TC4合金表面离子渗Zr-N层的常温和600℃高温耐磨性

为改善钛合金室温和高温摩擦学性能,分别采用锆-氮离子共渗(Zr+N)与离子渗锆后渗氮(Zr/N)两种工艺在TC4钛合金表面制备错-氮改性层.利用球盘磨损试验机对比研究了两种Zr-N改性层在室温和600℃高温环境下的摩擦学性能.结果表明,两种工艺制备的Zr-N改性层均由ZrN相组成,Zr/N改性层还包含少量TiN相和较厚的Zr-Ti固溶体,两种等离子表面合金化层均使钛合金表面硬度显著提高.Zr/N改性层比Zr+N离子共渗层表面硬度更高,渗层更深,表面承载能力更强.室温和600℃高温下,Zr/N改性层磨损率比TC4钛合金基材分别降低43倍和21倍;Zr+N共渗改性层磨损率比TC4钛合金基材分别降低24倍和5倍.     

纯钛TA1化学气相沉积表面改性层的耐磨性能研究

为提高TA1表面的耐磨性能,在TA1表面采用化学气相沉积(CVD)表面处理.用X射线衍射的方法测定了改性层的物相,使用显微硬度计测定了改性层和基体的硬度,在往复式滑动磨损试验机上进行磨损试验,通过扫描电子显微镜分析磨痕形貌.结果表明,TA1经过CVD处理,表面由α-Ti、Ti2N及TiN组成,显微硬度为989hV0.025.干摩擦条件下,经化学气相沉积处理的TA1材料的表面改性层的耐磨性得到了明显提高.     

ZrN改性层对TA18钛合金摩擦磨损性能的影响

目的 提高钛合金的耐磨性能,拓宽其应用范围.方法 采用双辉等离子渗金属技术在TA18(Ti-3Al-2.5V)钛合金表面制备ZrN改性层.采用GIXRD、SEM、EDS等分析改性层的相结构、微观形貌以及成分分布.采用粗糙度测试仪和纳米压痕仪测定改性层的表面粗糙度、纳米硬度和弹性模量.采用球-盘磨损试验机探究TA18基体和ZrN改性层在不同载荷下的摩擦学性能.结果 改性层表面组织致密均匀,呈现出"岛状"特点,无明显孔洞、裂纹等缺陷,粗糙度略微增加,物相组成为ZrN、ZrO2、TiN0.3三相共存,具有明显的ZrN(111)择优取向.改性层总厚度约为10μm,包含3μm的ZrN层、4μm的Zr沉积层以及3μm的Zr扩散层.纳米硬度和弹性模量分别为21.03 GPa和258 GPa,相比于基体,分别提高了4.34倍和0.87倍.结论 TA18基体在3种不同的载荷下磨损严重,磨痕表面存在大量的犁沟,并伴有明显的粘着特征,其磨损机理为典型的磨粒磨损和粘着磨损.ZrN改性层在低载荷下(330 g)发生轻微的磨粒磨损,中载(530 g)及高载(730 g)下磨痕区域出现了明显O元素聚集现象和少量的粘着特征,其磨损机理主要为氧化磨损和粘着磨损,不同载荷下ZrN改性层磨损区域均无明显剥落.     

Ti13Nb13Zr 合金离子氮化层的摩擦磨损性能研究

目的提高医用钛合金的耐磨损性能。方法应用等离子渗氮技术在Ti13Nb13Zr基材上制备改性层,并对改性层组织、成分及硬度进行测试。利用往复磨损试验机研究改性层在干摩擦条件下的摩擦磨损性能,并与未处理的基材进行对比。结果 Ti13Nb13Zr合金表面经渗氮后形成致密均匀的改性层,硬度高达1110HV0.025,改性层的磨损体积约为基材的1/23。结论等离子渗氮技术有效地改善了Ti13Nb13Zr合金的摩擦磨损性能。     

