Ti6Al4V合金上类金刚石膜的摩擦学性能及腐蚀行为

采用离子束沉积技术在医用Ti6Al4V合金表面制备类金刚石薄膜（DLC）,利用原子力显微镜、Raman光谱、X射线光电子能谱（XPS）及UMT-2摩擦磨损试验机对薄膜的形貌、结构、摩擦学性能进行表征。采用动电位极化对涂层前后基底的耐腐蚀性能进行测试。结果表明：制备薄膜为类金刚石碳结构,基底偏压对薄膜形貌、结构有较大影响;偏压为–100 V时制备的薄膜表面粗糙度低（6.5 nm）,sp3/sp2 比值高,摩擦学性能优异;经DLC膜保护的合金基底耐腐蚀性能获得明显改善。     

Ti6Al4V合金上类金刚石膜的摩擦学性能及腐蚀行为

采用离子束沉积技术在医用Ti6Al4V合金表面制备类金刚石薄膜(DLC),利用原子力显微镜、Raman光谱、X射线光电子能谱(XPS)及UMT-2摩擦磨损试验机对薄膜的形貌、结构、摩擦学性能进行表征。采用动电位极化对涂层前后基底的耐腐蚀性能进行测试。结果表明:制备薄膜为类金刚石碳结构,基底偏压对薄膜形貌、结构有较大影响;偏压为-100V时制备的薄膜表面粗糙度低(6.5nm),sp3/sp2比值高,摩擦学性能优异;经DLC膜保护的合金基底耐腐蚀性能获得明显改善。     

衬底温度对FeCrCoNiMn高熵合金氮化物薄膜组织结构和电性能的影响

采用射频反应磁控溅射法在Si(100)衬底上制备出纳米晶高熵合金FeCrCoNiMn氮化物薄膜,结合场发射扫描电子显微镜(FESEM)、电子显微探针(EPMA)、X射线光电子能谱分析仪(XPS)、原子力显微镜(AFM)及四点探针(FPP)研究了衬底温度(40、300、500℃)对沉积薄膜的表面形貌、化学组成、微观结构和导电性能的影响。结果表明,衬底温度对高熵合金FeCrCoNiMn-N薄膜的形貌、组织结构和导电性能有显著影响。随衬底温度的升高,薄膜的表面粗糙度和颗粒/晶粒尺寸增大;与氮反应沉积后,含氮高熵合金薄膜中形成了Mn3N2、MnN、Cr2N和CrN金属氮化物,而Fe、Ni和Co元素则以Fe-Ni-Co合金相形式存在。不含氮合金薄膜其电阻率高达131.78mΩ·cm,加入氮沉积后,随衬底温度的增加,含氮薄膜的电阻率逐渐减小(6.14~0.43mΩ·cm),含氮合金薄膜的电阻率明显小于合金靶材的沉积膜,衬底温度500℃时薄膜的电阻率达到最小值0.43mΩ·cm。     

CoCrFeMnNi高熵合金作为中间层的Cu/304不锈钢扩散连接研究

将CoCrFeMnNi高熵合金作为中间层,采用真空固态扩散方法实现Cu/304不锈钢的连接,通过SEM、EDS以及显微硬度测试,研究温度对扩散反应机理及性能的影响,采用Fick第二定律计算Cu/Fe原子在高熵合金中的扩散系数,借助XRD以及高熵合金中固溶体相形成判据分析扩散界面的相组成。结果表明:在800～900℃下,高熵合金与Cu和304不锈钢分别实现了稳固连接,界面处发生了元素的互扩散,随着温度的升高,Cu/Fe在高熵合金中的平均扩散系数增加;Cu/CoCrFeMnNi高熵合金和CoCrFeMnNi高熵合金/304不锈钢扩散界面处均未形成脆性金属间化合物;扩散界面处硬度呈连续变化趋势。研究表明,CoCrFeMnNi高熵合金是一种可用于Cu/304不锈钢异种材料扩散连接的阻挡层材料。     

热处理温度对机床燃料电池用双极板性能的影响

采用不同温度对特种机床用304不锈钢双极板进行了热处理,并进行了接触电阻以及不同温度下耐腐蚀性能的测试与分析。结果表明:随热处理温度从800℃升高至1200℃时,双极板的耐腐蚀性能先提高后下降,接触电阻先减小后基本不变再增大;当热处理温度为1100℃时,双极板的接触电阻最小,腐蚀电位最正,45℃测试的腐蚀电位为-0.517 V,90℃测试的腐蚀电位为-0.535 V。双极板的热处理温度不宜过高也不宜过低,优选为1100℃。     

