超音速火焰喷涂WC-Cr_(3)C_(2)-CoNiLa粒子沉积行为

通过分析原始粉末、水中沉积粒子及低碳钢基体上沉积粒子的表面形态及截面组织结构,结合沉积涂层组织结构特征分析,研究了超音速火焰喷涂WC-Cr_(3)C_(2)-CoNiLa粒子沉积过程中组织结构形态的演化与涂层结构的形成机制。结果表明:水中沉积粒子表面出现了光滑区域,粒子中WC颗粒由原始粉末中尖角轮廓演化为光滑轮廓的形态,也出现了表面带有脚趾状凸起的颗粒。基体上扁平粒子为具有浮凸光滑致密表面的盘状或饼状。涂层呈现含有硬质相颗粒、条纹或带状特征的层状结构,涂层中硬质相与扁平粒子中的硬质相形态基本相同,其尺寸小于原始粉末和水中沉积粒子中的硬质相。

甲基磺酸体系粗铅电解精炼的电沉积行为与概念验证运行

提出一种替代传统氟硅酸体系的甲基磺酸(MSA)体系,它具有挥发性低、腐蚀性低、热稳定性良好和导电性高的优点,能够实现绿色高效铅电解精炼。探讨基于MSA体系的粗铅电精炼(MPR)电沉积行为,包括其运行机理、反应可逆性、形核和生长模式。基于循环伏安法(CV)和计时电流法(CA),揭示受扩散控制且不可逆的MPR铅沉积过程,建立MPR铅沉积形核和生长的瞬态成核理论模型。MPR小规模验证性运行实现了104.22 kW·h/t Pb的能耗和99.24%的电流效率,相较于H_(2)SiF_(6)体系的120 kW·h/t Pb能耗与95%电流效率,具有竞争性。MPR小规模运行获得了纯度99.9925%且光滑致密的铅沉积层,满足铅锭纯度99.97%的标准(GB/T 469—2013)。

pH对锌−铁−锰合金电沉积行为的影响

采用Hydra/Medusa软件、循环伏安法(CV)和计时电流法(CA)研究了pH对柠檬酸盐体系镀液中Zn^(2+)、Fe^(2+)、Mn^(2+)的化学形态分布及Zn–Fe–Mn合金电沉积行为的影响。采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)分析了不同pH下所得镀层的表面形貌、成分及相结构。结果表明,当pH为3.0~5.0时,镀液中Zn^(2+)、Fe^(2+)和Mn^(2+)的配合物稳定常数差别巨大,Zn–Fe–Mn合金共沉积比较困难,CV曲线仅出现Zn–Fe合金还原峰,所得镀层中Mn含量极低(质量分数仅0.36%~0.50%)。随pH升高,镀层的Zn质量分数减小,相组成由η(Zn)和Γ_(1)(Fe_(11)Zn_(40))向Γ(Fe_(3)Zn_(10))和δ1(FeZn_(6.67))转变,晶粒由金字塔形转变为胞状。当pH为6.0时,镀液中Zn^(2+)、Fe^(2+)和Mn^(2+)的配合物稳定常数相近,能够共沉积得到Mn质量分数达9.40%的Zn–Fe–Mn合金镀层,其相结构包含了Zn在α-Fe中的固溶体和FeMn_(4)。Zn–Fe–Mn合金的共沉积是不可逆过程,成核机制为瞬时成核。

冷喷涂Fe基非晶涂层颗粒沉积行为数值模拟

冷喷涂工艺是近年来快速发展起来的新型表面喷涂工艺,冷喷涂很好地解决热喷涂存在的一些弊端。有关研究影响冷喷涂效果的文章有很多,但大多都是仿真模拟研究单粒子沉积行为影响因素,对于多粒子的研究极少。本文主要仿真多粒子以不同速度、粒径大小、粒子间距对沉积行为影响。

Ni/ZrO_2复合镀层电沉积行为与耐高温氧化性能的研究

通过电化学试验、高温氧化试验、扫描电镜及X 射线衍射 ,研究了电沉积Ni/ZrO2 复合镀层的电化学行为和添加微粒对镍镀层高温抗氧化性能和组织结构的影响。研究结果表明 ,在瓦特 (Watts)镀液中加入ZrO2 微粒使电镀时阴极电流密度明显降低 ,阴极电位与时间 (E t)、阴极电流对时间 (I t)的关系曲线变化趋势不大 ,但I t曲线抖动加快 ;高温氧化试验结果表明 ,ZrO2 微粒可以使复合镀层的高温抗氧化能力明显提高 ;Ni/ZrO2 复合镀层与瓦特镍镀层的高温氧化规律基本满足W =ktn;扫描电镜能谱分析则证实 :在 80 0℃高温氧化过程中 ,明显存在铜向镍镀层中的扩散 ,这可能有利于增强镀层与基底之间的粘合。X 射线衍射表明 ,在高温氧化时 ,镀层表面主要生成NiO产物。

添加剂作用下钯电沉积行为研究

在含有4g·L-1Pd(NH3)2Cl2和104g·L-1NH4H2PO4的闪镀钯基础电解液中,采用极化曲线、循环伏安法和计时安培法研究添加剂作用下钯在玻璃碳电极上的电沉积和电结晶行为.结果表明,添加剂阻化钯的电沉积;钯在玻碳电极上的交换电流密度很低;钯电沉积过程经历了晶核形成过程,其电结晶机理在不含添加剂时接近于三维连续成核,含添加剂时接近于三维瞬时成核.

