大气等离子喷涂及固相反应法制备MnCoCu金属连接体防护涂层

目的 锰钴尖晶石涂层可有效抑制金属连接体高温氧化、降低固体氧化物燃料电池(SOFC)性能衰减,但其成本较高,电性能和稳定性也需进一步提升。方法 本文拟采用大气等离子喷涂技术(APS)和固相反应法以金属粉末制备高电导率尖晶石涂层。通过Cu元素的添加,在尖晶石涂层中引入高电导率的铜锰尖晶石相,获得高电导率尖晶石涂层,并通过对涂层的相组成、表面截面形貌、元素分布、电性能等物性的表征,揭示Cu添加量及固相转变条件对尖晶石涂层性能的影响规律。结果 800℃热处理后涂层明显致密化、均匀化,涂层主相为Cu_(x)Mn_(3-x)O_(4)(x=1,1.2,1.4)和MnCo_(2)O_(4);在基体和涂层的界面处存在Cr富集,800℃氧化10h后,含Cu量12%(质量分数)的试样面比电导最高;氧化100h后,面比电导有所下降,含Cu量12%(质量分数)试样仍具有最高的面比电导;经过还原的试样面比电导明显低于未还原样品,其原因在于还原过程中Cr元素产生扩散,氧化后生成了较多的低电导率相。涂层导电性随Cu含量的增加而增大,800℃时Cu含量为12%(质量分数)的样品电导率可达93.15S/cm。结论 尖晶石涂层可通过APS制备的金属涂层经热处理后获得;涂层的相组成可以通过金属粉末成分进行调控;Cu的添加有效提高了涂层的电导率,且随Cu含量的增加而增大;经还原处理后的涂层更加致密,但导电性低于未还原样品。

低压冷喷涂制备Al-Ni-xCr复合涂层及其磨损特性研究

防腐性能较好的铝基涂层存在耐磨性不足的问题。本文设计了Ni粉和Cr粉复合沉积的方法来改善涂层的耐磨性。采用低压冷喷涂技术,制备了一系列Cr含量不同的Al-Ni-xCr复合涂层。通过金相、扫描电镜及X射线衍射等方法分析了复合涂层的微观形貌和成分。采用显微硬度计和磨损仪测试了涂层的显微硬度和磨损曲线,结合磨痕形貌分析了复合涂层的磨损机理。研究得出:低压冷喷涂可实现Al、Cr、Ni三种金属粉的共沉积,并获得致密、均匀的Al-Ni-xCr复合涂层。枝晶状Ni粉沉积率较高,Cr粉沉积率较低。含70 wt.%Cr的混粉涂层中,Cr含量约为31 wt.%。硬质颗粒Cr同时起到夯实涂层的作用,随着Cr含量增加,Al-Ni-xCr复合涂层的致密性提高。Al-Ni-xCr复合涂层的耐磨性能主要来自于Cr而非Ni,且与Cr含量有关。Al-Ni-70Cr复合涂层耐磨性最佳,磨损率仅为Al涂层的1/2。其优异的耐磨性归因于摩擦界面形成了稳定的、较硬的、含Cr量较高的复合氧化膜,抑制了磨损过程。

基于ZnAl-LDH/MWCNT@MXene的柔性压力/温度双功能传感器

锌铝层状双氢氧化物/多壁碳纳米管(ZnAl-LDH/MWCNT)包覆金属碳化物MXene作为复合导电材料制备上下电极,以微结构聚二甲基硅氧烷(PDMS)为介电层,构建了一种柔性双功能传感器。通过器件输出电容信号监测压力,利用单电极的温阻变化监测温度。该柔性电容式传感器的导电层材料为ZnAl-LDH/MWCNT@MXene,搭配微结构为80目的介电层,其性能达到最优。在0~50 kPa时传感器的灵敏度高达1.57%/kPa。温度传感的灵敏度为2.3%/℃,工作温度范围为20~40℃。该器件实现了压力/温度两种物理量的传感,同时可以运用于人体运动和健康状态的实时检测。解决了柔性传感器功能单一的问题,为柔性传感器实现多功能应用提供基础。

基于流固耦合的橡胶O形圈老化对密封性能的影响研究

橡胶O形圈在高温受压的环境下易发生老化并产生泄漏,而最大接触压力和永久压缩变形不足以判定密封系统的密封性能。为了更加精准研究橡胶O形圈在高温受压情况下的老化对密封性能的影响,通过实验获取橡胶O形圈老化后的泄漏率和性能数据,构建有限元仿真模型,获取不同老化时间下的密封面接触压力,结合流固耦合模型计算出理论泄漏率。通过对比不同老化时间后的橡胶O形圈的实验泄漏率和密封面接触压力评估其密封性能。对比数值模型得到的结果和实验结果,发现理论模型与实际情况一致性较好,验证了该理论模型可为橡胶O形圈的老化行为分析、预测提供指导。

