钛合金表面CrN涂层高温氧化及力学性能

采用热丝增强等离子体磁控溅射技术,在Ti6Al4V(TC4)基体表面沉积单相CrN涂层,并分别在温度为400、500、600、700、800℃下空气中退火。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)与能谱(EDS)、Raman光谱、原子力显微镜(AFM)、X射线荧光光谱仪(XRF)、划痕仪、纳米压痕仪、台阶仪和摩擦磨损仪分析涂层的物相组成、微观形貌、成分及力学性能。随着退火温度的升高,CrN所有取向的峰位均向右移动接近标准峰位,内应力得到释放。当退火温度达到600℃后,涂层表面氧化迹象明显,粗糙度升高,出现白色颗粒状Cr_(2)O_(3)。随退火温度升高,涂层与基体结合力提高,在800℃时临界失效载荷达到25.2 N;涂层硬度和弹性模量下降,硬度从未退火的24.86 GPa降至800℃的15.23 GPa,弹性模量从327 GPa降至260 GPa;涂层耐磨性小幅下降,磨损量从未退火的0.78×10^(-16)m^(3)/(m·N)上升至11.74×10^(-16)m^(3)/(m·N),但均远低于TC4基体的磨损量10371.61×10^(-16)m^(3)/(m·N)。划痕与摩擦磨损检测结果中,涂层均未出现分层及剥落现象。采用热丝增强等离子体磁控溅射技术在钛合金表面制备的CrN涂层,在高温环境下保持较高的耐磨损性能和与基体良好的结合力,提高了软质不耐磨的TC4基体在高温磨损环境的使用寿命。

基于正交试验的磁控溅射铝涂层对孪晶诱发塑性钢耐蚀性的影响

目的利用磁控溅射技术在孪晶诱发塑性钢板表面沉积铝涂层,借助L9(3^(3))正交试验设计表研究热丝电流、靶电流和基体偏压3个工艺参数对铝涂层相结构、微观形貌以及耐蚀性能的影响。方法利用XRD和SEM研究铝涂层的微观结构。利用电化学工作站和盐雾试验箱测试并分析铝涂层的耐蚀性能。通过极差分析得到热丝电流、靶电流和基体偏压所对应的极差值(R值)。结果引入热丝后,基体偏流密度从0.02 mA/cm^(2)提升至0.72 mA/cm^(2),提高了1个数量级;靶电流与基体偏压的影响不明显。涂层厚度随靶电流的增加而增大,靶电流由3 A增至9 A的过程中,涂层厚度由0.67μm增加至3.16μm。择优取向在热丝电流与基体偏压的共同作用下由(200)向(111)转变,这反映了晶体内部应力增大。铝涂层均为典型的再结晶形貌。在热丝电流从0 A增大到20 A的过程中,自腐蚀电位由-969 V增大至-656 V,靶电流和基体偏压的影响较小。自腐蚀电流密度随靶电流的增加而增大,当靶电流从3A增至9A时,其数值由1.15×10^(-7)A/cm^(2)增大为3.04×10^(-7)A/cm^(2);自腐蚀电流密度随热丝电流和靶电流呈现先增后减的趋势。腐蚀面积与热丝电流成正相关,热丝电流越大,腐蚀面积越大(5.03%~12.21%);腐蚀面积与靶电流成负相关,靶电流越大,腐蚀面积越小(10.62%~6.51%)。结论热丝电流主要影响涂层的致密度,热丝电流越大,涂层越致密,自腐蚀电位越高。靶电流主要影响涂层厚度,涂层越厚越耐蚀,同时也变得疏松,点蚀增多。基体偏压对于铝涂层的耐蚀性影响不大。

冷喷涂Cu(Ag)涂层对TB10钛合金的生物污损防护

为提升TB10钛合金的抗生物污损能力,采用冷喷涂技术在钛合金表面制备铜(Cu)、铜⁃银(Cu⁃Ag)涂层,其中Cu⁃Ag涂层的粉体中,银的质量分数为10%。使用X射线衍射技术检测涂层的物相组成;通过分光光度计测试550 nm处的吸光度表征溶液中硫酸盐还原菌的生长趋势;通过扫描电镜观察在硫酸盐还原菌培养液中浸泡3,7,12 d后涂层试样的表面形貌,评价涂层的抗生物污损能力;通过电化学工作站测试试样在模拟海水中的极化曲线表征涂层耐蚀能力。结果显示:在浸泡实验中,钛合金表面吸附的细菌最多,含有Cu、Cu⁃Ag涂层的试样都具有一定的抗生物污损能力,Cu⁃Ag涂层的抗生物污损能力最强。银的加入促进了细菌的破裂、死亡。Cu及Cu⁃Ag涂层、TB10基体试样自腐蚀电位分别为-300.0,-209.1,-144.9 mV,自腐蚀电流密度分别为4.16×10^(-5),1.81×10^(-5),1.55×10^(-7)A/cm^(2)。制备有Cu、Cu⁃Ag涂层的试样相较于钛合金基体腐蚀电位较低,腐蚀电流较大,具有一定阳极保护基体作用。封孔处理后,制备有涂层的试样耐蚀性提升,腐蚀电流密度降低了2个数量级。在钛合金表面通过冷喷涂制备Cu、Cu⁃Ag涂层,提升了钛合金的抗生物污损能力。银可在材料表面生成一层高活性杀菌离子层,使抑菌作用持续有效,并可通过封孔提升涂层的耐久性。