类金刚石薄膜在腐蚀介质中的摩擦磨损行为研究

目的 在304不锈钢表面制备DLC薄膜,并探究其在1 mol/L NaOH、3.5%NaCl、1 mol/L H2SO4溶液中的摩擦磨损行为。方法 通过非平衡磁控溅射设备（UPD650）制备DLC薄膜。采用扫描电子显微镜、拉曼光谱仪,对DLC薄膜的微观结构及磨斑、磨痕进行表征。使用划痕仪和纳米压痕仪,分别测试DLC薄膜的结合力、硬度和弹性模量。使用接触角测量仪测试1 mol/L NaOH、3.5%NaCl、1 mol/L H2SO4溶液和去离子水在304不锈钢和DLC薄膜表面的润湿角。采用CSM摩擦试验机研究304不锈钢和DLC薄膜的摩擦磨损行为。利用动电位极化评价304不锈钢和DLC薄膜的耐腐蚀性能。结果 304不锈钢表面制备的薄膜厚度约1.95 μm,结合力为37 N左右,硬度和弹性模量分别约为14.7 GPa和191.1 GPa。DLC薄膜在1 mol/L NaOH溶液中的摩擦系数高达0.18,而在3.5%NaCl、1 mol/L H2SO4溶液和去离子水中的摩擦系数低至0.05左右。在1 mol/L NaOH、3.5%NaCl、1 mol/L H2SO4溶液中,DLC薄膜的磨损率比304不锈钢的小2、3个数量级。极化测试结果显示,DLC薄膜在不同介质中的腐蚀电流密度顺序为1 mol/L H2SO4<3.5%NaCl<1 mol/L NaOH。结论 沉积的DLC薄膜具有良好的机械性能和耐腐蚀性能,能够很好地改善304不锈钢在1 mol/L NaOH、3.5%NaCl、1 mol/L H2SO4溶液中的摩擦磨损性能。     

退火温度对CrFeCoNiTi1.5高熵合金微结构与性能的影响

为研究中低温热处理对CrFeCoNiTi_1.5高熵合金性能的影响,分别在200、400及600 ℃下对高熵合金进行10 h退火处理。通过X射线衍射仪、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、显微硬度计和电化学工作站对高熵合金的组织结构、表面形貌以及元素的偏析程度进行分析,并测试了高熵合金的动电位极化曲线以及维氏硬度。结果表明:退火温度的提高有利于CrFeCoNiTi_1.5高熵合金中HCP结构相的析出;随着温度的升高Cr、Fe、Co和Ni逐渐向晶内聚集分布,Ti逐渐向晶间聚集。600 ℃中低温退火处理时合金耐腐蚀性能最好,硬度为914 HV0.5。     

(AlCrMoNiTi)N_x和(AlCrMoZrTi)N_x薄膜的摩擦特性

采用射频磁控溅射技术在S304不锈钢和纯Cu基体上成功制备出了(AlCrMoNiTi)Nx和(AlCrMoZrTi)Nx高熵合金氮化物薄膜,采用微磨损试验机对两种薄膜的摩擦特性进行了研究。结果表明,(AlCrMoZrTi)Nx薄膜在S304不锈钢和纯Cu衬底上的最小摩擦因数分别为0.182和0.127,最高耐磨寿命为1 200s。在两种衬底上,(AlCrMoZrTi)Nx薄膜的摩擦性能均优于(AlCrMoNiTi)Nx薄膜,其原因主要在于薄膜中Zr的固溶强化效果高于Ni,因而薄膜的摩擦性能得到增强。两种薄膜在S304不锈钢和Cu衬底上的磨损机制主要为磨粒磨损。     

热处理温度对CoCrFeNiSn高熵合金组织及性能的影响

采用真空电弧熔炼制备了CoCrFeNiSn高熵合金,并分别在650、750和850℃下进行热处理。采用扫描电镜、显微硬度计和电化学测试系统等研究了热处理温度对CoCrFeNiSn高熵合金的组织、硬度和耐腐蚀性能的影响。结果表明,经热处理后CoCrFeNiSn高熵合金的组织形态仍为典型的枝晶结构,但组织随热处理温度的升高而不断细化,导致其硬度明显升高,经850℃热处理后其硬度(HV)达到最大值392.4。而随着温度升高,CoCrFeNiSn高熵合金的耐腐蚀性能却呈下降趋势,经650℃热处理后其耐蚀性最佳。     

