基于SiO_(2)@CA微球的非晶结构色涂层的制备及光学性能

目的制备基于SiO_(2)@CA微球的非晶结构色涂层,并得到调控结构色颜色的方法,作为功能包装或智能包装的潜在应用。方法将咖啡酸(CA)与SiO_(2)微球在CuCl_(2)和NaBO_(3)·4H_(2)O的催化下产生活性氧(ROS),使CA迅速氧化为具有强黏附性的聚咖啡酸(PCA)包覆SiO_(2)微球,即SiO_(2)@CA复合微球,然后将该复合微球与无水乙醇组成的悬浮液喷涂于亲水化的玻璃基片表面,从而制得非晶结构色涂层。采用FT-IR、XPS、TGA、SEM等对SiO_(2)@CA复合微球及其结构色涂层进行表征,研究CA含量、CuCl_(2)/CA的质量比和NaBO_(3)·4H_(2)O/CA的质量比对复合微球的形貌及结构色涂层光学性能的影响。结果在CA质量分数为5%、CuCl_(2)/CA的质量比为12∶和NaBO_(3)·4H_(2)O/CA的质量比为64∶的制备条件下可以得到适宜的SiO_(2)@CA复合微球及结构色涂层。结论采用CA可有效提高所制备非晶结构色涂层颜色的对比度,实现颜色调控。

基于悬浮液等离子喷涂的Ba(Mg_(1/3)Ta_(2/3))O_(3)悬浮液制备及涂层组织结构

【目的】常规大气等离子喷涂制备新型热障涂层陶瓷层候选材料Ba(Mg_(1/3)Ta_(2/3))O_(3)(BMT)涂层应变容限较低。【方法】基于悬浮液等离子喷涂技术(SPS),以乙醇为分散介质,聚丙烯酸(PAA)、聚乙烯亚胺(PEI)和聚乙二醇(PEG)为分散剂,借助机械球磨制备了不同成分配比的BMT悬浮液。通过重力沉降观察法、紫外-可见分光光度计、Zeta电位仪对悬浮液的分散行为进行了研究,分析了分散剂种类及添加量对BMT悬浮液稳定性的影响;并利用SPS沉积了BMT涂层,对涂层的物相结构、表面形貌和截面组织进行了表征分析。【结果】结果表明:分散剂PEI在BMT颗粒表面吸附能够提高其Zeta电位,增强颗粒间斥力,并提供空间位阻作用,相比PAA和PEG,BMT悬浮液可以获得更好的分散效果。同时,添加PEI的BMT悬浮液黏度较低(介于1.5~2mPa·s),适用于SPS.由SPS制备的BMT涂层基本维持了BMT的物相结构,涂层呈现明显的柱状晶组织,且随悬浮液固含量的提高,涂层沉积效率增加,所形成的柱状晶体积更大,符合高应变容限涂层的组织结构特征。

Y_(2)O_(3)含量对大气等离子喷涂Al_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)复合涂层微观结构和力学性能的影响

目的探究掺杂不同质量分数Y_(2)O_(3)对Al_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)复合涂层微观结构及其力学性能的影响。方法采用大气等离子喷涂制备Al_(2)O_(3)涂层,以及Y_(2)O_(3)质量分数分别为10%、20%、30%、40%的Al_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)复合涂层。利用SEM、EDS对粉末以及不同涂层的形貌、组织结构、元素分布进行分析。使用XRD表征粉末和涂层的物相。使用显微硬度仪、纳米压痕测试仪和电子万能试验机对涂层的显微硬度、弹性模量以及断裂韧性等力学性能进行测试分析。结果Al_(2)O_(3)喷涂粉末的物相由α-Al_(2)O_(3)组成,而喷涂得到的Al_(2)O_(3)涂层则由α-Al_(2)O_(3)、γ-Al_(2)O_(3)组成。加入Y_(2)O_(3)后,对复合涂层中γ-Al_(2)O_(3)的生成有一定的抑制作用。随着喷涂粉末中Y_(2)O_(3)含量的增多,Al_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)复合涂层表面未充分熔融的颗粒逐渐增加,复合涂层的孔隙率也越来越大,掺杂了10%Y_(2)O_(3)的Al_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)复合涂层的孔隙率最低,涂层最致密。Al_(2)O_(3)涂层具有最高的显微硬度值(1209HV0.3)和弹性模量(227 GPa)。随着Y_(2)O_(3)含量的增加,Al_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)复合涂层的显微硬度与弹性模量逐渐降低。Al_(2)O_(3)-10%Y_(2)O_(3)复合涂层的弹性恢复率高达48.3%,并且其断裂韧性及抗塑性变形的能力也最好。结论掺杂了10%Y_(2)O_(3)的Al_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)复合涂层具有最致密的微观组织结构,其综合力学性能最好。