TA1纯钛离子碳氮共渗改性层耐磨性能研究

对TA1纯钛进行了离子碳氮共渗。用扫描电镜对离子碳氮共渗的TA1纯钛改性层进行了观察。用X射线衍射仪测定了改性层的物相。用能谱仪对改性层作成分分析。用显微硬度计测定改性层的硬度。用SRV摩擦磨损试验机测定摩擦系数,在往复式磨损试验机上进行,磨损试验。结果表明,经离子碳氮共渗的TA1纯钛表面获得了金黄色、均匀的Ti2N／TiN改性层,显微硬度为840HV0．01。碳氮共渗表面改性层能明显提高纯钛TA1的耐磨性。     

PEMFC铝合金双极板表面改性研究现状与发展

质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)作为第五代燃料电池,是最具发展前景的新能源电池,其中双极板作为PEMFC的核心元件,不仅能将单一电池链接起来形成电池堆,起到支撑作用,还具有提供气体流道、隔绝阴阳极两端等作用,对燃料电池工作性能、寿命起到关键作用。其中铝合金作为一种具有良好导电性能、成本低、轻质的材料,在PEMFC双极板材料方面应用潜力巨大。但铝合金双极板耐腐性不佳,在PEMFC工作环境下极易被腐蚀,且其表面生成的钝化膜,增大了电池的接触电阻,从而对电池性能和寿命产生不利影响,而通过铝合金表面改性是解决该问题的主流方法。首先概述了PEMFC原理、双极板材料类型及内部环境,然后阐述了PEMFC中铝合金双极板的服役问题,并对近年来铝合金双极板的表面改性进行分类。重点概括了铝合金表面金属及其化合物涂层(贵金属、金属氮/碳化物、镍磷金属涂层)与非金属涂层(碳基涂层、高分子聚合物涂层)的结构设计、成分优化、服役性能特点。分析结果表明,选用低成本、具有良好耐蚀性和导电性的金属惨杂的无定型碳、金属碳/氮化物涂层,能降低双极板生产成本,提高双极板工作性能,并对涂层设计出多层复合涂层,能打断涂层中的细长针孔缺陷,提高涂层的完整性和致密性。在铝合金表面进行改性研究,以提高其耐蚀性、导电性及服役稳定性,对推动铝合金双极板在PEMFC电堆中的应用至关重要。     

纯钛表面Zr-N等离子合金化(英文)

为了改善纯钛的表面性能,利用等离子表面合金化技术在纯钛表面形成Zr-N改性层。对Zr-N改性层的微结构、成分及硬度进行测试,并对改性层形成及表面硬度提高的机理进行分析。利用球-盘磨损试验对表面改性纯钛的摩擦学性能进行研究。结果表明,在纯钛表面形成了均匀致密的Zr-N改性层,改性层由表面Zr-N化合物层和基体内Zr、N的扩散层构成。Zr-N表面改性层显著提高了纯钛的表面硬度,表层的最高硬度约为HK1040。Zr-N表面改性层没有减摩效果,但明显改善了纯钛的磨损性能。     

TA2钛板掺杂钒离子渗碳层的耐腐蚀性能

为提高钛基双极板的耐腐蚀性能和导电性,在TA2纯钛的表面进行双辉离子渗碳,另外为降低渗碳温度,在渗碳过程中掺杂钒。使用扫描电镜和能谱分析、X射线衍射对改性层的组织结构、化学成分、物相组成进行研究,并测得改性层的界面接触电阻率、耐腐蚀性能。结果表明,在优化的制备工艺参数下,在TA2表面生成结构致密的TiC改性层、钒掺杂渗碳改性层。当压实力为140 N/cm²时,730℃下制备的钒掺杂渗碳改性层、850℃下制备的TiC改性层、TA2基体的界面接触电阻率分别是1.17、3.66、14.71 mΩ/cm²。在模拟双极板的工作环境中,测得730℃下制备的钒掺杂渗碳改性层、850℃下制备的TiC改性层的自腐蚀电流密度分别是5.238、7.563μA/cm²,均比TA2基体的腐蚀电流密度低1个数量级。在离子渗碳的过程中掺杂钒可以有效降低渗碳的工艺温度,并且提高TA2基体的导电性和耐腐蚀性能。     