硼掺杂DLC薄膜在海水环境中的腐蚀磨损性能

目的 研究硼（B）掺杂对类金刚石（DLC）薄膜在人工海水介质中耐腐蚀性能和摩擦磨损性能的影响。方法 利用非平衡磁控溅射的方法,通过控制碳化硼靶材和石墨靶材电流,在304不锈钢基底表面沉积了一种无掺杂DLC薄膜和两种不同B含量的DLC薄膜（B的原子数分数分别为7.23%、13.27%）。采用扫描电子显微镜、拉曼光谱仪、纳米压痕仪、划痕仪、摩擦实验机对薄膜的化学成分、显微结构、纳米硬度、结合力及摩擦性能进行研究。通过测试薄膜在人工海水介质中的静态极化曲线和交流阻抗谱以及监测薄膜在摩擦前后和摩擦过程中的开路电位变化,来研究薄膜在人工海水中的摩擦学和耐腐蚀性能。结果 与未掺杂的DLC薄膜相比,掺杂B原子数分数为7.23%的DLC薄膜的硬度和弹性模量变化不明显,但ID/IG增大,与基底的结合力增大到36 N（无掺杂DLC薄膜为20 N）,自腐蚀电位升高,自腐蚀电流密度减小,极化电阻增大,并且在人工海水介质中的摩擦系数降低了10.7%,磨损量降低了37.0%,开路电位大幅升高。掺杂B原子数分数为13.27%的DLC薄膜的摩擦学及耐蚀性能则大幅度下降。结论 在DLC薄膜中掺杂适量的B有助于提高DLC薄膜在人工海水介质中的耐腐蚀性能和磨蚀性能。     

锻压温度对钢制机械联接环热疲劳和腐蚀性能的影响

采用不同的始锻温度和终锻温度对304F不锈钢机械联接环进行了锻压试验,并进行了热疲劳性能和耐腐蚀性能的测试与分析。结果表明:在试验条件下,随始锻温度从1180℃升高至1260℃、终锻温度从830℃升高至910℃,联接环的热疲劳性能和耐腐蚀性能均先提高后下降。304F不锈钢联接环的最佳始锻温度是1240℃,终锻温度是890℃。     

几种不同材料在含硫介质中的腐蚀性

用失重法和恒电位极化法研究了45#碳钢、1Cr18Ni9Ti、304不锈钢和Ni-P合金镀层在含S介质中的腐蚀性.结果表明,低温条件下,S2-浓度变化对4种材料阴极极化和阳极极化影响较小,1Cr18Ni9Ti和304不锈钢的极化曲线相似,为典型的阴、阳极控制的电化学腐蚀过程,自腐蚀电位和自腐蚀电流相近;Ni-P合金镀层出现了钝化区;45#碳钢出现了阳极控制的扩散过程.温度升高,腐蚀速率增大,1Cr18Ni9Ti和304不锈钢的极化率变大,Ni-P合金镀层的钝化性能减弱, 1Cr18Ni9Ti、304不锈钢和Ni-P合金镀层均是含S介质中的耐蚀材料.     

含铁类金刚石薄膜的润湿性能和抗腐蚀行为

目的通过直流反应磁控溅射系统在304不锈钢基体上成功制备了含铁类金刚石薄膜,并研究该含铁类金刚石薄膜的润湿性及抗腐蚀行为。方法通过扫描电镜、拉曼光谱仪、原子力显微镜,分别对含铁类金刚石薄膜的结构和形貌进行分析,利用静态接触角测量分析了所制备薄膜的润湿性,且采用动电位极化对有无薄膜沉积的不锈钢体系进行了腐蚀行为测试。结果所制备薄膜具有典型的类金刚石的非晶结构。随着制备过程中甲烷流量的减小,薄膜中sp~3碳含量降低,薄膜致密度逐渐降低。随着甲烷流量的降低,薄膜表面的疏水性能逐渐减小,且自腐蚀电位向负向偏移,腐蚀电流密度逐渐增大。结论含铁类金刚石薄膜能明显提高不锈钢表面的疏水性能和抗腐蚀性能。     