SO_(2)/盐雾环境对导电橡胶性能的影响

为了研究导电橡胶在SO_(2)/盐雾环境下的适应性,针对以石墨烯为导电填料的导电氟醚橡胶和以合金镍粉为导电填料的导电硅橡胶,开展“SO_(2)/盐雾”实验,通过导电橡胶的宏观形貌、邵尔A硬度、拉伸强度、拉断伸长率、撕裂强度和体积电阻率等性能测试,分析“SO_(2)/盐雾”环境对导电橡胶性能的影响。结果表明:实验前,导电氟醚橡胶和导电硅橡胶的邵尔A硬度相当,导电氟醚橡胶的拉伸强度高于导电硅橡胶,体积电阻率低于导电硅橡胶。经过8个循环的“SO_(2)/盐雾”实验,导电氟醚橡胶的宏观形貌未发生变化,邵尔A硬度下降3,拉伸强度上升0.8 MPa(5%),拉断伸长率下降18%,体积电阻率上升2.1Ω·cm(65.8%),撕裂强度无变化;导电硅橡胶发生明显的腐蚀,表面出现绿色腐蚀产物,邵尔A硬度逐渐降低,拉伸强度下降了1.2 MPa(16.4%),拉断伸长率下降2%,体积电阻率降低3.00Ω·cm(52.4%),撕裂强度无变化。综合各项性能,导电氟醚橡胶在“SO_(2)/盐雾”环境中的适应性优于导电硅橡胶。

大气等离子喷涂Si/Mullite+BSAS/Yb_(2)Si_(2)O_(7)环境障涂层的制备与水氧腐蚀行为

以固相烧结法制备的Yb_(2)Si_(2)O_(7)粉体作为原材料,采用大气等离子喷涂工艺在SiC基体表面制备Si/Mullite+BSAS/Yb_(2)Si_(2)O_(7)三层结构环境障涂层。利用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射分析仪、纳米压痕试验机等设备研究涂层的显微组织、相结构和力学性能。结果表明:粉体材料由83%Yb_(2)Si_(2)O_(7)相和17%Yb_(2)SiO_(5)相(质量分数)组成,等离子喷涂获得的Yb_(2)Si_(2)O_(7)层孔隙率为(6.61±0.65)%,涂层结合强度达(22.82±3.55)MPa,涂层断裂韧度达(1.98±0.12)MPa·m1/2。此外,涂层1350℃条件下水氧耦合腐蚀测试结果显示Yb_(2)Si_(2)O_(7)单斜相含量先降低后提高,硅黏结层高温氧化形成的热生长氧化物SiO_(2)与Mullite+BSAS界面相容,未发现Mullite+BSAS与Yb_(2)Si_(2)O_(7)层互扩散现象,硅层的损耗是涂层使用寿命的主要限制环节。

等离子喷涂与激光重熔复合制备Mo_(2)NiB_(2)涂层的组织和性能研究

采用大气等离子喷涂方法在Q235低碳钢表面制备Mo_(2)NiB_(2)基金属陶瓷涂层,选取300 W和500 W功率对其进行激光重熔。结果表明,激光重熔可以显著减少涂层的缺陷,使组织结构变得更加致密,界面处的弱机械结合转变为良好的冶金结合。随着激光功率的提高,涂层的结合强度和耐腐蚀性能提高,最大结合强度为38.08 MPa,最小腐蚀电流为0.033μA/cm^(2),但硬度和耐磨性降低,最小硬度为1781HV0.2,最大体积摩擦率为6.25×10^(-5)mm^(3)/(N·m)。上述等离子喷涂及2种激光重熔的Mo_(2)NiB_(2)基金属陶瓷涂层的硬度、结合强度、耐磨性和耐腐蚀性都明显高于Q235低碳钢基体。

