阴极等离子电解大面积沉积涂层技术

阴极等离子电解沉积技术是一种先进的涂层制备技术。利用此技术制备的涂层往往具有新的结构和性能,如涂层的纳米结构、与基体的冶金结合、优异的耐常温腐蚀性能和抗高温氧化性能,并能实现水溶液中难以还原的活泼金属的沉积以及在难熔合金上直接进行沉积等。但是,由于沉积过程中气膜微弧放电的不均匀性,人们难以通过阴极等离子电解沉积在大面积试样上获得均匀、致密的涂层。近年来,北京市腐蚀、磨蚀与表面技术重点实验室课题组致力于阴极等离子电解大面积沉积金属、合金及陶瓷涂层的研究,并取得了较大的进展。阴极等离子电解沉积技术作为一种绿色环保的工程技术,阴极等离子电解沉积将具有广阔的应用前景。     

激光等离子复合热源喷涂工艺沉积机理研究

目的提高涂层的结合强度和改善微观组织结构。方法选取WC-10Co4Cr喷涂材料,分别通过激光等离子复合热源喷涂工艺以及等离子喷涂工艺制备涂层,对涂层组织与基本性能进行检测,对两种不同喷涂工艺的沉积机理作对比分析研究。研究复合热源喷涂涂层微观组织结构以及涂层与基体间结合方式较等离子喷涂涂层的变化。利用高速摄像仪对激光等离子复合热源喷涂以及等离子喷涂的工艺过程进行跟踪监测和分析,研究复合热源沉积过程中,基体表面微熔池的形成及粉末粒子在不同沉积工艺过程中熔融状态的对比,分析等离子喷涂涂层和复合热源喷涂涂层的沉积机理。结果等离子喷涂WC-10Co4Cr涂层以机械结合方式为主,涂层结合强度为39.5 MPa,孔隙率为1.7%,而激光等离子复合热源喷涂WC-10Co4Cr涂层实现了冶金结合,其结合强度提升到91 MPa,孔隙率降低到0.86%。结论激光等离子复合热源喷涂工艺可以有效提升涂层的结合力,改善涂层组织致密性,更有利于涂层的耐磨耐腐蚀性能。     

等离子喷涂-物理气相沉积高温防护涂层研究进展

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。     

炭/炭复合材料抗氧化抗热震铱涂层的研究进展

铱是航天领域1800 ℃以上炭/炭复合材料抗氧化抗热震涂层的首选材料。本文介绍了物理气相沉积、金属有机物化学气相沉积、熔盐电解沉积和双层辉光等离子沉积等4种主要制备铱涂层的方法,讨论了铱涂层与炭/炭复合材料基体之间过渡层的材料选择,总结了铱涂层的地面试车测试结果,分析了影响铱涂层寿命的因素,指出今后我国制备铱涂层的技术途径应采用熔盐电解沉积 (Electroformed Deposition, 简写为ED)、双层辉光等离子沉积 (Double-glow Plasma Deposition, 简写为DPD)方法。     

碳化硼涂层材料研究进展

综述了碳化硼材料的基本结构、主要性能参数、各种制备碳化硼涂层的方法以及碳化硼涂层的应用现状和前景。讨论了物理气相沉积、化学气相沉积、等离子喷涂、气体转换、反应一烧结、等离子浸没离子处理等方法和涂层的性能特点。碳化硼涂层要在众多领域获得广泛应用,如何制备更均匀致密的碳化硼涂层、提高涂层与基体之间的结合力、降低涂层应力仍是今后研究的重点。     

