锆合金表面Mo/Al/Cr复合涂层的抗高温水蒸气氧化性能

锆合金是重要的核燃料包壳材料,在包壳表面沉积抗高温水蒸气氧化涂层是在失水事故中避免核泄漏的有效途径,然而涂层在高温氧化过程中存在氧化产物不稳定及界面扩散问题。用磁控溅射的方法在Zr-4合金表面沉积Mo/Al/Cr复合涂层,拟利用Al层生成氧化铝提升抗氧化温度上限,利用Mo层阻挡Al与Zr-4基体的扩散。用SEM表征涂层的表面及横截面形貌,利用XRD分析涂层物相结构,用纳米压痕的方法评价涂层的力学性能,用管式炉连接水蒸气发生器来评价涂层的抗高温水蒸气氧化性能。结果表明:在锆合金表面制备的Mo/Al/Cr复合涂层与基体结合良好,结构完整,界面清晰,硬度高于Zr-4合金基体。在高温水蒸气氧化试验中,复合涂层中的Al会发生熔融,导致涂层结构的破坏而不能生成连续致密氧化铝膜。在Cr层、Al层失效的情况下,Mo层可以有效阻挡Al及O元素向基体内部扩散。探讨了Al作为抗氧化层及Mo作为扩散阻挡层的可行性,试验结果可为核燃料包壳涂层的设计选材提供借鉴和支撑。

高速电弧喷涂Fe-Al/Cr_3C_2复合涂层的组织与性能

采用Fe Al/Cr3C2 粉芯丝材和高速电弧喷涂技术 (HVAS)原位合成了铁铝金属间化合物涂层 ,并研究了涂层的显微组织与性能。结果表明 ,高速电弧喷涂Fe Al/Cr3C2 涂层中生成了多种物相 ,主要是Fe3Al和FeAl相 ,同时还包括Fe3C硬质点相及FeO·Al2 O3和Cr2 O3氧化物相等。涂层具有很高的热震结合强度及相对基体较高的显微硬度 ,密度和孔隙率较低。

Cr/Cu/Al/Cr薄膜电极的防氧化性能

采用Al作为Cu导电层的主要防氧化保护层,在普通浮法玻璃上利用磁控溅射和湿法刻蚀技术制备Cr/Cu/Al/Cr复合薄膜及其电极,研究不同的热处理温度对复合薄膜及其电极的结构、表面形貌和导电性能的影响。由于有Al层作为保护层,在热处理过程中,Al先与穿过Cr保护层的氧进行反应,从而可以更有效地保护Cu膜层在较高的温度下不被氧化,所制备的薄膜在经过600℃的热处理之后仍然具有较好的导电性能。而对于Cr/Cu/Al/Cr电极,侧面裸露的金属层在热处理过程中的氧化是其导电性能逐渐下降的主要原因,退火温度超过500℃之后,电极侧面裸露部分的氧化范围不断往电极的中间扩散,导致了薄膜电极导电性能显著恶化。虽然如此,Cr/Cu/Al/Cr薄膜电极在430℃附近仍然具有较好的导电性能,电阻率为7.3×10-8Ω.m,符合FED薄膜电极的要求。以此薄膜电极构建FED显示屏,通过发光亮度均匀性的测试验证了Cr/Cu/Al/Cr电极的抗氧化性。