混凝土喷涂N-TiO_(2)/SiO_(2)硅丙光催化涂层自清洁性能研究

为了开发一种具有良好光催化活性和稳定性的混凝土喷涂光催化硅丙涂料。以稀HNO3预处理纳米SiO_(2)和钛酸四丁酯为原料,无水乙醇作为溶剂制备了N-TiO_(2)/SiO_(2)光催化材料。并将NTiO_(2)/SiO_(2)光催化材料掺杂到硅丙乳液中制备了光催化涂料,均匀喷涂到混凝土净浆块表面形成均一的涂层。采用X射线衍射仪(XRD)、傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)、紫外-可见漫反射光谱仪(DRS)和稳态荧光光谱仪(PL)等对光催化材料进行了表征。结果表明:N-TiO_(2)/SiO_(2)光催化材料的光催化活性比纯相TiO_(2)的优异,全光谱照射30 min内甲基橙降解率达到了99.75%,这得益于非金属N的掺杂拓宽了光谱吸收范围,实现了高效的光电子-空穴分离。涂层表现出优异的光催化活性和稳定性,全光谱照射10 h内甲基橙的降解率达到了94.78%,喷涂光催化涂料的混凝土净浆块置于自然环境下日晒雨淋35 d内甲基橙的降解率为90.25%,光催化涂层表现出良好的稳定性。N-TiO_(2)/SiO_(2)的掺杂虽然影响了光催化涂层的黏结强度和吸水性,但仍达到了聚合物水泥防水涂料黏结强度Ⅲ型要求和外墙涂料吸水性Ⅲ级要求,可以应用于室内外建筑工程项目。

废旧LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_(2)材料球磨-喷雾法再生研究

为了改善再生锂离子电池材料的电化学性能,提出了一种球磨-喷雾法对废旧LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_(2)(NCM523)进行回收再生。该方法是通过对预处理后的废旧正极材料进行球磨细化,经过喷雾干燥迅速制备再生材料的前驱体,并结合高温煅烧制备再生NCM523材料。采用SEM、EDS、XRD、HRTEM、FT-IR、XPS、TG-DSC等对再生过程中材料的形貌、成分、物相及化学变化等进行了分析,且对再生NCM523组装的电池进行了电化学性能分析。结果表明,再生材料具有多孔结构,锂镍混排程度降低,电化学性能得到改善。在实验条件下得到的再生NCM523材料在0.11 C下的首圈放电比容量为159.053 mA·h/g,循环100圈后放电比容量为145.615 mA·h/g,容量保持率为91.55%,具有良好的容量保持率;电流密度为5 C的首圈放电比容量为126.974 mA·h/g。相较于传统的直接再生方法,球磨-喷雾再生法制备的NCM523的电化学性能得到明显改善。

Al_(2)O_(3)改性等离子喷涂-物理气相沉积热障涂层的异物损伤行为及失效机理

由外来异物损伤引起的颗粒冲蚀是制约热障涂层使用寿命的重要因素。为了提高等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)热障涂层的耐冲蚀性能,采用磁控溅射和真空热处理在PS-PVD喷涂的7YSZ热障涂层表面制备一层致密的α-Al_(2)O_(3)。系统研究热障涂层的异物损伤行为,并采用第一性原理计算对α-Al_(2)O_(3)/c-ZrO_(2)界面进行研究。结果表明,PS-PVD、大气等离子喷涂(APS)和电子束-物理气相沉积(EB-PVD)热障涂层的冲蚀质量损失率分别为324、248和139μg/g,而Al_(2)O_(3)改性的PS-PVD热障涂层的冲蚀质量损失率降至199μg/g。此外,在Al_(2)O_(3)/ZrO_(2)-O的顶部构型模型中观察到的界面结合能最高(3.88 J/m^(2)),远高于ZrO_(2)/Ni(2.011 J/m^(2)),使界面结合性能得以提高。

