绿色高效缓蚀剂研究现状

缓蚀剂具有微量高效的特点,能够防止金属腐蚀,同时保持金属的物理性能和力学性能不变,且使用方便,因而被广泛地应用。传统金属缓蚀剂的生物降解性差,有毒性,且易对环境造成污染。基于环境保护、可持续发展和绿色化学的理念,传统金属缓蚀剂的使用受到了严格的限制,缓蚀剂的研究逐渐转向环境友好型物质。将绿色环保类缓蚀剂分为单一体系类缓蚀剂和复配体系类缓蚀剂,并对其近年来的研究进展进行了全面综述,分类归纳了各类缓蚀剂的优势和劣势,对绿色缓蚀剂的现状及研究方向进行了展望。

AlCrN系列刀具涂层的研究现状与展望

刀具涂层能够有效阻挡刀具材料与工件间的元素扩散,减少因摩擦产生的大量切削热,解决硬质合金刀具加工时面临的易磨损、寿命短等问题,近年来成为高速切削领域的研究热点,并得到快速发展.AlCrN涂层凭借优异的力学性能已被广泛应用,但在高速高载热负荷的切削环境下,涂层的抗氧化性能和耐磨性能还有待提高.因此,国内外研究者通过在AlCrN涂层中掺杂各种元素改善其服役性能.本研究分别介绍了Si和Ti掺杂对涂层微观结构、力学性能和抗氧化性能的影响,归纳了V和Mo掺杂自润滑涂层研究中的关键问题,分析了O掺杂对涂层性能的影响及其影响机理.最后,总结了兼具耐磨和抗氧化性能的高熵合金刀具涂层领域中亟待解决的关键难题以及未来的研究方向.

“三教”改革背景下建设工程管理类活页式教材开发与实践

“三教”改革背景下,本文在理论研究的基础上,形成高职建设工程管理类活页式教材开发范式,探索建设工程管理类教材形态的创新,构建建设工程管理类教材建设框架,提出了“双元三段十二环”教材开发流程,以核心课程为例编写《建筑工程计量与计价》活页式教材,为“三教”改革提供一定的支持,为高职院校建设工程管理类活页式教材的编写提供了理论参考建议。

Pt改性梯度NiCrAlY涂层的热腐蚀行为研究

为了进一步提高NiCrAlY涂层的抗热腐蚀性能,利用电弧离子镀技术在DZ125合金表面分别沉积NiCrAlY/NiAl/Al涂层(coating A)、NiCrAlY/Pt/NiAl/Al涂层(coating B),再经真空扩散退火处理形成成分渐变的梯度涂层结构。在涂层中引入改性元素Pt以改善涂层的抗热腐蚀能力,对比研究了2种涂层体系在900℃不同混合盐中的热腐蚀行为;利用SEM、EDS、XRD以及EPMA分析了涂层经过热腐蚀后的微观形貌、物相组成和元素分布。结果表明:在900℃的K_(2)SO_(4)+Na_(2)SO_(4)混合盐中,coating A表面的氧化膜发生了大面积的剥落,coating B中的Pt抑制了S在涂层/氧化膜界面处的偏析,增强了氧化膜的黏附性。在900℃的NaCl+Na_(2)SO_(4)混合盐中,coating A的Cr元素和O元素分别发生了外扩散和内扩散,Cr外扩散易与S反应生成有害相Cr_(x)S_(y)。coating B中的Pt抑制了Cr、O元素的外扩散和内扩散。在NiCrAlY层和NiAl层之间增加Pt层,显著提升了NiCrAlY涂层在混合盐中的抗热腐蚀能力。