离子氮化中氮在典型钢中的扩散行为研究

通过热丝增强低温等离子体渗氮技术对三种晶体结构及主要合金成分具有显著差异的典型钢进行了氮化处理,三种典型钢分别为M50模具钢、W6高速钢、316L不锈钢,检测了氮化后三种典型钢的渗氮层厚度、硬度、耐磨性,对渗氮层显微组织和物相进行了观测与分析,并计算了N原子在典型钢中的扩散激活能。结果表明:在渗氮温度为450℃、氮/氢流量比为1∶3的条件下,分别渗氮1 h、2 h和4 h后,三种钢的硬度、耐磨性得到提高,具有回火索氏体组织的M50模具钢与W6高速钢的渗氮层相结构为扩展铁素体(α_(N))及铁氮化合物(Fe_(3)N)相,具有奥氏体组织的316L不锈钢的渗氮层相结构为单相扩展奥氏体(γ_(N)),且三种钢渗氮层厚度有较大差别,经过4 h离子氮化,W6高速钢的渗氮层最厚,达42.2μm,M50模具钢渗氮层厚度为27.2μm,316L不锈钢的最薄,为7.3μm。造成这种差异的主要原因是体心立方(BCC)结构的钢较面心立方(FCC)结构的钢含有更大尺寸的八面体间隙,且钢中碳与合金元素形成的碳化物会促进铁氮合金的ε相形核,而在晶格格点的Cr与N的较大亲合力阻碍了N的进一步扩散。

透明导电薄膜(Ⅲ):TCO/M/TCO三层透明导电薄膜

TCO/M/TCO三层透明导电薄膜具有可见光区透光率高、导电性好且超薄的特点,适用于包括柔性基底在内的电子器件的透明导电电极。本文阐述三层透明导电氧化物/金属/透明导电氧化物(TCO/M/TCO)薄膜透光导电原理,厚度设计及其对光电性能的影响,金属层的选择及作用机制,溅射氛围和后处理工艺对薄膜性能的影响。

等离子体密度调控CrN薄膜结构改性Ti6Al4V双极板

目的满足质子交换膜燃料电池双极板的使用要求。方法采用热丝增强等离子体磁控溅射技术,通过改变热丝放电电流调控溅射等离子体密度,在Ti6Al4V(TC4)合金表面制备了氮化铬(CrN)薄膜。结果随着热丝放电电流从0 A增加至32 A,真空腔内等离子体密度增强,‒50 V偏压下基体偏流密度从0.07 mA/cm^(2)增至0.7 mA/cm^(2)。CrN薄膜择优取向从低应变能的(111)转变成表面能更低的(200)择优取向。薄膜表面形貌由较疏松的四棱锥型转变成致密球形;无热丝时,CrN薄膜显示有铬的(110)衍射峰且铬原子数分数为52.16%,为富金属薄膜。热丝放电电流为16 A和32 A时,CrN薄膜中的铬原子数分数分别降至50.79%和49.82%,且无Cr的衍射峰,即逐渐转变为贫铬。采用热丝辅助磁控溅射,将使氮气离化率增大,活性增强,引起薄膜贫铬。模拟双极板工作环境下,与TC4腐蚀电流密度1.5×10^(‒8) A/cm^(2)相比,CrN薄膜的腐蚀电流密度由无热丝的3×10^(‒5) A/cm^(2)降至使用热丝的9×10^(‒9) A/cm^(2)。对电化学阻抗谱拟合等效电路表明,无热丝放电电流条件下制备的CrN薄膜等效电路中出现了基体与涂层间的电阻,说明疏松涂层为腐蚀液提供了通道,在基体和涂层间形成了腐蚀。16 A和32 A热丝放电电流条件下制备的CrN薄膜与表面无涂层的钛合金等效电路相同,说明致密涂层能有效阻碍腐蚀介质的渗入,具有最佳腐蚀抗性。无热丝放电电流时接触电阻为7.95 mΩ·cm^(2),热丝放电电流16 A时接触电阻增至15.65 mΩ·cm^(2),32 A时接触电阻大幅增加。结论在质子交换膜燃料电池双极板备选材料钛合金表面制备致密CrN薄膜,增强了基体的耐蚀性,但贫铬组分导致薄膜电阻增大。在钛合金电极板表面制备致密且略富金属或化学剂量比相当的CrN薄膜,将满足其作为燃料电池双极板的使用条件。

透明导电薄膜(Ⅳ):石墨烯透明导电薄膜

石墨烯透明导电薄膜具有十分优异的光学、热学、电学和力学性能,在未来的柔性光电子器件中具有明显的优势。本文详细阐述石墨烯的结构及性质,综述以PET为衬底的TiN/石墨烯/PET薄膜、ZnO/石墨烯/PET薄膜、GaN/石墨烯/PET薄膜,以PI为衬底的PI/石墨烯/ZnO复合薄膜和石墨烯/Ag纳米线薄膜的研究进展,并概述石墨烯透明导电薄膜的应用领域。