Al/Cr复合涂层对Ti2AlNb合金抗热腐蚀性能的影响

目的改善Ti2AlNb合金在高温腐蚀盐环境中的耐热腐蚀性能。方法在Ti2AlNb合金表面通过双层辉光等离子渗铬及磁控溅射镀铝技术制备Al/Cr复合涂层,分析涂层热腐蚀前后的微观形貌和物相组成,并探究涂覆Na2SO4盐膜的试样在不同温度下(750、850、950℃)的热腐蚀行为。结果Al/Cr复合涂层组织均匀致密,且与基体结合良好,厚度约73μm,由表及里依次由Al沉积层、Al/Cr合金层、Cr沉积层、Cr扩散层四部分组成。经不同温度Na2SO4盐热腐蚀后,Al/Cr复合涂层腐蚀程度均显著小于合金基体。涂层试样经750~850℃Na2SO4盐热腐蚀后质量变化较小,850℃腐蚀增重仅0.525 mg/cm^2,而经历950℃、40 h熔盐热腐蚀后失重达到73.571 mg/cm^2,且试样截面出现剥离、脱落现象,Al/Cr复合涂层抵抗热腐蚀能力减弱。结论具有涂层保护的试样抗热腐蚀性能明显优于合金基体。Al/Cr复合涂层在750~850℃Na2SO4盐环境中具有良好的热腐蚀抗力,而更高温度段(850~950℃)的热腐蚀抗力下降。Al/Cr复合涂层在Na2SO4盐环境中良好的抗热腐蚀性得益于涂层中Al、Cr元素氧化形成以Al2O3、Cr2O3为主的混合氧化膜,有效阻碍外界氧气及腐蚀性介质侵入基体。

纳米Fe-Al/Cr_3C_2复合涂层及其抗高温腐蚀性能

制备纳米金属间化合物Fe-Al/Cr_3C_2复合涂层并测试其抗腐蚀性能,为利用热喷涂技术治理火电站易损部件腐蚀问题提供有效手段。运用自主研发的造粒系统,成功对高活性的纳米Fe-Al/Cr_3C_2复合喷涂粉体实施团聚造粒;运用高速火焰喷涂方法,在结构材料表面制备出了纳米Fe-Al/Cr_3C_2复合涂层,对比测试了微米、纳米Fe-Al/Cr_3C_2复合涂层的抗高温腐蚀性能,分别采用抛物线型和幂函数型对腐蚀动力学曲线进行拟合。纳米Fe-Al/Cr_3C_2复合喷涂材料的粒径由原始的50nm团聚到最终的114~178μm,团聚后的纳米颗粒呈圆形或椭圆形,各成分比例保持原始比例,团聚颗粒内部仍然保持纳米粉体状态;纳米Fe-Al/Cr_3C_2复合涂层表面致密、铺展均匀,截面元素过渡平缓、层片细小;运用幂函数方程对腐蚀动力学曲线的拟合效果更好。通过对腐蚀动力学拟合方程进行求导运算可推算出各复合涂层的腐蚀速率。团聚后的纳米颗粒满足热喷涂材料的相关要求,纳米Fe-Al/Cr_3C_2复合涂层的抗高温腐蚀性能显著高于微米Fe-Al/Cr_3C_2复合涂层。纳米Al、Cr优先氧化生成具有保护作用的氧化膜机理解释了纳米涂层抗高温腐蚀性能优异的原因。

高速电弧喷涂Fe-Al/Cr_3C_2RE复合涂层抗高温腐蚀性能探讨

使用Fe-Al/Cr_3C_2RE粉芯喷涂丝材,结合高速电弧喷涂技术(HVAS)在20钢上制备Fe-Al/Cr_3C_2RE复合涂层,同时以Fe-Al/Cr_3C_2涂层为比较。通过对涂层进行650℃下涂盐热腐蚀试验,借助扫描电镜观测腐蚀前后涂层表面形貌,利用XRD确定涂层的相组成,对腐蚀后涂层截面进行EDS分析。结果表明:Fe-Al/Cr_3C_2RE复合涂层在650℃时的涂盐抗热腐蚀性能明显优于基体20钢及同类型的复合涂层。Cr元素及稀土氧化物是Fe-Al/Cr_3C_2RE复合涂层性能优异的主要原因。