电沉积参数对铜镀层晶粒取向及性能的影响

利用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、电导率测试仪对不同电流密度和硫脲浓度下电沉积制备的铜镀层表面和截面微观形貌、晶粒取向、硬度和电导率进行了系统的表征。结果表明:通过调节电流密度和硫脲浓度可实现晶粒择优取向为(100)、(110)和(111)铜镀层的可控制备。(100)铜镀层的最佳制备电流密度为1 A·dm^(-2),硫脲浓度为6 mg·L^(-1);(110)铜镀层的最佳制备电流密度为5 A·dm^(-2),硫脲浓度为9 mg·L^(-1);(111)铜镀层的最佳制备电流密度为1 A·dm^(-2),硫脲浓度为12 mg·L^(-1)。平整的表面形貌和致密的结构有助于提高铜镀层的硬度和电导率。

低压冷喷涂热处理复合处理制备Ni_(2)Al_(3)金属间化合物涂层及其滑动磨损特性研究

为制备出以Ni_(2)Al_(3)为主相的金属间化合物涂层,将Ni粉、Al粉和Al_(2)O_(3)粉按质量比20∶6∶5混合均匀,利用低压冷喷涂方法将混合粉体喷涂到45钢基体表面,制备Ni-Al预涂层,再将预涂层在520℃氩气环境下保温12 h,采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对涂层组织和物相进行了分析与表征,测试了涂层的结合力和滑动摩擦磨损特性。结果表明:预涂层经热处理转变为Ni_(2)Al_(3)金属间化合物涂层后,表现出良好的减摩、耐磨性能。涂层中Ni和Al固相转变为金属间化合物的驱动力是热处理提供的热能和粉体强烈塑性变形后的形变能的共同作用。

不同厚度薄壁单晶高温合金/PtAl涂层界面演变

目的研究不同厚度薄壁单晶高温合金/PtAl涂层界面演变机制。方法采用电镀Pt和高温低活度气相渗铝的方法在不同厚度(0.5、1.0、2.0 mm)的第三代镍基单晶高温合金DD9上制备PtAl涂层,进行1100℃恒温氧化试验后,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)研究不同厚度薄壁单晶高温合金DD9/PtAl涂层界面元素互扩散及界面组织演变。结果3种基体厚度的涂层试样恒温氧化100 h,其互扩散区(IDZ)快速增大;恒温氧化500 h,IDZ厚度基本稳定,均约为25μm;恒温氧化1000 h,只有0.5 mm基体厚度的涂层试样在IDZ出现TCP相“贫化带”。3种基体厚度的涂层试样在IDZ以下,均形成了二次反应区(SRZ),其中析出了针状和颗粒状TCP相。恒温氧化100 h,3种基体厚度的涂层试样的SRZ厚度相当,但是500 h和1000 h后,0.5 mm基体厚度的涂层试样的SRZ厚度显著小于其他2种基体厚度的涂层试样。结论界面附近Ta元素的富集是SRZ形成的主要原因,W、Re和Ta等难熔元素扩散的差异是引起不同基体厚度的涂层试样IDZ和SRZ形貌/厚度差异的关键因素。

冷喷涂制备铝基涂层研究进展及应用现状分析

系统介绍了近年来冷喷涂制备铝基涂层的现状,总结了Al-Ni、铝青铜、高铝青铜、Al-Al_(2)O_(3)、Al-Fe、铝基非晶涂层这几种铝基涂层体系在冷喷涂制备中所采用的工艺,对涂层的微观结构、力学性能以及耐腐蚀、耐磨损性能等进行了阐述,并对冷喷涂技术制备铝基涂层的研究发展和应用方向进行了展望。

表面粗糙度对Q235钢电化学磷化膜耐蚀性的影响

当前的电化学磷化研究忽视了材料表面粗糙度对膜层性能的影响。分别采用机械抛光和高能喷丸对Q235钢进行前处理,并在其表面制备电化学磷化膜;采用扫描电镜、X射线衍射、硫酸铜点滴、全浸泡和极化曲线等方法分析了电化学磷化膜的形貌、组成及耐蚀性。结果表明:粗糙度较小的抛光试样表面形成了块状结晶磷化膜,粗糙度较大的喷丸试样表面形成的电化学磷化膜为细针状结晶;与喷丸处理相比,抛光处理试样表面电化学磷化膜耐蚀性更好,其硫酸铜点滴时间、盐水全浸泡时间和极化电阻分别是喷丸试样的4.0,4.0和3.7倍;喷丸试样膜层主要有Zn3(PO4)2·4H2O、Zn2Fe(PO4)2·4H2O和少量Fe相,而抛光试样中不存在Fe相,出现了耐蚀性更好的Zn3(PO4)2·2H2O相。