Mo浓度渐变的AlCrMoSiN刀具涂层调控及切削性能

采用高功率脉冲磁控溅射和脉冲直流磁控溅射复合技术制备Mo浓度渐变的AlCrMoSiN梯度涂层,利用XRD、SEM和TEM、纳米压痕仪、划痕仪、高温摩擦试验机和立式加工中心对涂层微观结构和性能进行表征和测试。结果表明:沿涂层生长方向,随着Mo浓度渐变速率的增加,涂层硬度和弹性模量逐渐增大;临界载荷、摩擦因数和磨损率略有下降。当CrMo靶溅射功率从0.4 kW线性增至1.2 kW时,制备的AlCrMoSiN梯度涂层(涂层Ⅲ)硬度和弹性模量达到最大值,分别为23.8 GPa和317.7 GPa,临界载荷约57.3 N,此时摩擦因数和磨损率分别为0.51和2.20×10^(−8) mm^(3)/(N·mm),涂层耐磨性能最佳。经干铣削淬硬模具钢(P20H)试验,AlCrMoSiN梯度涂层铣刀的使用寿命比AlCrSiN涂层铣刀提高24.1%,连续切削40 min时,其切削温度比AlCrSiN涂层铣刀低65.1℃。

调制周期对AlCrSiN/AlCrMoSiN多层膜微结构和性能的影响

目的通过优化AlCrSiN/AlCrMoSiN多层复合涂层的调制周期,提升涂层的力学性能和摩擦学性能。方法采用高功率脉冲磁控溅射与脉冲直流磁控溅射复合技术,固定调制比为5∶1,制备具有不同调制周期的AlCrSiN/AlCrMoSiN多层复合涂层。利用XRD和SEM分析涂层物相组成,观察其微观形貌;借助纳米压痕仪、划痕仪、高温摩擦试验机及轮廓仪测试涂层的硬度、弹性模量、临界载荷,以及摩擦磨损性能。结果掺杂Mo元素后,AlCrMoSiN层生成了大量的非晶相,并观察到沿AlN(111)晶面共格外延生长。AlCrSiN/AlCrMoSiN多层复合涂层表面颗粒随着调制周期的增大逐渐变小,整体呈“花椰菜”状,且致密、无缺陷。随着调制周期的增大,硬度、H/E和H^(3)/E^(*2)呈先升高后降低的趋势;涂层的平均摩擦因数呈先降低后升高的趋势。当调制周期为145 nm(AlCrSiN层厚度约为120 nm,AlCrMoSiN层厚度约为25 nm)时,多层涂层中层间界面清晰,涂层的硬度最高,约为24.9GPa,摩擦因数和磨损率均最低,分别为0.57、1.46×10^(-6)mm^(3)/(N·m),临界载荷为75.8N。结论多层复合涂层的调制周期对其结构和性能具有重要影响,当调制周期为145nm时,AlCrSiN/AlCrMoSiN多层复合涂层具有最佳的综合性能。

多功能型防腐涂层的研究现状及进展

金属腐蚀是普遍存在且无法逆转的破坏性行为,随着服役环境越来越苛刻,金属部件的腐蚀问题日益突出,特别是其耐久性已无法满足工程应用的实际要求。因此,设计兼具不同功能的长期防护涂层、提升金属部件服役的耐久性迫在眉睫。涂层的最初属性是为金属基体提供强有力的阻隔性能,随后涂层逐渐被赋予了自修复功能。在阻隔/自修复涂层的研究快速发展的基础上,又出现了离子交换、疏水性和智能自预警等具备双/多功能特点的涂层。综述了作为研究主流的阻隔/自修复双功能涂层、其他型双功能涂层(离子交换/自修复涂层、疏水/自修复、自预警/自修复)以及多功能型防腐涂层的研究进展,并展望了双/多功能涂层智能化、绿色化的发展方向。

脉冲偏压占空比对电弧离子镀AlCrSiN涂层结构和性能的影响

为优化电弧离子镀AlCrSiN涂层的制备工艺,获得最佳的脉冲偏压占空比,采用全自动脉冲电弧离子镀技术,在不同脉冲偏压占空比下分别制备AlCrSiN涂层,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、划痕仪、球-盘式摩擦磨损试验机等对涂层物相组成、表面形貌、力学性能及摩擦学行为进行表征。结果表明:当脉冲偏压占空比从60%上升到80%时,制备的AlCrSiN涂层表面微坑缺陷和大颗粒数量逐渐减少,涂层结构变得更加致密;当脉冲偏压占空比增大到90%时,涂层表面粗糙度增加。当脉冲偏压占空比为70%时,AlCrSiN涂层硬度最高,约为11.35 GPa;当脉冲偏压占空比为80%时,涂层临界载荷Lc3达最大值98.5 N。当脉冲偏压占空比为80%时,涂层摩擦系数最低,约为0.50。涂层磨损率随脉冲偏压占空比增加,先上升后下降,当脉冲偏压占空比为60%时,制备的AlCrSiN涂层磨损率最低,约3.21×10^(-3)μm^(3)/(N·μm)。经比较,当脉冲偏压占空比为70%时,制备的涂层具有最佳的综合性能。