离子束引起的在Al/Cr双层薄膜界面处的原子混合

用600keV的Kr^+离子轰击Al/Cr双层薄膜样品进行界面原子反应及相互混合的研究。实验样品是在单晶硅上蒸镀约500nm厚的铝膜,相继再蒸上所需厚度的铬膜而制成的。轰击剂量为2.0×10^(15)-2.5×10^(16)Kr^+/cm^2。用2.0MeVa粒子对轰击前后的样品进行了卢瑟福背散射(RBS)分析,发现界面处有明显的原子混合存在;当轰击剂量≥1.0×10^(16)Kr^+/cm^2时,RBS谱出现有明显的坪台,经拟合计算和x射线衍射(XRD)测量证实确有化合物Al_(13)Cr_2存在;还分别得到了原子混合量及混合效率与轰击剂量的关系;最后对界面处的原子混合机制进行了讨论。

纳米Fe-Al/Cr3C2复合涂层的抗电化学腐蚀性能

研究纳米Fe-Al/Cr 3C 2复合涂层的抗电化学腐蚀性能,确定纳米Fe-Al/Cr 3C 2团聚颗粒加入量的最佳值。采用三电极系统,对微米Fe-Al/Cr 3C复合涂层、纳米Fe-Al/Cr 3C 2和分别添加了5%,10%,15%纳米Fe-Al/Cr 3C 2团聚颗粒的系列复合涂层抗电化学腐蚀性能进行测试;利用Zview软件拟合交流阻抗谱,从定性到定量拟合对纳米Fe-Al/Cr 3C 2系列复合涂层的电化学腐蚀行为进行分析;利用扫描电子显微镜观察腐蚀后涂层表面形貌。添加了5%纳米Fe-Al/Cr 3C 2团聚颗粒的复合涂层自腐蚀电位为-0.775 V,自腐蚀电流为0.280 mA/cm 2,与其它涂层相比抗电化学腐蚀性能最优;此处添加的5%纳米级Fe-Al/Cr 3C 2团聚颗粒的复合涂层的特征主要以均匀腐蚀性为主,而其它Fe-Al/Cr 3C 2复合涂层都表现为一定的局部腐蚀特性。Fe-Al/Cr 3C 2复合涂层本身的抗电化学腐蚀特性会受到Fe-Al/Cr 3C 2团聚颗粒的影响而存在改善的价值。加入量低于最佳值时,涂层因表面质量没有得到改善而抗电化学腐蚀性能较低;加入量高于最佳值时,涂层因表面高活性而导致抗电化学腐蚀性能较低。

磁控溅射电流对刀具表面Al/Cr-DLC膜组织和力学性能的影响

为获得膜基结合力更高的刀具,选择Al/Cr金属作为过渡层,分析了不同溅射电流下Al/Cr-DLC膜的组织和力学性能,膜厚都在1.50~1.70μm左右。结果显示:随着溅射电流增加,过渡层厚度变化不明显;增大溅射电流后,膜层中的Cr、Al比例也随之增加,过渡层可以促进元素更快扩散;各膜层拉曼光谱都在1000~2000 cm^(-1)区间形成了非晶碳的非对称峰。随着溅射电流的增大,Cr、Al元素在膜中的含量也明显提高。增大溅射电流后,膜层中形成了更高比例的Al和Cr,而I_(D)/I_(G)的比值先增大再减小,最大比值出现于3.0 A电流下。逐渐增大溅射电流的过程中,残余应力先减小再升高,最低残余应力出现于溅射电流为3.0 A下。当膜层中存在过渡层时,内应力发生了显著降低。当溅射电流由1.0A升高至3.0 A时,膜层的硬度和弹性模量都出现了降低。