质子交换膜燃料电池金属双极板表面改性研究进展

双极板是质子交换膜燃料电池（Proton exchange membrane fuel cell,PEMFC）的关键部件,对燃料电池的寿命、成本及性能具有重要影响。相比于石墨双极板和碳基复合材料双极板,金属双极板体积小、强度高、导电性能优异,已成为PEMFC双极板的主流材料。然而金属双极板易在PEFMC两极环境中产生腐蚀,且极板表面生成的氧化膜会降低其导电性,严重阻碍了金属双极板的进一步应用。从金属双极板基材选材、涂层结构设计及其性能等方面综述了金属双极板表面改性研究进展,特别探讨了金属双极板金属基涂层（贵金属、金属碳/氮化物、合金等）和碳基涂层（石墨、导电聚合物、无定型碳等）的最新研究成果,从涂层的膜基结合强度、耐蚀性、导电性和疏水性等方面探讨了现有涂层的优劣,涂层结构复合和纳米化有助于提升涂层的致密性,同时可进一步提升涂层导电性和耐蚀性。如何降低金属双极板材料和表面改性成本,提高极板耐蚀性、导电性和可靠性成为双极板研究的趋势,其对PEFMC性能提升和产业化推进具有重大意义。     

质子交换膜燃料电池双极板化学镀Ni-Cu-P表面改性

针对不锈钢作为燃料电池双极板存在的接触电阻高等问题,通过化学镀Ni-Cu-P对其进行表面改性,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)分析、界面接触电阻测试和模拟燃料电池环境腐蚀性能试验等方法,研究了表面改性对不锈钢双极板性能的影响。结果表明,经过化学镀Ni-Cu-P处理的双极板接触电阻大为降低,并且在模拟质子交换膜电池腐蚀环境下耐腐蚀性能得到较大提高。     

海洋环境中芽孢杆菌对聚氨酯清漆涂层分解的影响

采用电化学技术、扫描电镜和红外光谱等多种方法研究了海洋环境中芽孢杆菌对聚氨酯清漆涂层分解作用以及对腐蚀行为的影响.结果 表明,在浸泡时间为1h时,芽孢杆菌并没有对聚氨酯清漆涂层产生明显的降解作用.随着浸泡时间的延长,在含有芽孢杆菌的海水中的涂层耐蚀性明显小于在无菌海水中涂层的耐蚀性,表明芽孢杆菌能导致涂层的降解.浸泡初...     

Development of Nano-tetragonal Zirconia-Incorporated Ni–P Coatings for High Corrosion Resistance

Pure tetragonal 10-20-nm-size zirconia-based Ni-P composite coating was developed. The physicochemical and electrochemical characteristics including corrosion resistance of the coating were investigated. The Ni-P-nano-tetragonal zirconia coating was partially crystalline having face-centered cubic phase. The coating had very high corrosion resistance due to its dense compact morphology and low surface roughness. The Ni-P-nano-tetragonal zirconia coatings exhibited a cathodic shift of open-circuit potential(OCP) in the range from-0.340 to-0.520 V. A high polarization resistance of the order of 13.2 kΩ/cm~2 and low corrosion current density of 3.9 μA/cm~2 were achieved due to the effective incorporation of zirconia into the coating.     

钛双极板表面原位生成TiN涂层的性能研究

目的降低钛合金表面的接触电阻,提高其抗腐蚀性能。方法 TA2纯钛表面进行活化后,原位反应生成TiN涂层。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析表面形貌和成分,使用直流表面电阻和界面接触电阻(ICR)来评价涂层的导电性,在模拟质子交换膜燃料电池(PEMFC)环境中测试其抗腐蚀性能。结果经过TiN处理后的TA2纯钛双极板表面致密,其生长方式为沿(111)晶面择优生长。在750℃反应2 h获得的试样的直流表面电阻和ICR电阻最低,抗腐蚀性能最佳。压力为120N/cm^2时,电阻率稳定在6.7 m?/cm^2。在模拟PEMFC环境中的表面腐蚀电流为0.816μA/cm^2,经过恒电位扫描后的SEM显示,其表面完整,H2气氛中涂层界面完整,空气气氛中出现较多点蚀。结论在TA2纯钛表面原位反应生成TiN涂层有助于提高基体表面的抗腐蚀性和导电性。     