球墨铸铁表面激光熔覆层的组织及耐腐蚀性能研究

目的解决用于乏燃料贮运的球墨铸铁筒体容器因内壁腐蚀导致服役寿命短的问题,提高球墨铸铁表面的硬度及耐腐蚀性能。方法利用送粉式激光熔覆技术在球墨铸铁表面制备4种不同组分的316L不锈钢、Ni625合金、410L不锈钢及NJ30合金熔覆层。采用金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪表征熔覆层的微观组织、物相组成、元素分布及腐蚀形貌。借助显微硬度计、电化学工作站测试熔覆层的显微硬度及耐腐蚀性能。结果4种合金熔覆层均成形质量良好,无裂纹及明显的气孔缺陷,并与基体形成了良好的冶金结合。熔覆层底部至顶部出现相似的组织形态,但晶粒尺寸存在较大的差异。316L、Ni625、410L及NJ30显微硬度显著高于基体,分别为基体的1.74、1.92、2.35及2.4倍,熔覆层内部固溶体及硬质相的生成是提高硬度的显著因素。在3.5%的NaCl溶液中,4种熔覆层的耐腐蚀性由好到差为316L、Ni625、410L、NJ30。腐蚀形貌显示,316L及Ni625熔覆层在电化学测试环境下具有良好的抗腐蚀性能。结论316L及Ni625合金熔覆层具有良好的综合性能,适用于提高大型球墨铸铁容器的表面改性。

Zr-Ti-B-N刀具涂层在600℃恒温过程的演变研究

评估Zr-Ti-B-N刀具涂层在600℃下的耐热能力,研究不同热处理时间对涂层结构和性能的影响规律。采用高功率脉冲磁控溅射和脉冲直流磁控溅射复合技术制备Zr-Ti-B-N涂层,利用高温马弗炉对涂层进行热处理,借助纳米压痕仪、高温摩擦磨损试验机测试热处理后Zr-Ti-B-N涂层的力学性能、摩擦学性能。采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对热处理前后Zr-Ti-B-N涂层的微观结构进行表征,在高温环境下,不同热处理时间对涂层的力学性能、摩擦学性能和微观结构有显著影响。结果证明,在600℃的大气环境下,经1h热处理后,涂层的综合性能稳定,涂层硬度为23.7GPa,临界载荷为31.7N;经2h热处理后,晶粒尺寸逐渐增大,柱状晶结构变得明显,涂层硬度开始下降;经3h热处理后,涂层表面出现明显的氧化膜,晶粒尺寸增大了27.0%,摩擦系数降到最低,为0.66,临界载荷未发生明显变化。

沉积气压对AlCrTiSiN涂层组织结构、力学与抗高温氧化性能的影响

沉积气压是涂层制备的重要工艺参数,为研究其对AlCrTiSiN纳米复合涂层组织结构、力学性能与抗高温氧化性能的影响,采用射频磁控溅射和脉冲直流磁控溅射复合技术,改变沉积气压(0.6,0.8 Pa)制备出2种AlCrTiSiN纳米复合涂层,并利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及其附带的能谱仪(EDS)、纳米压痕仪等对比分析了2种涂层的结构与性能。结果表明:2种沉积气压下制备涂层的相结构均为fcc-(Al,Cr,Ti)N,均沿(111)晶面择优生长,但0.8 Pa制备涂层的(111)织构系数更大,表明其择优取向更明显。与沉积气压为0.8 Pa制备的涂层相比,0.6 Pa制备的涂层表面颗粒更细小,涂层更致密,具备更佳的力学性能,拥有更优异的抗弹性变形能力、抗塑性变形能力和膜基结合力。这一方面是因为在低沉积气压下沉积粒子到达基体上的能量更大;另一方面是由于0.8 Pa制备的涂层中可能出现了厚度较大并且较软的Si_(3)N_(4)相。在900℃氧化6 h后,涂层表面均生成了一层连续、致密的Al_(2)O_(3)混合氧化膜,有效阻止了O向涂层内扩散,可对氧化膜下方涂层起到一定的保护作用。随着沉积气压由0.6 Pa增加到0.8 Pa,氧化物颗粒增大,氧化膜厚度增大,抗高温氧化性能下降。

