、TEM及发射率测试仪对制备的材料的结构、形貌和性能进行了表征.XRD表明在700℃可以得到Bi2O3纯相;红外发射率测试表明,Bi2O3具有较低的红外发射率,在SiO2表面包覆Bi2O3后,在3～5μm和8～14μm两个测试波段都能降低SiO2的红外发射率.通过核-壳结构的形式,在较高发射率的样品表面涂覆红外发射率较低的样品,可以提高红外隐身效果.     

Role of powder treatment and carbon nanotube dispersion in the fracture toughening of plasma-sprayed aluminum oxide-carbon nanotube nanocomposite

Al2O3 ceramic reinforced with 4-wt% multiwalled carbon nanotube (CNT) is plasma sprayed for improving the fracture toughness of the nanocomposite coating. Two different methodologies of CNT addition have been adopted in the powder feedstock to assist CNT dispersion in the nano-Al2O3 matrix. First, spray-dried nano-Al2O3 agglomerates are blended with 4 wt% CNT as powder-feedstock, which is subsequently plasma sprayed resulting in the fracture toughness improvement of 19.9%. Secondly, spray dried composite nano-Al2O3 and 4 wt% CNT powder was used as feedstock for attaining improved dispersion of CNTs. Plasma sprayed coating of composite spray dried powder resulted in increase of 42.9% in the fracture toughness. Coating synthesized from the blended powder displayed impact alignment of CNTs along splat interface, and CNTs chain loop structure anchoring the fused Al2O3 melt whereas coating synthesized from composite spray dried powder evinced anchoring of CNTs in the solid state sintered region and CNT mesh formation. Enhanced fracture toughness is attributed to significance of CNT dispersion.     

CaCO3/SiO2复合粒子涂层的表面结构及其疏水性能研究

以机械高速搅拌法制备了具有草莓结构的CaCO₃/SiO₂复合粒子,并对其进行了表面修饰改性.利用聚硅氧烷的自组装功能,将制备的复合粒子与硅氧烷一起制备了具有“荷叶效应”的超疏水涂层,静态水接触角达169°,滚动角约为2°.通过扫描电镜观察涂层的表面微观形貌,发现该涂层具有微米-纳米相结合的双层粗糙结构.微米凸起的粒径在2～3μm左右,纳米凸起的粒径约为200nm左右,与荷叶具有类似的结构排布方式.通过原子力显微镜和接触角的测试,探讨了表面微观结构、涂层粗糙度和涂层疏水性能之间的关系.结果表明：复合粒子构成的非均相界面的水接触角符合Cassie模型.复合粒子赋予涂层的双微观粗糙结构与自组装成膜硅氧烷的低表面能的协同效应,使涂层具有了优良的超疏水性能.     

复合电沉积法制备Sn-TiO2纳米薄膜

采用复合电沉积法制备了TiO2质量分数为20.86%的Sn-TiO2纳米薄膜,研究了阴极电流密度、镀液温度、TiO2微粒的悬浮量等因素对薄膜中TiO2含量的影响,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)对热处理后的SnO2-TiO2复合薄膜进行了表征,以甲基橙为模型化合物对薄膜的光催化性能进行了测定.结果表明,在最佳工艺下所得复合纳米薄膜具有优异的光催化活性.     

Plasma spraying of zirconia-titania-silica bio-ceramic composite coating for implant application

Zirconia-titania-silica (ZTS) bio-ceramic composite coating was deposited on titanium surface via plasma spray process. The original feedstock was prepared by mixing equal amounts (wt.%) of each powder in ceramic pot followed by stirring with ceramic ball. The resulting composite powder was sprayed at two different stand-off distances (SOD: 45 and 50 mm). Silica particles are distributed uniformly in the coating matrix. Amorphous silica was detected by energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDXS) and FT-IR analysis which showed the spectra of Si-O and Ti-O stretching bonds. Anatase phase, the main phase of titania in feedstock, was transformed into rutile phase in the coating structure. The spraying efficiency was increased as the stand-off distance decreased. High intensity of tetrahedral zirconia phase was detected in the composite coating sprayed at 50 mm SOD.     

减反射可见光与反射近红外线双功能镀膜玻璃

采用溶胶-凝胶工艺,用提拉法在光伏玻璃上制备了玻璃/TiO2-SiO2/SnO2∶F/SiO2减反射可见光与反射近红外双功能膜。用拟合方法研究了TiO2掺量对TiO2-SiO2膜层折射率的影响、以及溶胶中水含量对SiO2膜层折射率的影响;研究了快速热处理温度对SnO2∶F膜结构和方块电阻的影响,用紫外-可见光谱(UV-Vis)测试了膜层的透射率,用扫描电镜(SEM)观察了膜层的表面形貌。结果表明,TiO2掺量可以使TiO2-SiO2膜层的折射率在1.49~1.97之间变化,SiO2溶胶中的水含量能够在膜面上形成微孔,降低SiO2膜层的折射率。通过优化工艺,制备出了在可见光范围平均透过率约为96%、1120nm波长近红外起始反射的双功能复合膜。对得到的结果进行了讨论。     

Selective-black absorbers using sputtered cermet films

Selective-black absorbers have high solar absorptivity and low infrared emissivity. We have prepared excellent selective-black absorbers by using r.f. sputtering to deposit MgO-Au and Cr₂O₃-Cr cermet films, which are highly absorbing in the solar spectrum and highly transparent in the infrared, on metal substrates. Both types of films are found to consist of individual crystallites less than 200 Å in size. Absorbers with solar adsorptivity of over 0.9 and infrared emissivity of less than 0.1 have been prepared by depositing films of 75 vol.% MgO-25 vol.% Au on molybdenum-coated stainless steel. These absorbers are stable in air up to 400°C. Absorbers with similar optical properties have been obtained by depositing films of 71 vol.% Cr₂O₃-29 vol.% Cr on nickel-coated stainless steel, provided that these films are covered with a Cr₂O₃ antireflection coating. These absorbers are stable in air up to 300°C. Computer calculations indicate that even better selective properties can be obtained by using Cr₂O₃-Cr films with a graded composition profile rather than a discrete Cr₂O₃ coating.