MgCl2-NaCl-KCl熔盐体系中金属Mg对316H不锈钢的缓蚀性能研究

通过电化学方法结合浸泡腐蚀测试考察了金属Mg对MgCl₂-NaCl-KCl(MNKC)熔盐的净化和腐蚀抑制作用。结果表明,金属Mg的加入量在500μg·g^-1以上时,316H不锈钢在600℃MNKC熔盐中的腐蚀电位Ecorr<-0.80 V vs NiCl₂/Ni,腐蚀电流密度Icorr<25μA/cm²,线性极化电阻Rp>800Ω·cm²,熔盐对316H不锈钢的腐蚀得到显著抑制。并对金属Mg对MNKC熔盐的净化和腐蚀抑制机理进行了探讨。     

Surface stability and conductivity of a high Cr and Ni austenitic stainless steel plates for PEMFC

In order to use stainless steel as bipolar plate for PEMFC, electrochemical behavior of a high Cr and Ni austenitic stainless steel was studied in the solutions containing different concentration of H2SO4 and 2 mg·L-1 F-, and interfacial contact resistance was measured after corrosion tests. The experimental results show that the passive current density lowers with decreasing the concentration of H2SO4. The interfacial contact resistance between carbon paper and passive film formed in the simulated PEMFC environment is higher than the goal of bipolar plate for PEMFC. Surface conductivity should be further reduced by surface modification.     

AZ31镁合金Ni-P/NiO耐腐蚀超疏水表面的制备及其性能研究

通过化学镀镍、水热法和浸泡法在AZ31镁合金上制备出Ni-P/NiO超疏水表面。首先通过化学镀镍的方法,在镁合金表面形成了一个Ni-P隔离层,有效地阻止外界与镁合金基底的接触,然后在Ni-P之上构筑NiO粗糙结构并对其表面进行疏水修饰,进一步对镁合金基底进行保护。通过电化学阻抗分析得出,其阻抗模值可达1×10⁸ Ω·cm²,比未经处理的镁合金高出6个数量级,腐蚀电流密度降低到0.587 μA·cm^-2,表明制备出的Ni-P/NiO超疏水表面具有优良的耐腐蚀性能。     

Al含量对TiAlN涂层结构及性能的影响

目的 系统研究Al含量对TiAlN涂层结构以及硬度、热稳定性、抗氧化性能和耐腐蚀性能的影响.方法 利用阴极弧蒸发技术,采用Ti、Ti50Al50、Ti40Al60和Ti33Al67靶材制备出4种Ti1–xAlxN涂层.分别利用能量色散X射线光谱仪(EDX)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、纳米压痕仪、热重分...     

固溶时效处理对Mg-4Sm-3Gd-0.5Zr合金显微组织和耐蚀性能的影响

利用光学显微镜、X射线衍射仪和扫描电镜等方法研究了固溶时效处理前后Mg-4Sm-3Gd-0.5Zr合金(质量分数,%)的显微组织、物相组成和腐蚀形貌,并在质量分数为3.5%的NaCl溶液中进行了静态失重和电化学测试。结果表明,铸态Mg-4Sm-3Gd-0.5Zr合金由α-Mg基体和沿晶界分布的粗大网状共晶相Mg₄₁Sm₅和Mg₅Gd组成,固溶时效处理并没有改变共晶相的种类,但网状共晶组织消失,并且晶内有大量细小弥散的第二相析出,晶界更加清晰。试验合金采用525 ℃×8 h固溶+225 ℃×8 h时效处理后,腐蚀速率从0.185 mg·cm^-2·h^-1降低至到0.116 mg·cm^-2·h^-1,自腐蚀电流密度从1.599×10^-4A·cm^-2降低到0.924×10^-4 A·cm^-2,耐蚀性能明显提高。     

防腐抗冲蚀复合涂层制备及性能研究

针对铁路扣件在沿海区域遭受冲蚀和海洋腐蚀难题,本文研制一种新型防腐抗冲蚀复合涂层。采用石墨烯锌防腐底漆和抗冲蚀弹性聚氨酯面漆,通过盐雾实验、电化学测试和涂层硬度测试评价复合涂层的综合防护性能。结果表明,制备的复合涂层抗冲蚀性能较好,在3.5% (质量分数) NaCl溶液中浸泡28 d后涂层电阻仍达到18.9 MΩ·cm²,复合涂层耐盐雾性能超过1500 h。