大气物理气相沉积行为对层流等离子喷涂Mo涂层结构影响*

通过提高基体温度或粒子温度可以突破大气等离子喷涂涂层结合率一般不超过 1 / 3 的瓶颈，然而目前粒子温度难以通过提高功率等方式进一步提高。基于大气层流等离子喷涂的相关研究证明了层流等离子射流具有射流长度长、速度低、能量密度高等特点，能够有效通过提高粒子在等离子射流的滞留时间从而实现对粒子的充分加热。为了研究层流等离子喷涂高熔点 Mo 涂层的结构演变规律与关键影响因素，并推导出金属与陶瓷涂层的一般沉积行为，使用扫描电子显微镜对三种喷涂参数下制备的 Mo 涂层的结构进行了表征与分析。结果表明，喷涂过程中，在等离子射流以及高温粒子对基体的原位加热作用下，Mo 的氧化物蒸气能够在等离子射流扫掠中与扫掠后附着、沉积在涂层表面，从而影响后续 Mo 粒子的沉积而改变涂层的微观结构。涂层的结构主要与 Mo 粒子的蒸发和基体温度有关。粒子蒸发越剧烈，基体温度越高，涂层越趋向于呈现出多孔岛状凸起结构；粒子蒸发越弱，涂层越趋向于呈现出层状结构，有利于实现低氧化、高致密金属涂层的制备，拓宽等离子喷涂的应用。综合以上研究结果，揭示层流等离子射流中的粒子大量蒸发现象与气相沉积过程，为其作为一种大气环境物理气相沉积的实施方式奠定了基础。     

电压及电流对等离子喷涂Mo涂层微观组织和性能的影响

采用等离子喷涂技术在45钢表面制备纯Mo涂层,研究了喷涂高电压、低电流参数下涂层表面与截面的微观组织与性能。结果表明:等离子喷涂过程中电压参数变化对该涂层组织和性能的影响较之电流参数变化更为明显;等离子喷涂电压降低同时H_2流量减少,粉末颗粒熔化时间得以延长,但运动速度和动能下降,导致涂层沉积率和孔隙率降低,涂层变薄;喷涂电流降低使粉末熔化质量下降,同时受到未熔粉末反弹因素影响,涂层厚度和沉积率也相应减少;当等离子喷涂电压为165 V、电流为360 A时,制备出的纯Mo涂层沉积率较高且具有较好的组织和综合性能,其中涂层表面硬度为757 HV0.5、粗糙度Ra为2.26μm。     

阴极等离子电解沉积技术简介及其研究进展

阴极等离子电解沉积是一种将传统电解和等离子体相结合的表面处理与材料制备技术,与传统的表面处理技术相比,该技术在能量消耗、制备速率、沉积层表面致密度、与基体结合力等方面均有大幅度改善,因此备受关注。概述了阴极等离子电解沉积的基本机理,包括电压-电流的演变过程、气体鞘层的形成过程、等离子体的演变规律和金属离子的沉积现象等,在此基础上讲解了阴极等离子电解沉积的技术优势。针对阴极等离子电解沉积过程中复杂的影响因素,分析并探讨了电压、占空比、时间等电参数以及酸含量、添加剂、电解液浓度等溶液参数对阴极等离子电解沉积的影响规律。在此基础上,重点综述了近年来阴极等离子电解沉积在多个领域的研究进展,包括先进陶瓷涂层、金属涂层以及复合涂层的制备,纳米电催化剂、纳米微球、中空微球和石墨烯等功能材料的合成以及渗碳、渗氮等领域的应用等。最后总结并展望了阴极等离子电解沉积在涂层领域的发展方向以及催化剂、石墨烯等其他新型领域的研究前景。     

电压及电流对等离子喷涂Mo涂层微观组织和性能的影响

采用等离子喷涂技术在45钢表面制备纯Mo涂层,研究了喷涂高电压、低电流参数下涂层表面与截面的微观组织与性能。结果表明:等离子喷涂过程中电压参数变化对该涂层组织和性能的影响较之电流参数变化更为明显;等离子喷涂电压降低同时H2流量减少,粉末颗粒熔化时间得以延长,但运动速度和动能下降,导致涂层沉积率和孔隙率降低,涂层变薄;喷涂电流降低使粉末熔化质量下降,同时受到未熔粉末反弹因素影响,涂层厚度和沉积率也相应减少;当等离子喷涂电压为165 V、电流为360 A时,制备出的纯Mo涂层沉积率较高且具有较好的组织和综合性能,其中涂层表面硬度为757 HV0.5、粗糙度Ra为2.26μm。     