沉淀剂浓度对喷雾共沉淀法合成Tb_(2)O_(3)纳米粉体的影响

采用喷雾共沉淀法结合还原气氛处理制备了Tb_(2)O_(3)超细纳米粉体,探究了碳酸氢铵沉淀剂浓度对前驱体物相、粉体微观形貌和烧结性能的影响。研究表明,沉淀剂浓度会显著影响纳米粉体的微观形态、均匀性和烧结活性。沉淀剂浓度过低会导致沉淀物晶粒过度生长,造成粉体粒径增大和不均匀性;沉淀剂浓度过高会造成不良的软团聚。最佳沉淀剂浓度为1.5 mol/L,该条件下可获得平均粒径约为52.45 nm的超细Tb_(2)O_(3)均匀粉体,粒径分布范围为30~80 nm。粉体经1400℃的保护气氛烧结和热等静压处理后制得的Tb_(2)O_(3)透明陶瓷在1064 nm波长下Tb_(2)O_(3)透明陶瓷线性透过率为76.11%。

悬浮液等离子喷涂高效制备TiO_(2)涂层及其光催化性能

目的 解决TiO_(2)粉末催化剂在污水净化过程中易沉降和难回收问题,同时提高TiO_(2)在可见光条件下降解有机污染物的速率。方法采用悬浮液等离子喷涂(SPS)技术,以H2为辅助气体制备TiO_(2)涂层,借助H2将高温等离子体焰流中熔融态TiO_(2)中的Ti4+还原成Ti3+。通过场发射扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱光谱仪、紫外-可见光谱仪等对TiO_(2)粉末以及所制备涂层的结构形貌、物相组成、元素价态、光学特性进行分析。以亚甲基蓝为目标污染物,使用光化学反应仪测试粉末和涂层的光催化性能。结果TiO_(2)涂层表面呈现由熔融和半熔融颗粒组成的“喀斯特”微观形貌,表面粗糙度为2.94μm,孔隙率为10.2%。TiO_(2)粉末物相为纯锐钛矿,涂层物相由锐钛矿、金红石相及TiO_(2)-x相组成。TiO_(2)涂层中Ti3+的存在使其带间隙减小0.6eV。在紫外光条件下,TiO_(2)粉末的催化速率为0.00348,而涂层的催化速率为0.00345。在可见光条件下,粉末的催化速率与亚甲基蓝的光解速率相近,涂层的催化速率是0.00307。结论通过SPS技术成功制备了TiO_(2)光催化涂层,其在可见光条件下的催化性能较粉末有显著提升。

等离子喷涂高强韧纳米TiO_(2)涂层的制备及其力学性能

为提高大气等离子喷涂(APS)TiO_(2)陶瓷涂层的结合强度及其摩擦磨损性能,采用喷雾造粒的纳米结构TiO_(2)粉末为原料,利用APS工艺制备出TiO_(2)陶瓷涂层,研究了涂层的显微组织、相组成、力学性能和摩擦磨损性能,并与常见的微米级TiO_(2)粉末制备的陶瓷涂层组织性能进行了对比。结果表明,微米TiO_(2)粉在喷涂前后相成分从板钛矿变为金红石和锐钛矿的混合相;而纳米团聚的TiO_(2)粉喷涂前后无明显的相成分变化,均以金红石相为主。纳米TiO_(2)涂层的孔隙率为1.4%,低于微米粉涂层的3.3%。纳米TiO_(2)涂层的力学性能优于微米涂层,微米涂层硬度为934.2 HV_(0.1),而纳米涂层的硬度为1349 HV_(0.1);纳米和微米涂层的弹性模量分别为203.1和185.8 GPa;纳米涂层的断裂韧性为2.1 MPa·m^(1/2),略高于微米涂层的2.0 MPa·m^(1/2);纳米涂层的结合强度可达46.8 MPa,是微米涂层的3.18倍(14.7 MPa)。此外,在相同的摩擦条件下,纳米TiO_(2)涂层的摩擦因数为0.69,比微米TiO_(2)涂层更低,纳米涂层的磨损体积也比微米涂层更少。综合来说,纳米TiO_(2)涂层相对于微米级TiO_(2)涂层体现出更好的综合力学性能。