北京市羊坊店学区两个年级组小学生AL/CR分布情况的分析

目的:比较眼轴长度与角膜曲率半径比值(AL/CR)>3的人数在不同人群中所占比例的差异,探寻近视防治的监控点。方法:选择北京市羊坊店学区全部小学的一年级、四年级学生2970例。采用标准对数视力表测量远视力(DVA),光学相干生物测量仪(IOL Master)测量眼轴长度(AL)及角膜曲率半径(CR)。取有眼测量值统计分析。结果:一年级组1 282例,年龄6.44±0.52岁;四年级组1688例,年龄9.25±0.46岁。一年级组与四年级组相比,AL明显较短(P=0.000);DVA明显较好(P=0.000);AL/CR明显较小(P=0.000);角膜曲率半径值(CR)无显著性差异(P=0.31)。男性与女性相比,AL明显较长(P=0.000);DVA较好(P=0.01);AL/CR明显较大(P=0.000);CR明显较长(P=0.000)。四年级组AL/CR>3人数的比例显著高于一年级组(x^2=644.929,P=0.000)。高龄组中AL/CR>3人数的比例显著高于低龄组(x^2=644.807,P=0.000)。随着远视力的下降,一年级组与四年级组中AL/CR>3人数的比例均显著增高(x^2=82.914,x^2=297.236;P=0.000)。结论:不同学龄组小学生眼球生物学参数的对比分析表明学龄的延长影响学生的视力和眼轴发育。随着年龄的增长和远视力的下降,存在近视患病危险因素的人数比例增加,群体中近视患病的危险性也相应增加。在对大规模样本进行的眼科研究活动中,应用IOL Master测量眼球的生物学参数具有显著优势。

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。

电弧离子镀Al-Cr-O/Zr-O+NiCoCrAlSiY和Al-Cr-O+NiCoCrAlSiY涂层的抗氧化性和隔热性能

采用电弧离子镀在高温合金表面沉积Al-Cr-O/Zr-O多层涂层和Al-Cr-O单层涂层+NiCoCrAlSiY结合层,并在1000~1200℃下进行热处理。利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析涂层的显微组织和物相结构。结果表明,Al-Cr-O/Zr-O多层涂层和Al-Cr-O单层涂层均呈现出致密的球形结构。热处理后,Al-Cr-O/Zr-O涂层表面出现裂纹,且裂纹随着温度的升高而增多和变粗。然而,Al-Cr-O涂层经热处理后其表面胞状结构转变为紧密连接的粒状结构,并且随着热处理温度的升高,粒状结构显著长大。由于作为氧离子导体以及t-ZrO_(2)的致密度低于α-Al_(2)O_(3),Al-Cr-O/Zr-O涂层中的t-ZrO_(2)为氧离子向涂层内扩散提供了通道,因此,Al-Cr-O单层涂层+NiCoCrAlSiY涂层体系的高温抗氧化性优于Al-Cr-O/Zr-O多层涂层+NiCoCrAlSiY涂层体系。但是,由于更大的陶瓷涂层厚度,t-ZrO_(2)相的低热导率以及层间界面的热反射作用,Al-Cr-O/Zr-O多层涂层+NiCoCrAlSiY涂层体系的隔热性能优于Al-Cr-O单层涂层+NiCoCrAlSiY涂层体系。

Al-Cr-Fe-Mn-Ni高熵合金中的L2_(1)相的相稳定性及其性能研究

为开发兼具良好强度与塑性的BCC基高熵合金,可引入与基体共格的B2或L2_(1)相。L2_(1)相具有更好的抗蠕变性能,有望在高温环境中得到应用。但是,目前对BCC型高熵合金中L2_(1)相的存在规律、相稳定性及其对合金性能的影响还缺乏深入的研究。为此,本工作研究了电弧熔炼制备的铸态Al_(0.5)Cr_(2.5-x)FeMn_(x)Ni(x=0.5~1.75)、Al_(0.75)Cr_(2.25-y)FeMn_(y)Ni(y=0.25~1.5)、AlCr_(2-z)FeMn_(z)Ni(z=0.5~1.5)高熵合金的相组成,及800℃或1000℃真空退火120 h对合金组织和相组成的影响。研究表明,这些合金中L2_(1)相的成分特征由40%~50%(原子分数)Ni和15%~20%(原子分数)Al、Mn组成。L2_(1)相只存在于Al含量为10%~15%(原子分数)的合金中,且多以BCC+L2_(1)两相共存,获得的组织为编织网状的调幅分解组织。当Al含量达到20%(原子分数)后,合金则由BCC+B2两相构成。L2_(1)相的存在会使BCC型XRD特征峰出现明显的峰分裂。经过800℃或1000℃退火后,合金中L2_(1)相仍能稳定存在,合金显微组织发生粗化并会形成σ或FCC相。铸态合金的硬度随Mn含量的增加而降低,含L2_(1)相的合金的硬度在463HV~558HV范围内。800℃退火会使含5%~15%(原子分数)Mn的合金硬度降低70HV~100HV,但由于硬质σ相的析出,含20%~30%(原子分数)Mn的合金硬度提高200HV以上;1000℃退火后,由于软质FCC相的形成,合金的硬度略有降低,这些结果将为BCC型高熵合金的设计奠定基础。