Preparation of Al/SiC Composite Coatings on Surface of Aluminum Alloy by Atmospheric Plasma Spraying

对铝合金表面等离子喷涂制备Al/SiC复合涂层进行了研究,探索了SiC体积分数对复合粉末的沉积行为以及Al/SiC复合涂层性能的影响规律。研究发现,在等离子焰流中,纯SiC发生降解和氧化。SiC含量越高,等离子喷涂沉积Al/SiC复合涂层越困难,纯SiC沉积后与基体粘结层之间存在裂纹;SiC含量越高,Al/SiC复合涂层硬度越高。Al/SiC (50:50)复合涂层厚度70 μm,显微硬度达到3690 MPa,对铝合金表面起到强化效果     

纳米涂层应用及主要制备方法

介绍了纳米涂层的主要应用方面，概括介绍了目前常用的纳米涂层的制备方法，包括刷涂、热喷涂法、化学气相沉积、物理气相沉积、等离子化学气相沉积、溶胶—凝胶法等。     

铝合金表面等离子喷涂制备Al/SiC复合涂层（英文）

对铝合金表面等离子喷涂制备Al/SiC复合涂层进行了研究,探索了SiC体积分数对复合粉末的沉积行为以及Al/SiC复合涂层性能的影响规律。研究发现,在等离子焰流中,纯SiC发生降解和氧化。SiC含量越高,等离子喷涂沉积Al/SiC复合涂层越困难,纯SiC沉积后与基体粘结层之间存在裂纹;SiC含量越高,Al/SiC复合涂层硬度越高。Al/SiC(50:50)复合涂层厚度70μm,显微硬度达到3690 MPa,对铝合金表面起到强化效果。     

钛及钛合金表面金属电沉积的预处理问题

分别采用大气等离子喷涂APS和带延长Laval喷嘴的大气等离子喷涂制备了Al2O3-3%TiO2涂层,对涂层的相组成、显微结构、结合强度、显微硬度等进行了评价,并和常规大气等离子喷涂氧化铝涂层的性能进行了对比,根据粒子在焰流中的特征对涂层性能差异进行了讨论。结果表明,两种Al2O3-3%TiO2涂层均以γ-Al2O3为主,其中还含有少量的α-Al2O3和微晶或非晶。带Laval喷嘴APS所制备涂层的孔隙率、显微硬度和结合强度均明显劣于普通APS涂层,但前者涂层的沉积率达到70%,明显高于后者,大大降低了涂层的生成成本。粒子特征分析表明,延长的Laval喷嘴降低了粒子在等离子焰流中的速度,延长了粒子在焰流中的停留时间,从而使涂层的结合强度和致密度降低,而使涂层沉积率有明显升高。     

等离子-物理气相沉积（PS-PVD）及其射流非接触检测方法

等离子-物理气相沉积(PS-PVD)是制备高温防护涂层和功能涂层的一种新方法,既可涵盖等离子喷涂和电子束物理气相沉积工艺,还可实现涂层宏观/介观/微观等跨尺度结构的定制化设计与制备,在热障涂层(TBCs)、环境障涂层(EBCs)、环境热障涂层(TEBCs)、透氧薄膜、燃料电池和太阳电池电极薄膜等领域具有广泛应用前景,尤其在航空发动机和燃气轮机防护涂层领域被视为高性能TBCs/EBCs制备技术发展的新方向。比较分析了PS-PVD等离子射流膨胀流动、材料快速加热气化离化和长距离多模式输运沉积的全流程过程,介绍了PS-PVD原理与设备系统,面向等离子射流参数快速无损检测分析的目标,建立了基于光学发射光谱学(OES)的等离子射流和材料特性非接触式检测与诊断装备系统,发展了射流和材料特性参数的定量表征和精确诊断方法。依据电子数密度等检测结果,进一步计算分析等离子温度分布规律。基于射流与材料检测结果,研究了粉末材料在等离子射流中的多相态转变行为,归纳了调控沉积单元多相态转变的工艺控制参数集。这些硬件平台和表征检测方法的建立,为构建PS-PVD理论和研制新型高性能热防护涂层提供了坚实的理论基础和必要的条件支撑。     