质子交换膜燃料电池阴极催化剂研究进展

针对目前质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cells,PEMFC)商业化应用受限于价格高昂的贵金属碳载铂(Pt/C)催化剂成本以及缓慢的阴极氧还原反应(oxygen reduction reactions,ORR)动力学特性等问题,综述了氢燃料电池阴极催化剂的最新研究进展。从开发高活性、高稳定性且低成本的催化剂是PEMFC的研究重点;在保证稳定性的基础上,开发具有抗腐蚀、高催化性能和高电导率的新型载体来代替碳载体是未来的发展方向;以有序膜电极为代表的新型催化剂层结构是未来的商用目标等方面进行了分析。对提升氢燃料电池阴极催化剂层的活性和稳定性的途径进行了总结和展望。

沉积温度对电弧离子镀AlCrSiN涂层的影响

目的优化涂层制备工艺,改善AlCrSiN涂层的力学及摩擦性能。方法采用可调节磁场强度的新型电弧离子镀技术,在不同沉积温度下研制AlCrSiN涂层。利用XRD及SEM分析AlCrSiN涂层的相结构、截面形貌,借助纳米压痕仪、划痕测试仪、高温摩擦磨损试验机以及台阶仪测试AlCrSiN涂层硬度、膜/基结合强度以及摩擦磨损性能。系统分析沉积温度对AlCrSiN涂层的成分分布、微观结构演变、力学性能的影响,并研究沉积温度对AlCrSiN涂层摩擦磨损性能的影响规律及磨损机制。结果随着沉积温度逐渐升高,涂层吸附原子的活性增强,涂层沉积速率出现先上升、再下降的趋势。随着沉积温度升高,涂层中的Cr2N相逐渐替代CrN相,且hcp-AlN相沿(11■0)晶面择优生长。各沉积温度下,AlCrSiN涂层均与单晶硅片基体表面结合良好,且具有良好的致密性。沉积温度的升高,增强了原子的扩散能力,致使晶粒尺寸增大。随着沉积温度升高,涂层的硬度及弹性模量均呈上升趋势,而H/E、H3/E*2均先升高、后降低,涂层膜/基结合强度逐渐增大。当沉积温度为350℃时,所制备的AlCrSiN涂层特征值H/E、H3/E*2最高,此时涂层的耐磨性能最佳;当沉积温度升至450℃时,涂层的纳米硬度最大,约为25.59 GPa,弹性模量也最大,为501.76 GPa,涂层的结合强度最高,为121.9 N。结论通过改变沉积温度,调控AlCrSiN涂层的微观结构,制备的AlCrSiN涂层均较为致密,无明显孔洞等缺陷。AlCrSiN涂层结合强度整体上处于较高水平,并表现出较好的耐磨性能。当沉积温度为350℃时,涂层摩擦系数最低,H/E和H3/E*2均达到最大值,此时涂层的耐磨损性能最佳。

金属表面有机防腐涂层研究进展

环氧涂层是一种重要的有机涂层,因其优异的绝缘特性和粘附力,被广泛应用于金属构件的腐蚀防护中。为了提高有机涂层的耐蚀性能,通过添加填料对其进行改性。根据金属表面有机涂层的防护机理将其分为物理屏障涂层、自修复涂层,以及兼具物理阻隔作用和自修复性的双功能涂层,并且对其发展现状进行了总结,详细阐述了每类涂层的防护机制、研究进展及优劣势,最后指出研发双功能环氧涂层是大幅度提升涂层服役寿命的潜在途径,也是防腐涂层未来的发展趋势和前沿课题。