ECAP加工与热处理对工业纯铁点蚀行为的影响

通过多道次等通道转角挤压(ECAP)和退火热处理,制备不同组织结构状态的超细晶工业纯铁,采用透射电镜观察微观组织结构特征,并用电化学极化和阻抗谱技术表征超细晶纯铁在含氯离子的钝化介质中点蚀行为。结果表明:随着ECAP加工道次增加,低道次形成的高位错密度板条状结构转变为低位错密度等轴晶;ECAP样退火热处理后,位错减少、大角度晶界增加。ECAP加工道次对纯铁自钝化性能影响不大,开路电位和极化电阻变化均较小;耐点蚀性能与加工道次有关,点蚀电位随加工道次先下降后升高;退火处理后自钝化性能和耐蚀性提高,开路电位、极化电阻和点蚀电位均明显增大。

掺杂镍对镁合金表面冷喷涂锌基涂层性能的影响

目的研究镍添加对冷喷涂锌基涂层耐蚀性的影响,为镁合金提供有效的防护涂层。方法采用低压冷喷涂技术在镁合金基体表面分别制备锌基和锌/镍基复合涂层,通过微观观察、摩擦磨损实验、电化学极化法和电化学阻抗谱测试及全浸泡腐蚀试验,研究镁合金表面冷喷涂涂层的结构、摩擦磨损行为和耐蚀性。结果镁合金表面冷喷涂锌基涂层后,其硬度和耐磨性得到显著提高,掺镍后的锌/镍基涂层具有更高的硬度和耐磨性。锌基和锌/镍基涂层均能为镁合金提供腐蚀防护,锌/镍基涂层比锌基涂层具有更好的耐蚀性。相对镁合金来说,锌基涂层和锌/镍基涂层的自腐蚀电位分别正移了260 mV和560 mV;长期腐蚀后锌/镍基涂层形成了更致密的腐蚀产物膜,腐蚀电阻显著高于锌基涂层。结论冷喷涂锌基和锌/镍复合涂层均能对镁合金提供防护作用,掺杂镍后的锌/镍基复合涂层具有更高的硬度、耐磨性和耐蚀性。

高能喷丸处理对15CrMo低合金钢常温黑色转化膜特性的影响

采用高能喷丸的方法在15CrMo低合金钢表面获得剧烈变形层达到组织细化的效果,在喷丸处理前后试样表面分别制备常温黑色转化膜。利用扫描电子显微镜及能谱仪分析转化膜的形貌及组成,采用全浸泡、动电位极化和电化学阻抗谱方法测试转化膜在3.5%NaCl溶液中耐蚀性。结果表明,高能喷丸处理后15CrMo低合金钢表层组织显著细化,组织更加均匀,促进了结晶颗粒细小、致密的黑色转化膜的形成。与未经喷丸处理试样表面的转化膜相比,高能喷丸处理提高了15CrMo钢表面黑色转化膜的耐蚀性,表现为自腐蚀电位提高90mV,自腐蚀电流密度降低60%,耐盐水浸泡时间延长。

超声喷丸对钢基体表面发黑膜耐蚀性的影响

目的通过对低碳钢基体进行超声喷丸前处理来提高其表面高温碱性发黑膜的耐蚀性。方法采用超声喷丸的方法在低碳钢表面获得剧烈变形层,达到组织细化的效果,并分别在超声喷丸处理前后的钢表面制备高温碱性发黑膜。通过微观观察、电化学极化曲线、电化学阻抗谱测试及全浸泡腐蚀试验,研究喷丸处理对转化膜形貌和耐蚀性的影响。结果超声喷丸处理后,钢基体表层组织显著细化、均匀化,喷丸表面形成的发黑膜结晶颗粒细小、均匀、致密。该膜层与未喷丸表面的发黑膜相比,自腐蚀电位提高了170 m V,自腐蚀电流密度降低了85%,膜层电阻增大1倍以上,并且耐盐水浸泡能力增强。结论超声喷丸的方法可以用于低碳钢表面的前处理,以提高其后续发黑膜的耐蚀性。