粉末结构对冷喷涂纳米结构WC-Co沉积行为的影响

纳米结构WC–Co具有比常规WC–Co更高的硬度,因此受到了广泛关注。冷喷涂制备纳米结构WC–Co涂层过程中,因粒子温度低于熔点,沉积过程需要依靠WC–Co粒子的塑性变形,然而WC–Co粒子变形能力有限,使得WC–Co涂层难以实现有效沉积。文中从粉末结构角度出发,选用3种不同孔隙结构的WC–12Co粉末,运用扫描电镜研究不同结构WC–12Co单个粒子在基体上的沉积行为,分析了3种粉末在相同喷涂工艺参数下沉积的涂层的组织结构。研究发现,定点喷涂容易实现,沉积的WC–12Co沉积层组织结构致密,硬度接近块材,为粉末的连续沉积制备涂层提供了可能。涂层的连续沉积需要粉末和基体材料均产生一定的变形,具有一定孔隙结构的纳米结构WC–Co粉末,因其多孔结构促进了粉末拟变形的发生,适合于冷喷涂制备纳米结构WC–Co涂层。

冷喷涂Al涂层性能及沉积行为的分析

利用自行研制的冷喷涂系统制备出Al涂层,对涂层的结合强度、孔隙率以及显微硬度等进行了测试,借助金相显微镜及扫描电镜对涂层与界面的组织形貌进行观察,并对Al涂层的沉积行为进行了分析。结果表明,冷喷涂铝涂层以机械镶嵌的方式结合,颗粒在与基体冲击碰撞后变成长条状,并且其变形方向与冲击方向成直角。

胶黏物模拟物的稳定性与沉积行为

通过胶黏物模拟物研究了黏性物质所构成体系的物理化学性质,讨论了外界条件对黏性物质稳定性和沉积行为的影响。研究结果表明,Na+、Ca2+和Al3+等金属离子的存在,可以导致胶黏物模拟物的失稳。其中,Al3+在较低浓度即可引起胶黏物模拟物的絮聚,Ca2+亦能使胶黏物模拟物产生沉积。阳离子聚合物的引入也是导致胶黏物模拟物失稳而沉积的重要原因,聚乙烯亚胺(PEI)用量达到等电荷点时可使胶黏物模拟物发生完全失稳,少量阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)即可以使胶黏物模拟物发生失稳。过量的PEI能使胶黏物模拟物微粒重新稳定,过量的CPAM却未能使胶黏物模拟物重新稳定。在浆水构成的体系中,加入阳离子聚合物可以使部分胶黏物模拟物吸附于纸浆纤维,表现为沉积量的降低。填料在用量较少时可与胶黏物模拟物一起沉积出来,用量多时则包裹了胶黏物模拟物微粒而减少了其沉积。

纳米TiO_2-Ni基镀层的电刷镀沉积行为研究

为了使纳米颗粒均匀地悬浮在镀液中从而获得纳米颗粒均匀分布的复合镀层,研究了不同表面活性剂对纳米TiO2在镀液中的分散行为的影响,采用电刷镀方法制备纳米TiO2-Ni基复合镀层,并运用SEM、EDS和XRD研究了纳米TiO2-Ni基镀层的表面形貌和成分特点。结果表明,阳离子型表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵(CTAB)对纳米TiO2颗粒的分散效果最好,沉降时间超过40min;CTAB分散的纳米TiO2-Ni基镀层显微硬度比不加表面活性剂的提高50%左右,镀层结合性较好,孔隙率显著降低;CTAB分散的纳米TiO2-Ni基镀层均匀细致、晶粒细小,纳米TiO2被生长着的镍晶粒夹持嵌埋,分布于镍基间隙中,镀层由纳米TiO2颗粒和镍基组成。纳米粉末与镍共沉积符合迁移、吸附、嵌埋的过程。