V_(2)AlC MAX相涂层的宽温域摩擦学性能研究

MAX相涂层是一类兼具陶瓷和金属性能的层状结构材料,具有优异的抗氧化和抗腐蚀性能,同时M位元素丰富,在宽温域摩擦过程中生成具有润滑作用的M基氧化物,受到广泛关注.本文中选择可生成V基Magnéli润滑相的V_(2)AlC体系,采用电弧复合磁控溅射技术结合后续热处理制备高纯V_(2)AlC MAX相涂层,并系统研究该涂层在室温~700℃宽温域下的摩擦磨损机理.研究发现,涂层在300和500℃时摩擦形式主要以黏着磨损和磨粒磨损为主.当环境温度高于600℃时,V的外扩散和氧化导致涂层表面生成层状V_(2)O_(5)润滑相,在600℃时形成连续的润滑膜,从而使V_(2)AlC涂层具有最佳的摩擦学性能.同时,保留的V_(2)AlC主相在摩擦过程中起承载作用,降低涂层的磨损率.

沉积偏压对AlCrTiN纳米复合涂层力学与抗高温氧化性能的影响

沉积偏压对涂层的结构与性能具有重要影响,为研究其对AlCrTiN纳米复合涂层成分、组织结构、力学与抗高温氧化性能的影响规律,采用磁控溅射技术,改变沉积偏压(-30、-60、-90、-120 V)制备四种AlCrTiN纳米复合涂层。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、纳米压痕仪等仪器表征涂层的组织结构、成分、力学性能和抗高温氧化性能。研究结果表明:不同偏压下制备的AlCrTiN纳米复合涂层均为NaCl型fcc-(Al,Cr,Ti)N相结构。随着沉积偏压增大,涂层由沿(111)晶面择优生长转变为无明显的择优生长取向,晶粒尺寸降低,残余应力和硬度增大。偏压为-90 V与-120 V时,涂层表面更加致密,具有更高的硬度和弹性模量。在800℃与900℃氧化1 h后,所有涂层表面均生成一层连续致密的Al_(2)O_(3)膜。随着沉积偏压增加,氧化膜厚度逐渐降低,表明抗高温氧化性能逐渐增强,这是因为高偏压下涂层组织更致密,且晶粒更细小。研究成果对AlCrTiN纳米复合涂层的综合性能提升与工程化应用具有一定指导意义。

CrAlSiN纳米复合涂层的最新研究进展

随着工业对切削精度和效率的要求不断提高以及钛合金等难加工材料的出现,具有优异综合性能的新型硬质涂层材料的开发与改性成为研究热点。CrAlSiN涂层因其具有纳米复合结构而表现出超高的硬度,同时具有优异的抗高温氧化和耐磨性能,获得了研究者的广泛关注。本文归纳了CrAlSiN涂层的微观结构、力学性能、耐磨性能、高温抗氧化性、高温热稳定性、耐蚀性和切削性能的特点及相关机制;阐述了涂层中Al和Si含量对其微观结构和性能的影响规律及作用机理;综述了元素掺杂(掺Ti、V、O、Mo等)与微观结构设计(添加过渡层、多层和梯度结构)对CrAlSiN涂层微观结构与性能的影响和作用机制;最后对CrAlSiN涂层的发展与研究方向进行了展望。

调制比对AlCrSiN/AlCrMoSiN多层复合涂层结构的影响及涂层刀具的切削性能

为解决硬质合金刀具切削淬硬钢时面临易磨损、寿命短的难题,在刀具表面涂覆硬度高、耐磨损的防护涂层是一种经济实用的方法。利用高功率脉冲磁控溅射与脉冲直流磁控溅射复合技术制备了不同调制比的AlCrSiN/AlCrMoSiN多层复合涂层,利用扫描电镜、纳米压痕仪、白光干涉仪等对多层膜的微观结构、力学性能以及涂层刀具的切削性能进行表征和分析。研究表明,当调制比为3∶1时,多层膜择优生长取向由(111)晶面转为(200)晶面,多层膜的表面致密度得到改善,层状结构明显,晶粒得到细化。此时,涂层硬度达25.7 GPa,临界载荷为79.6 N,耐磨性最强,磨损率为0.74×10^(-6)mm^(3)/(N·m),摩擦系数最低约0.45。将后刀面磨损带宽度0.3 mm作为磨钝标准,干切削淬火C1045中碳钢,AlCrSiN/AlCrMoSiN多层复合涂层刀具的寿命比AlCrSiN涂层刀具寿命提高1.2倍,比无涂层刀具寿命提高3.2倍。切削过程中多层复合涂层内部分Mo元素被氧化成层状MoO3,起到润滑作用,有效降低了切削力和摩擦产生的切削热,延长了刀具使用寿命。无涂层刀具、AlCrSiN涂层刀具、AlCrSiN/AlCrMoSiN多层复合涂层刀具连续切削25 min后,切屑颜色越来越浅,切削温度越来越低。经观察与计算,AlCrSiN/AlCrMoSiN多层复合涂层刀具所产生的切屑锯齿化程度最高,约为0.36,易于自动断屑,更有利于切削的持续进行。