Cu-Sn、Ni-Cr、Co烧结助剂对Ni_(3)Al基金刚石复合材料性能的影响

采用真空热压法制备了Ni_(3)Al基金刚石复合材料,研究了不同烧结助剂对复合材料力学性能和微观结构的影响,并对Ni_(3)Al基金刚石钻头的钻孔性能进行了测试。结果表明,在添加0~30vol%的Cu-Sn、Ni-Cr、Co烧结助剂后,Ni_(3)Al基金刚石刀头的致密度、抗弯强度、硬度得到提高。Ni3Al基金刚石复合材料的抗弯强度随着Ni-Cr、Co烧结助剂含量的增加而提高。Cu-Sn、Ni-Cr烧结助剂中的Cr元素在金刚石的表面出现了富集现象。将添加Cu-Sn、Ni-Cr烧结助剂的Ni_(3)Al基金刚石复合材料制备成工具进行钻削测试,发现Ni_(3)Al基金刚石复合材料的失效形式可以分为微破碎、磨耗、宏观破碎3种形式,钻削试验中并没有发现整颗金刚石脱落的现象,表明Ni_(3)Al基对金刚石的把持力较大,强度较高。

Y改性Cr-Al渗层的组织及抗热冲击性能

采用粉末包埋渗法在DZ125镍基合金表面制备了Cr-Al-Y渗层。借助扫描电镜、能谱仪及X射线衍射仪,对Cr-Al-Y渗层组织结构及相组成进行了分析表征,对比研究了DZ125镍基合金基体及Cr-Al-Y渗层的抗热冲击性能。结果表明:经1050℃保温4 h所制备的Cr-Al-Y渗层均匀、致密、连续,厚度约为120μm,具有明显的沉积-扩散分布特征,渗层由外向内依次为Ni_(3)Cr_(2)、Ni_(3)Al浅表层,富含Ni_(3)Al的Ni_(3)Cr_(2)外层、Ni_(3)Cr_(2)中间层和Ni_(3)Cr_(2)、Ni_(3)Al内层。1000℃热冲击实验显示,DZ125基体热冲击31次后出现点状剥落,热冲击114次后目视可见裂纹,热冲击145次后表面出现块状剥落。Cr-Al-Y渗层热冲击142次后在渗层边缘出现细小裂纹,热冲击181次后出现可视细小裂纹,但渗层未出现剥落现象。这表明Cr-Al-Y渗层与基体合金之间不但具有良好的膜基结合力,还能在一定程度上提升DZ125基体合金的抗热冲击性能。

Cr对Al-Cu-Mn合金显微组织及力学性能的影响

为了提高Al-Cu-Mn合金的力学性能,采用了扫描电子显微镜、X射线衍射仪、能量色散X射线谱仪及电子万能试验机研究了不同Cr含量的Al-6.5Cu-0.5Mn-xCr合金铸态和热处理态的显微组织及室温拉伸力学性能。结果表明,Cr的添加可以细化α-Al枝晶组织。经T6热处理后,粗大的Al_(84.6)Cr_(15.4)和网状θ-Al_(2)Cu相基本消失;基体中析出很多细小、弥散的纳米θ′-Al2Cu相,Cr促进了θ′-Al_(2)Cu相的析出与细化。铸态和热处理态合金抗拉强度都随Cr添加量增加呈先升后降的趋势,当Cr质量分数为0.6%时,2种合金抗拉强度均最高,分别为191.98 MPa和373.5 MPa,分别比基体合金提高15.7%和20.09%。铸态合金力学性能的改善主要是因为Cr的引入对α-Al枝晶和晶粒的细化作用,而热处理态合金力学性能的提高主要是因为Cr能使时效过程纳米θ′-Al_(2)Cu相细化并增加其析出数量。