聚乙二醇和2-巯基苯并噻唑在碱性条件下对铜电沉积行为的影响

讨论了聚乙二醇和2-巯基苯并噻唑对碱性柠檬酸盐镀铜电沉积行为的影响。采用循环伏安法,计时电流法,扫描电子显微镜和X射线衍射分析了镀液的极化作用和微观沉积行为。结果表明:聚乙二醇在阴极具有较强的吸附能力,对中等电流密度区镀层起细化晶粒作用,使铜电沉积的初期行为由瞬时成核和连续成核共同存在的方式组成;2-巯基苯并噻唑能提高溶液阴极极化能力,有利于改善镀层中高电流密度区的整平性能,能使铜电沉积的初期行为以连续成核的方式存在;但两者对镀层的晶体结构影响不大。

光亮剂对银电沉积行为的影响

用电势阶跃法和旋转圆盘电极法 (RDE)以及SEM和XRD测试手段 ,初步研究了光亮剂对氰化体系中银电沉积行为的影响 .研究表明 ,光亮剂的加入并未导致银电沉积成核机理的改变 ,但显著增强了镀液的微观平整效应 ,并且所得镀层的表观光滑程度明显改善 .

聚变堆中碳原子在碳氢薄膜表面再沉积行为的分子动力学模拟研究

利用分子动力学方法模拟了碳原子与碳氢薄膜的作用过程。探讨了不同入射能量对碳原子与碳氢薄膜相互作用的影响。模拟结果表明碳原子与碳氢薄膜作用会在表面形成碳薄膜。随着入射能量的增加,碳薄膜厚度变薄。在碳薄膜中碳原子的成键形式主要为Csp2-Csp2和Csp2-Csp3,随入射能量的增加,碳原子键价结合形式从Csp2-Csp2向Csp2-Csp3转化。

石墨烯表面Lin(n<10)团聚体沉积行为的第一性原理计算

采用基于密度泛函的第一性原理,计算研究锂离子电池石墨烯负极表面Li原子或团聚体Li_(n)(n<10)的沉积行为,包括最低能量构型、吸附能、差分密度电荷和态密度等性质。结果表明:当n≤2时,Li原子以分散的形式,优先沉积在石墨烯碳六元环中心上方位置;随着Li原子数的增加,当n≥3时,Li原子优先聚集,以团聚体的形式沉积在石墨烯表面,在实际中有可能形成稳定的Li_(4)、Li_(7)和Li_(9)团聚体。这表明石墨烯的最大储锂容量可能超过石墨,但容易形成锂枝晶。电子结构分析表明,Li原子或Li_(n)团聚体的电子转移至临近石墨烯的反键π轨道,Li原子的2s轨道和C原子的2p轨道出现明显的杂化现象。随着Li原子数n的增多,体系的费米能级向石墨烯反键π轨道移动,金属性和电子导电性增强。Li_(n)团聚体底层的Li—Li键通常为离子键,最外层的Li—Li键通常为共价键;Li_(n)团聚体与石墨烯之间的Li—C键为具有部分共价键属性的离子键,并且Li—C键强度随着Li原子数量n的增多而逐渐减小。

Fe-P非晶合金的电沉积行为及热处理对其结构与性能的影响

在以柠檬酸三钠为络合剂的酸性镀液中电沉积Fe-P非晶合金,采用差示扫描量热(DSC)、X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)研究该合金镀层的晶化行为和表面微观形貌。结果表明:镀液中加入络合剂,且随着pH值升高和温度降低时,Fe-P非晶合金共沉积的阴极极化增大。镀态Fe-P合金为非晶态结构,于330.5℃时开始晶化;383.6℃时,α-Fe(P)固溶体大量晶化析出;472.5℃时,Fe3P(I-4)相大量脱溶析出。且随着热处理温度升高,合金镀层的耐蚀性能和硬度先增加后下降,450℃热处理所得镀层的耐蚀性能最佳且硬度最大;在400℃以下时,镀膜具有良好的抗热氧化能力,当温度在400℃以上时,抗氧化能力迅速下降。

球磨纳米结构Fe40Al合金粉末及其冷喷涂沉积行为研究

目的研究冷喷涂用纳米结构Fe40Al合金粉末的球磨制备工艺及其在不同基体表面的冷喷涂沉积行为。方法以Fe粉、Al粉为原料,按照Fe-40Al进行配比混合,采用行星式球磨机制备纳米结构Fe40Al合金粉末,在不同硬度基体表面(不锈钢、低碳钢、纯铜及锡)冷喷涂沉积单个Fe40Al合金粉末颗粒。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM),分析球磨过程中Fe40Al合金粉末的组织结构演变规律、粉末颗粒在不同基体表面的碰撞变形行为及沉积特性。结果球磨过程中,随着球磨时间的延长,Al扩散进入Fe晶格形成纳米结构Fe(Al)固溶体,球磨36 h后,Fe40Al合金粉末的晶粒尺寸约为35 nm,平均颗粒尺寸约为20μm,内部为精细层状结构。纳米结构Fe40Al合金粉末在硬度较高的不锈钢和低碳钢基体上沉积时,粉末颗粒发生强塑性变形而基体变形量较小,颗粒和基体间的结合较弱,沉积效果较差;当在硬度较低、塑性较好的Cu基体上沉积时,基体与粉末颗粒同时发生塑性变形,颗粒和基体间的结合较强,沉积效果最好;在硬度最低的Sn基体上沉积时,基体发生强烈的塑性变形且出现部分熔化,但颗粒几乎没有变形,且颗粒与基体间的结合很弱,沉积效果最差。结论采用球磨工艺可制备出适合冷喷涂用的纳米结构Fe40Al合金粉末,随着球磨时间的延长,粉末晶粒尺寸减小,硬度增加。基体种类对纳米结构Fe40Al合金粉末的冷喷涂沉积行为影响显著,基体硬度过高或过低均不利于粉末颗粒沉积,基体与粉末颗粒同时发生塑性变形有利于增强颗粒与基体间的界面结合,从而改善沉积效果。