N_(2)流量比对AlCrMoSiN涂层组织结构和性能的影响

目的 减少硬质合金刀具在干式切削时产生的切削热,降低切削温度,从而提高刀具使用寿命。向AlCrSiN涂层中掺杂Mo元素,在涂层服役过程中易生成层状MoO_(3)润滑膜,降低刀面与切屑和工件间的摩擦,实现涂层刀具的自润滑功能。方法 利用高功率脉冲磁控溅射和脉冲直流磁控溅射复合技术制备AlCrMoSiN涂层,改变反应气体N_(2)流量,调节涂层的成分和结构。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜分析AlCrMoSiN涂层的物相成分和微观结构,利用纳米压痕仪、划痕仪和摩擦试验机分别测试涂层的力学性能和摩擦学行为。结果 当N_(2)流量比增大,AlCrMoSiN涂层沿(111)晶面择优生长,衍射峰变得尖锐,(111)和(200)晶面衍射峰向小角度偏移。当N_(2)流量比为16%时,涂层的硬度和弹性模量最大,分别为17.56 GPa和292.31 GPa。当N_(2)流量比为18%时,涂层的临界载荷最高,约为70.6 N,摩擦系数最低达0.54,磨损率为1.3×10^(–3)μm^(3)/(N·μm),此时涂层最耐磨。结论 N_(2)流量比对涂层组织结构有重要影响,随着N_(2)流量比增大,涂层的力学性能与摩擦磨损性能逐渐改善。

NaCl溶液中20SiMn钢表面耐蚀性对硅酸钠浓度的响应机制研究

目的研究20SiMn低合金钢表面对3.5%NaCl溶液中不同硅酸钠浓度的响应机制,揭示硅酸钠作用下金属表面的缓蚀机理。方法采用开路电位、动电位极化曲线、电化学阻抗谱和Mott-Shottky曲线测试样品表面的耐蚀性能和硅酸钠的吸附行为,并通过SEM观察浸泡后的样品表面形貌,使用EDS和XPS分析腐蚀产物的元素和成分。结果随硅酸钠浓度的增加,20SiMn钢存在从活性溶解向表面钝化的演变过程,在所研究的浓度范围内,缓蚀效率在含有0.0125 mol/L硅酸钠的氯化钠溶液中到达最高值(95.92%)。当添加硅酸钠缓蚀剂后,20SiMn钢表面可形成一层由铁氧化物和SiO_(2)组成的复合膜层,其中Si O_(2)的吸附方式以物理吸附为主导,且随着硅酸钠浓度的增大,表面产物中Si含量逐渐降低。XPS分析表明,样品表面产物逐渐从单一的FeOOH转变为Fe3O4和Fe OOH的混合物,而Fe OOH对Si O_(2)具有更强的亲和力,Fe3O4则相对较弱,因此高硅酸钠浓度下的产物不利于Si O_(2)的吸附。此外,高浓度硅酸根离子的水解引发了溶液中OH–浓度的升高,水解产生的不溶性硅醇结构相互之间形成了交联结构,致使发挥缓蚀作用的吸附态Si O_(2)的量降低,复合膜层的致密性降低。结论硅酸钠对3.5%NaCl溶液中20SiMn低合金钢的腐蚀存在缓蚀作用,但由于腐蚀产物的组成变化和缓蚀剂本身的水解作用,在形成钝化的前提下,硅酸钠浓度不宜过高。