镁合金基体超音速等离子喷涂Al-Al_(2)O_(3)复合涂层组织与耐腐蚀性能研究

镁合金的耐腐蚀性能差,在工程应用中往往因腐蚀而发生失效,通过表面工程技术对镁合金进行表面改性或防护,是工程应用中采用的重要手段。本工作采用超音速等离子喷涂(Supersonic plasma spray,SPS)工艺在AZ61镁合金表面制备Al-Al_(2)O_(3)复合涂层,其中Al_(2)O_(3)的质量分数分别为30%、50%和70%(下文简称AA30、AA50、AA70)。研究了Al_(2)O_(3)含量对Al-Al_(2)O_(3)复合涂层微观组织、孔隙率、电化学性能以及盐雾耐腐蚀性能的影响。结果表明,涂层的表面呈现熔滴铺展堆叠形成的浪花状形貌,粉末熔化充分,涂层内部结合紧密,各涂层均由Al、α-Al_(2)O_(3)和γ-Al_(2)O_(3)三种物相组成。AA70涂层的孔隙率较AA30和AA50明显升高,达到了6.71%;电化学极化试验研究表明,各涂层比AZ61镁合金基体表现出更高的电极电位和较低的自腐蚀电流密度,AZ61镁合金基体自腐蚀电流密度为5.144 mA·m^(-2),而AA30、AA50和AA70的自腐蚀电流密度分别为2.950 mA·m^(-2)、3.084 mA·m^(-2)和2.496 mA·m^(-2),三种涂层相比母材AZ61表现出较低的电化学腐蚀速率。电化学阻抗测试结果表明,三种涂层的R ct达到了AZ61镁合金基体的两倍左右,显示出较低的阳极溶解活性。在盐雾试验中,AZ61镁合金基体产生大量的腐蚀产物和龟裂纹;涂层AA30和AA50由于腐蚀产物的积累产生了大量裂纹,在涂层与基体的界面处发生了电偶腐蚀,最终随着基体表面的腐蚀,涂层产生了剥落;涂层AA70腐蚀程度最小,表现出最佳的抗腐蚀性能。

超临界CO_(2)射流混合器喷嘴的模拟优化设计

提出了一种超临界CO_(2)射流混合器并建立射流模型,通过CFD模拟优化喷嘴结构和射流工况,最终确定涂料和超临界CO_(2)的最优混合效果。曲面响应分析法结果表明,各因素对射流破碎段湍动能的影响程度由大到小依次为压力、温度、喷射锥角。湍动能随压力的升高先减小后增大,随温度的升高而增大,随喷射锥角的增大先增大后减小。结合实际喷涂条件,在10 MPa、60℃条件下,从18°喷嘴锥角射出的超临界CO_(2)可在射流破碎段产生大于3000 m^(2)/s^(2)的湍动能。该研究结论可为超临界CO_(2)射流混合器的优化设计提供理论指导。

大气等离子喷涂Y_(3)Al_(5)O_(12)/Al_(2)O_(3)陶瓷涂层的CMAS腐蚀抗力

探索能够有效抵抗1300℃及以上温度钙镁铝硅酸盐(Calcium-Magnesium-Aluminum-Silicate,CMAS)腐蚀的新材料是近年来先进航空发动机用环境障涂层研究的重点任务。本工作围绕具有超强CMAS腐蚀抗力的YAG(Y_(3)Al_(5)O_(12))/Al_(2)O_(3)体系,采用大气等离子喷涂(Atmospheric Plasma Spraying,APS)技术制备了具有共晶成分的YAG/Al_(2)O_(3)涂层。通过在1100、1300和1500℃对制备态涂层进行热处理,获得了具有不同微观结构的YAG/Al_(2)O_(3)涂层。利用不同表征手段研究了YAG/Al_(2)O_(3)涂层抵抗1300℃CMAS腐蚀的性能及微观结构对涂层腐蚀抗性的影响。研究结果发现,经不同温度热处理的YAG/Al_(2)O_(3)涂层与CMAS的反应产物均为石榴石结构固溶体、CaAl_(2)Si_(2)O_(8)和Ca_(2)MgSi_(2)O_(7)。腐蚀机制研究发现,1100℃热处理YAG/Al_(2)O_(3)涂层与CMAS反应界面的近连续分布石榴石固溶体层可有效阻隔CMAS腐蚀元素的扩散;1500℃热处理YAG/Al_(2)O_(3)涂层晶粒尺寸的增加及晶界数量的减少可降低涂层材料在CMAS中的溶解速率,二者均可通过影响腐蚀过程中的离子传输速率而影响各生成物的竞争析出,进而提升涂层的CMAS腐蚀抗力。本工作为YAG/Al_(2)O_(3)涂层热处理工艺优化提供了借鉴,并为通过微观结构优化调控YAG/Al_(2)O_(3)涂层的CMAS腐蚀抗力提供了新思路。