等离子喷涂铝电解可湿润TiB2阴极涂层研究进展

铝电解工业越来越多的采用石墨阴极,石墨阴极具有良好的导电性能,但石墨不被铝液湿润且和铝液形成Al4 C3,导致铝电解槽运行寿命短.可湿润TiB2涂层阴极因节能和延长槽寿命能够给铝电解工业带来显著效益.等离子喷涂是一种高效、灵活的沉积涂层的方法 ,能够在形状复杂或大表面积的基体上沉积金属间化合物、陶瓷或复合材料,涂层厚度可从数微米到数毫米.等离子喷涂制备可湿润性TiB2涂层阴极是可行有效的方法 ,本文评述了等离子喷涂制备可湿润TiB2阴极涂层的研究进展,简述了等离子喷涂工艺受到的影响因素(包括粉末性质、基体表面形貌和焰流性质)和涂层与基体材料结合的机制(包括机械结合、冶金结合和物理结合),分析和讨论了TiB2粉末制备、基体预处理、等离子喷涂工艺参数、涂层显微结构和性能等.最后,指出了等离子喷涂制备可湿润性TiB2涂层阴极工艺将来研究需要解决的几个关键问题.     

生物相容性医用材料表面涂层

美国新泽西州的Rockaway的IonBond LLC公司采用物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)和等离子辅助化学气相沉积(PaCVD)法生产涂层材料。其中生产的生物相容性涂层是具有高性能、高使用寿命的医用植入物涂层，薄膜PVD涂层专用用于整形外科植入物、外科手术用具、牙科器具等医用器具的表面涂层。     

高速火焰喷涂高质量NiCoCrAlTaReSiY抗氧化涂层

研究了用高速火焰喷涂(HVOF)替代低压等离子喷涂(LPPS)沉积高质量的MCrAlY涂层。试验用粉料为NiCoCrAlTaReSiY,采用以煤油为燃料的K2型HVOF系统沉积涂层,研究喷嘴长度、喷涂工艺参数对粉末沉积工艺过程以及涂层性能的影响;测量涂层的孔隙率及氧含量,观察涂层经真空热处理以及高温空气氧化后的显微结构,测量了Al、O等元素在氧化涂层中的分布。结果表明,所沉积的NiCoCrAlTaReSiY涂层具有优越的抗氧化性。     

表面改质及强化技术

激光熔覆原位合成Cop/Cu复合涂层;铸铁等离子熔覆铁基合金耐磨涂层;电火花振动沉积TiC功能涂层的显微组;钛合金表面反应电火花沉积Ti（CN）涂层研究;高频感应熔覆WC增强Ni60合金涂层性能研究     

表面改质及强化技术

激光熔覆原位合成Cop/Cu复合涂层;铸铁等离子熔覆铁基合金耐磨涂层;电火花振动沉积TiC功能涂层的显微组;钛合金表面反应电火花沉积Ti（CN）涂层研究;高频感应熔覆WC增强Ni60合金涂层性能研究     

低压等离子喷涂技术在功能性涂层的应用进展

与常规等离子喷涂相比,低压等离子喷涂技术在真空或低压下进行等离子喷涂,可制备更低杂质、更高致密度、更高结合强度的涂层。介绍了常规等离子喷涂焰流速度高、工艺稳定性好、沉积效率高、可控性好的特点,详细阐述了低压等离子喷涂技术清洁、高速、长焰流、预热、电清理的工艺优势,说明了低压等离子喷涂技术在热障涂层、抗气蚀涂层、面向等离子体材料等功能性涂层制备上的应用,最后从完善相关理论、与其他技术联用、工艺在线可控、气氛压力更低等方面,以及在航空、航天、电子等领域的运用,对低压等离子喷涂技术的发展进行了展望。