亚微米颗粒在裂缝中沉积行为的实验研究

制作了准直型、L型及Z型等不同形状,不锈钢、花岗岩和水泥等不同材质的裂缝,测量了缝宽范围0～1.0 mm、气体流速范围0～10 m·s-1时的颗粒透过率,初步研究了亚微米颗粒在裂缝中的沉积行为.结果表明:准直光滑裂缝中颗粒沉积机理较简单,可以用经验公式较好地描述;曲折裂缝中碰撞机理的作用主要受流速的影响.材质对透过率的影响主要表现为工作面粗糙度的影响;对于工作面粗糙的裂缝,最易透过流速为1.0 m·s-1,最易透过粒径为0.39 μm.

辐射伏特效应核电池换能器件中的β粒子能量沉积行为

β粒子在换能材料中的能量沉积行为是β辐射伏特效应核电池仿真中的一项重要研究内容,通常使用蒙特卡罗软件Casino和MCNP(Monte Carlo N Particle Transport Code)来实现。其中,Casino难以模拟连续能量β粒子在换能材料中的能量沉积过程,而MCNP作为一款商业软件,其使用不仅受到版权限制,而且不易扩展。因此,基于通用的开源蒙特卡罗程序框架Geant4(GEometry ANd Tracking,version 4),在充分考虑β衰变连续能谱、放射源的自吸收以及电子在换能材料界面的反散射过程后,建立了模拟放射源衰变产生的β粒子在换能器件中的能量沉积行为的通用模型,并与Casino的部分计算结果进行了比较。模拟结果表明:基于Geant4的计算模型可以准确地模拟β粒子在核电池换能器件中的能量沉积行为,并具有应用方便、软件开放、易拓展等优点。

真空冷喷涂LiNi_(0.33)Co_(0.33)Mn_(0.33)O_2涂层颗粒沉积行为研究

真空冷喷涂是一种基于室温及真空条件下超细陶瓷粉末粒子的撞击破碎实现涂层沉积的方法。目前,真空冷喷涂技术已经在微电子器件,金属防护以及新能源领域展现了良好的应用前景。本研究将目光转向锂离子电池,基于真空冷喷涂技术,在氧化铝基体上制备了锂离子电池LiNi_(0.33)Co_(0.33)Mn_(0.33)O_2(NMC)三元材料正极涂层,使用扫面电子显微镜(SEM)观察了NMC涂层的表面及截面微观形貌,使用X射线衍射(XRD)对涂层的相结构进行了测试,使用3D激光显微镜表征了涂层的表面粗糙度,系统研究了载气流量、喷涂距离、喷涂次数等沉积条件对NMC涂层微观形貌及粒子沉积行为的影响。结果表明,在真空冷喷涂NMC涂层中可以观察到明显颗粒破碎沉积现象,涂层结构致密。NMC粉末颗粒沉积方式受气流量、喷涂距离、喷涂次数等沉积条件的影响,载气流量的提高会提高粒子撞击速度,从而提高涂层沉积速率,但过高的气流量会导致粒子发生冲蚀,在涂层表面留下凹坑,致使涂层粗糙度增大。喷涂距离过大会导致NMC颗粒撞击速度减小,粒子破碎不充分,涂层呈现出类似团聚粉末堆积的疏松结构。喷涂次数影响涂层厚度,在合适的沉积参数条件下,可以通过调整喷涂次数实现涂层厚度的线性调控。

硫脲对Sn-Ni合金电沉积行为的影响

采用极化曲线、循环伏安、交流阻抗和电位阶跃电化学方法,研究了硫脲(TU)浓度对Sn-Ni合金电沉积行为的影响。结果表明,硫脲的加入可以减弱阴极极化,促进金属离子的沉积,并且随着硫脲浓度的增加,去极化作用增强;加入硫脲不改变Sn-Ni合金的电结晶成核机制,仍然按连续成核方式进行。