煤油流量对HVOF喷涂FeCrMoSi-Ti_(3)SiC_(2)涂层高温摩擦磨损性能的影响

目的提高燃煤锅炉四管的耐磨性能。方法使用喷雾造粒技术制备FeCrMoSi/Ti_(3)SiC_(2)复合粉末,并利用超音速火焰喷涂技术(HVOF)在12CrMoV基体上制备煤油流量分别为26、28、30、32 L/h的复合涂层。使用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及其自带的能谱仪(EDS)、Raman、维氏显微硬度计和摩擦磨损试验机研究FeCrMoSi/Ti_(3)SiC_(2)粉末及其涂层相组成、组织结构,检测涂层的力学性能,并对涂层在800℃下的摩擦学性能和磨损机理进行系统分析。结果粉末物相主要由Ti_(3)SiC_(2)、Fe-Cr和TiC组成,涂层的物相与粉末类似,但是新产生了SiC相,且随着煤油流量的升高,Ti_(3)SiC_(2)物相逐渐分解。当煤油流量为30、32 L/h时,涂层内Ti_(3)SiC_(2)物相大量分解。涂层的硬度和断裂韧性随着煤油流量的升高表现出先升高、后降低的趋势,孔隙率和磨损率呈现先减小、后增大的趋势。当煤油流量为28 L/h时,涂层磨损率最低,约为5.44×10^(-15)m^(3)/(N·m)。结论煤油流量为28 L/h时,涂层表面生成的SiO_(2)、TiO_(2)和Fe_(2)O_(3)等氧化物均匀分布在磨痕和对偶球表面,有效阻挡了对偶球和涂层的直接接触,使得涂层显示出最优异的摩擦学性能。涂层的主要磨损机制为氧化磨损和黏着磨损。

喷雾法水合物法捕集分离烟道气中CO_(2)

对发电厂等大型点源释放的CO_(2)捕集是减少人为CO_(2)排放的一种选择,水合物法作为一种新型气体分离提纯技术,形成速率和水转化为水合物比率的强化是该技术关键。利用自主开发的喷雾水合物反应器进行了大水量(640 ml)和小水量(160 ml)碳捕集实验,考察了喷嘴孔径(0.1 mm和0.8 mm)、不同浓度十二烷基硫酸钠(SDS)和L-蛋氨酸(L-Met)动力学促进剂对碳捕集效率及水合物生长特性的影响。实验结果表明:0.1 mm孔径喷嘴有利于CO_(2)捕集。L-Met和SDS体系每摩尔水最终圈闭的CO_(2)较纯水体系均提升1个数量级,而且低浓度(质量分数0.1%)促进剂效率优于高浓度(质量分数1%)。大水量实验SDS体系最终气体消耗量最高为0.0848 mol/mol H2O,为L-Met体系的1.4倍,但捕集速率L-Met体系优于SDS体系。小水量实验L-Met体系气体捕获量与捕集速率均优于SDS体系。促进剂浓度为0.1%(质量分数)时水合物爬壁生长角度是1%(质量分数)的1.8倍。综合评估,0.1%(质量分数)L-Met、0.1 mm喷嘴和小水量(3.33 ml/min)的注液方式共同作用,碳捕集性能最佳。上述实验结果为强化喷雾反应器中水合物法捕集烟道气中CO_(2)提供参考与基础实验数据。