厚类金刚石碳基薄膜的制备及摩擦与腐蚀性能的表征

目的设计多层掺Si交替沉积的厚DLC薄膜,改善SUS304不锈钢的耐磨性与耐蚀性,拓展其使用范围。方法使用等离子增强化学气相沉积(PECVD)技术,在C_2H_2-SiH_4气氛中,通过Si_x-DLC与Si_y-DLC交替沉积的制备方法,以SUS304不锈钢为基底,制备了厚度为20.0、34.9、41.6μm的三种不同调制比(1∶5、1∶1、4∶1)的厚类金刚石碳基薄膜。利用扫描电子显微镜、原子力显微镜、拉曼光谱、纳米压痕仪、RST3划痕仪,分析了厚DLC薄膜的微观结构与力学性能。利用CSM摩擦磨损试验机评价厚DLC薄膜的摩擦学性能,并用能谱仪对磨斑成分进行分析。利用电化学工作站分析厚DLC薄膜的腐蚀行为,并用扫描电镜观察腐蚀形貌。结果厚DLC薄膜结构致密,强化效果明显,硬度最高达13.8GPa,结合力在21～29N范围内。SUS304不锈钢的摩擦系数在跑和阶段急速升高至0.5,随着滑动次数的增加,呈上升趋势,1 h后,磨损率无法用轮廓仪测量。厚DLC薄膜在低载荷与高载荷下的摩擦系数始终保持在0.05～0.2之间,磨损率低至9.4×10~(-17) mm~3/(N·m)。电化学测试表明,SUS304不锈钢的腐蚀电位为-0.49V,腐蚀电流密度为1.46×10~(-6) A/cm~2。与SUS304不锈钢相比,三种厚度的DLC薄膜腐蚀电位正移、极化电阻升高,腐蚀电流密度最大可降低3个数量级。结论厚DLC薄膜的应用可以有效降低摩擦磨损,腐蚀倾向相比于不锈钢明显降低,具有良好的耐腐蚀性。     

AlxFeCoNiCrTi系高熵合金的组织结构及电化学性能研究

研究了不同Al含量的AkFeCoNiCrTi (x:摩尔比;x=0.5,1,1.5,2)多主元高熵合金的组织结构及其在0.5MH2SO4溶液和1 MNaCl溶液中的电化学性能,并与市售304不锈钢以及AIFeCuCoNiCrTix高熵合金进行对比.结果表明,随Al的添加,合金组织结构逐渐由FCC相和BCC相组成变为单一的BCC相.极化曲线测试结果表明,在0.5MH2SO4溶液以及1 MNaC1溶液中,该系合金耐腐蚀性要明显优于市售304不锈钢及AlFeCuCONiCrTix高熵合金,而其中AlFeCoNiCrTi合金具有最优越的综合耐腐蚀性能.     

高熵合金CoCrFeMnNi/不锈钢真空扩散焊

采用真空扩散焊方法实现了CoCrFeMnNi高熵合金与304不锈钢在900℃~1000℃下的稳固连接。利用扫描电镜、EDS能谱分析、显微硬度测试和拉伸试验机研究扩散焊温度对原子界面行为和接头机械性能的影响规律。结果表明,温度较低时,界面上存在大量的孔洞,随着温度的升高,孔洞逐渐消失。结合EDS能谱分析和硬度测试结果可知,反应层成分为FCC固溶体,没有金属间化合物产生。所有接头拉伸后断裂均发生在远离界面的高熵合金一侧,随着扩散焊温度的升高,抗拉强度略微升高,应变明显增大,这可能与第二相的数量有关,1000℃时接头的抗拉强度和应变均达到最大值,分别为585MPa和50%。     