制备Si-Cr-Y高温抗氧化涂层适用于低密度Nb-Ti-Al合金

针对低密度Nb-Ti-Al合金抗氧化性能需求,开展了Si-Cr-Y抗氧化涂层研究,利用SEM、EDS、电阻内热法等手段分析了制备的硅系涂层高温抗氧化性能和微观结构在氧化前后的变化。结果表明,1200℃下涂层抗氧化寿命达到133 h,室温~1200℃空冷热震大于15000次;涂层与基体之间形成一层扩散阻氧层,保证了涂层与基体之间的结合强度;在高温大气环境下,涂层表面形成一层隔绝氧气的SiO2保护层,从而表现出Si-Cr-Y涂层具有良好的抗氧化性能。

磁控溅射镀膜技术在(Cr,Ti,Al)N涂层上的应用

过渡金属氮化物硬质涂层在切削刀具、精密模具和机械零部件等领域有着广泛的应用。随着切削技术的进步和难加工材料的增多,硬质涂层已由传统的二元涂层向着三元、四元涂层不断发展。(Cr,Ti,Al)N四元涂层因其优异的综合性能而备受研究人员的关注。本文从磁控溅射镀膜的基本原理和技术特点出发,介绍了制备(Cr,Ti,Al)N涂层常见的磁控溅射镀膜技术,分析了采用单质靶与合金靶沉积镀膜的效果及其各自的优缺点,研究了磁控溅射工艺参数对(Cr,Ti,Al)N涂层机械性能的影响,最后讨论了(Cr,Ti,Al)N梯度涂层的作用及其制备方法。本文可为设计(Cr,Ti,Al)N涂层制备工艺、改善(Cr,Ti,Al)N涂层性能提供理论参考与指导。

Cr元素掺杂对Fe-C-Mn-Al系轻质钢的影响研究进展

Fe-C-Mn-Al系轻质钢具有良好的耐腐蚀性、低密度和优异的综合力学性能,在钢中添加合金元素会显著影响相变热力学与动力学,进一步影响并决定组织形貌的演化过程.添加Cr元素会对Fe-C-Mn-Al系轻质钢微观组织产生显著作用,重点对添加不同含量的Cr元素后,对κ-碳化物、β-Mn和DO_(3)等相生长、晶粒尺寸变化及晶界角度的改变,促进Al_(2)O_(3)及含Cr氧化物的生成,以及提高Fe-C-Mn-Al系轻质钢抗拉强度、耐腐蚀性和抗氧化性等性能的情况进行分析.并归纳总结了Cr元素的加入及不同含量的Cr元素给Fe-C-Mn-Al系轻质钢带来的优势,同时对当前的发展趋势进行展望.

Fe-Cr-Ni-Al合金铸造过程的数值模拟及组织性能

利用Procast软件模拟计算对Fe-Cr-Ni-Al合金的温度场和冷却速率进行分析,通过实验研究各冷却速率对铸态组织、枝晶间距以及显微硬度的影响.结果表明:采用阶梯状铸件能够较好地拟合Fe-Cr-Ni-Al合金铸件的温度场分布以及冷却速率的变化情况.随着冷却速率的增加,奥氏体相占比减小,铁素体相占比增大,过冷度增加使合金组织一次枝晶间距减小,组织中存在σ相,铁素体相区与奥氏体相区显微硬度值随冷却速率增大都呈增高趋势.