等离子喷涂Cr_(2)O_(3)/8YSZ复合涂层微观组织及抗热冲击性能研究

为了探究Cr_(2)O_(3)/8YSZ复合涂层高温性能,利用等离子喷涂技术在Q235钢表面制备了4种不同混合比例的Cr_(2)O_(3)/8YSZ复合涂层(8YSZ含量分别为50%,30%,20%,0%)。通过热场发射扫描电镜对涂层的形貌进行SEM表征并对涂层的截面元素分布进行EDS线扫,采用X射线衍射仪分析复合涂层的物相组成,利用表面轮廓仪测量了复合涂层的表面粗糙度,使用全自动显微维氏硬度计对涂层的显微硬度进行测量,采用划痕仪对涂层的抗划伤性能进行对比,利用Gleeble-3800热物理实验模拟机对涂层的抗热冲击性能进行测试,并对热冲击之后的截面形貌进行观察分析。结果表明,当Cr_(2)O_(3)与8YSZ比例为7∶3时,由于8YSZ对垂直裂纹的偏转作用以及涂层内部存在的孔隙和裂纹对热应力的释放作用,该样本涂层具有较好的抗热冲击性能。

Cr_(3)C_(2)-NiCrMoNbAl热喷涂粉末制备工艺研究

热喷涂技术是一种先进的表面强化技术,热喷涂粉末材料性能好坏严重影响着涂层的性能和寿命。以Cr_(3)C_(2)、Ni、Cr、Mo、Nb和Al粉为原料,通过团聚烧结法制备了Cr_(3)C_(2)-NiCrMoNbAl热喷涂粉末,并使用超音速火焰喷涂(HVOF)技术制备了涂层。采用筛分机、扫描电镜、金相显微镜、X-射线衍射仪研究分析雾化器转速和烧结温度对粉末结构和性能的影响,并验证该粉末热喷涂涂层性能。结果表明:离心雾化器转速增加,获得的粉末粒径减小,粒度分布范围变宽;1285℃烧结制备的喷涂粉末金相结构更均匀,粉末形貌更好,粉末松装密度为2.83 g/cm^(3),将该粉末进行热喷涂,涂层的显微硬度(HV0.3)为1021±52,孔隙率为1.2±0.1%,涂层综合性能达到最优。

悬浮液等离子喷涂制备Y_(2)O_(3)涂层及耐等离子刻蚀性

随着高端芯片竞争的白热化,Y_(2)O_(3)涂层作为等离子体刻蚀工艺腔的重要组成部分,对其研究逐渐成为科研热点。利用悬浮液等离子喷涂(Suspension Plasma Spraying,SPS)在铝合金表面制备Y_(2)O_(3)涂层,研究了不同工艺参数对涂层的物相组成、力学性能、显微形貌和介电强度等的影响;在CF4/Ar/O_(2)氟等离子体环境中对Y_(2)O_(3)涂层分别刻蚀30、60、120 min后,分析了Y2O3涂层微观孔隙率对刻蚀速率的影响。最优工艺1(喷涂距离80 mm、送液速率35 mL/min、雾化气流速15 L/min、横向移枪速率700 mm/s、纵向移动步进1 mm/step)制备的Y2O3涂层的显微硬度为(3.78±0.36)GPa,孔隙率为(2.35±0.24)%,结合强度为(36.0±3.6)MPa,介电强度为(29.74±2.01)kV/mm。在CF4/Ar/O_(2)组成的混合等离子气体中,Y_(2)O_(3)涂层发生物理和化学反应,Ar+对涂层强烈冲击、轰击诱导,使表面化学键断裂;CF_(2)^(*)和F^(*)使Y_(2)O_(3)不断被刻蚀,生成的YF3附着在涂层表面;同时Ar+不断对涂层表面进行物理冲击,去除YF3层,少量残余在涂层表面的YF3被氧化形成了YOF,最终导致涂层刻蚀率低至(11.48±5.21)nm/min。高致密性、低孔隙率、高均匀性的Y_(2)O_(3)涂层可以有效提高零件的耐等离子刻蚀性能,对半导体工业具有重要意义。