磁控溅射CoCrFeNi高熵合金薄膜的硬度和电阻率研究

目的 研究溅射功率对CoCrFeNi高熵合金薄膜硬度和电阻率的影响,期望获得同时具有高硬度和高电阻率的高熵合金薄膜,为其在电阻薄膜领域的应用提供实验基础。方法 在不同溅射功率条件下（40、60、80、100 W）,利用CoCr合金靶、Ni片和Fe片拼接成合金靶,采用磁控溅射法在硅基底表面沉积CoCrFeNi高熵合金薄膜。利用XRD分析薄膜相结构,通过SEM分析薄膜成分和形貌,利用显微硬度计测量薄膜硬度,采用双电测四点探针法测定薄膜电阻率。结果 不同溅射功率下制备的CoCrFeNi薄膜均与基底结合良好,呈柱状生长模式,且合适的溅射功率有助于获得等摩尔比高熵合金薄膜。随着溅射功率由40 W升高至100 W,薄膜结晶性得到改善,形成简单的FCC相,（111）择优生长更加强烈,柱状生长愈加明显,晶粒尺寸增大,硬度和电阻率降低。结论 溅射功率对CoCrFeNi薄膜组织和性能具有重要影响。当溅射功率为40 W时,CoCrFeNi薄膜同时具有最高硬度和最大电阻率,其值分别为940.5HV和336.5 μΩ?cm。     

退火温度对激光增材制造CoCrFeMnNi高熵合金耐点蚀性能的影响

目的 研究激光增材制造CoCrFeMnNi高熵合金经不同温度退火后,微观组织演变对其在NaCl溶液中的耐点蚀性能的影响规律。方法 采用激光选区熔化(SLM)技术制备CoCrFeMnNi高熵合金,通过X射线衍射(XRD)、光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)研究其退火后的微观结构。利用动电位极化和电化学阻抗谱(EIS)测试研究SLM成形高熵合金的耐点蚀性能,并通过X射线光电子能谱(XPS)分析钝化膜成分。结果 经过不同温度退火后,高熵合金相组成并未改变,均为单一的面心立方结构固溶体。然而高熵合金的微观组织发生了明显转变,退火前微观组织由熔池、柱状晶及胞状亚晶所组成。随着退火温度的升高,熔池边界与亚晶结构逐渐消失,晶粒逐渐长大。SLM成形高熵合金在3.5%NaCl溶液中的腐蚀类型主要为点蚀。随着退火温度从700℃提高至1100℃,高熵合金的腐蚀电流密度先减小、后增加,700℃退火试样相较于打印态试样,腐蚀电流密度下降了97%。打印态和700℃退火试样的钝化膜中Co+Cr+Ni与Mn+Fe阳离子含量的比值分别为1.38和1.61,钝化膜中Cr本征氧化层厚度分别为5.43 nm和5.7...     

等离子活化烧结制备AlCoCrFeNi高熵合金涂层及其磨损与腐蚀性能

目的 利用高熵合金涂层耐磨性能和耐腐蚀性能俱佳的特点,在进一步提升304不锈钢耐腐蚀性能的基础上,改善304不锈钢基体的耐磨性。方法 在304奥氏体不锈钢基体表面利用等离子活化烧结技术快速制备出AlCoCrFeNi高熵合金涂层;利用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪等设备分析涂层的组织形貌、元素分布及物相结构;采用显微硬度计、摩擦磨损仪、电化学工作站等设备测试涂层与基体的硬度分布、磨损特性及电化学腐蚀特性。结果 在保温温度1 000℃、压力70 MPa、保温时间10 min的制备条件下,涂层与基体间界面冶金结合良好,结合处并未发现孔洞和裂纹等缺陷;随着烧结温度的升高,涂层内部气孔逐渐减少,涂层主要由网状的FCC相和分布于其间的BCC相+B2相组成;与304不锈钢基体相比,涂层的硬度显著增大,在相同载荷(20 N)下涂层的平均摩擦系数降低(0.138),与基体磨损表面严重的黏着和剥落不同,涂层磨面无明显的黏着和剥落现象,仅有少量犁沟出现;点蚀是涂层和基体在质量分数为3.5%的Na Cl溶液和模拟海水中的主要腐蚀形式,相较于基体,涂层在质量分数为3.5%的NaCl溶液和模拟海水中的自腐蚀...     

CoCrFeMnMo_(0.3)Ni高熵合金微观组织结构与腐蚀性能研究

研究了CoCrFeMnMo_(0.3)Ni高熵合金的晶体结构和电化学性能。研究表明,CoCrFeMnMo_(0.3)Ni合金为FCC固溶体相。该合金在腐蚀介质(1mol/LH_2SO_4,3.5%NaCl溶液)中的动电位极化曲线和腐蚀后的SEM表明,室温时(25℃)CoCrFeMnMo_(0.3)Ni合金的耐均匀腐蚀和耐点蚀性能都优于304不锈钢,尤其是耐点蚀性。