冷喷涂铜锌合金复合涂层的腐蚀行为研究

研究了镁合金上低压冷喷涂法制备的铜锌合金复合涂层的结构和耐蚀性。采用低压冷喷涂技术在镁合金表面制备铜锌合金复合涂层。通过微观观察、结合力测试、电化学极化法和电化学阻抗谱测试研究了该涂层的结构和腐蚀行为。结果表明:采用低压冷喷涂法可在镁合金上制备铜锌合金复合涂层,涂层中合金颗粒发生大塑性变形后紧密结合,涂层结构致密,孔隙率低。铜锌合金复合涂层与镁合金基体具有较强的结合性能,结合力测试得到的结合力超过23MPa,且拉伸断口发生在涂层内部,涂层和基体间结合力强。铜锌合金复合涂层在盐溶液中具有较好的耐蚀性,其自腐蚀电位明显高于镁合金基体的,自腐蚀电流显著小于基体的,长期浸泡腐蚀仍然保持较高的电阻,涂层长效防护效果优异。

SOFC金属连接体Mn-Co尖晶石防护涂层掺杂改性研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)具有能量转换效率高、燃料适用范围广等优点,具有广阔的应用前景。由于SOFC工作温度较高(600-800℃),金属连接体长期服役过程中会发生严重的氧化和元素挥发,导致电池性能衰退,降低其使用寿命,故而需要对金属连接体进行防护。在现有的防护涂层材料中,Mn-Co尖晶石涂层能有效抑制金属连接体的氧化和Cr挥发,被广泛用于金属连接体防护,但其高温电导率需要进一步提升。掺杂改性是一种有效提高Mn-Co尖晶石电导率和防护性能的方法。围绕Mn-Co尖晶石掺杂元素和改性方法,详细介绍了SOFC金属连接体Mn-Co尖晶石防护涂层的研究进展。

回归再时效热处理对7046铝合金显微组织与性能的影响

采用室温拉伸试验、极化曲线测试、透射电镜(TEM)等分析方法,研究了回归再时效(RRA)热处理过程中回归温度、回归时间对7046铝合金组织和性能的影响。结果表明,适当的RRA工艺可使合金具有良好的耐腐蚀性能,强度上也不低于T6态合金。经120℃×24 h预时效+180℃×15 min回归+120℃×24 h再时效的RRA工艺处理后,合金综合力学性能达到最优,抗拉强度、屈服强度分别为490.3 MPa、467.8 MPa,高于T6态的487.1 MPa、452.7 MPa;同时耐腐蚀性能也有了显著的提升,自腐蚀电流密度为8.616×10^(-7)A/cm^(2),为T6态的18.9%。

热加工对冷喷涂铝合金块材性能的影响

为了提高冷喷涂增材制造铝基块材性能,对低压冷喷涂法沉积的7075铝合金块材进行了后续退火和热轧加工。采用光学显微镜和扫描电镜观察试样的组织结构特征,并通过拉伸试验和电化学测试表征了块材的应力-应变曲线和耐蚀性。结果表明,低压冷喷涂法沉积的铝合金块材结构上存在大量的颗粒界面和少量微孔等缺陷,拉伸时发生脆性断裂,塑性很差,耐点蚀性能差;经过400℃退火4 h后,结构缺陷显著减少;再经过30%压下量的热轧加工后,结构更加致密,强度和韧性均提高,耐蚀性也随着结构缺陷的减少而提高。

硅丙乳液在鳞片状无机富锌涂料中的应用

利用硅丙乳液改性后基料与鳞片状锌粉均匀混合,制备硅酸锌系列水性无机富锌防腐涂料;并研究了涂料及其涂层的性能.结果表明,涂料中加入20 mass%的硅丙乳液改性后,基料对鳞片状锌粉有更好的润湿分散性,所得涂层的黏结力、耐水性、耐酸性、耐高温性、阴极保护作用均明显提高,改性涂层的耐蚀性良好,有应用价值.

新配方水基淬火介质的制备及冷却特性

配制出一种新配方水基淬火介质,该淬火介质由聚烷撑乙二醇(PAG)、冷速调整添加剂、防锈剂、消泡剂、防腐剂和水组成;研究了新配方水基淬火介质的冷却特性并与水、淬火油和UCON E淬火介质进行了对比。结果表明,新配方水基淬火介质的冷却特性介于水和油之间,3%PAG淬火介质的最大冷却速度为322.5℃·s^(-1),300℃下的冷却速度为112.4℃·s^(-1),与5%UCON E淬火介质相当。

脉冲电沉积镍钼合金镀层的工艺优化

采用脉冲电沉积技术在黄铜表面制备镍钼（Ni-Mo）合金镀层,并以硬度为考核指标,对脉冲电沉积镍钼合金镀层的工艺进行了正交优化设计。结果表明：平均电流密度对镀层表面硬度的影响最大,其次是时间,再次是钼酸钠含量和温度。最佳制备工艺为：平均电流密度6 A/dm^2,时间45 min,钼酸钠含量4 g/L,温度30℃。