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。

等离子物理气相沉积高熵合金涂层及组织性能

采用等离子物理气相沉积的方法在316L不锈钢表面制备了AlCoCrFeNi高熵合金涂层,研究了喷涂距离和电流对高熵合金涂层物相组成、表面形貌、截面形貌、硬度、结合强度和耐磨性的影响。结果表明,不同喷涂距离和电流下,高熵合金涂层都主要由BCC、B2和FCC相组成;随着电流或者喷涂距离增加,涂层中BCC平均晶粒尺寸先增后减。当喷涂距离为460 mm时,随着电流从1600A增加至2000A,涂层平均摩擦系数逐渐增大,表面和截面硬度先减后增,涂层结合力和结合强度先增大后减小,涂层的磨损率先增加后减小;当电流为1800A时,随着喷涂距离从420mm增加至500mm,涂层平均摩擦系数逐渐减小,表面硬度先减后增,截面硬度先增后减,涂层结合力和结合强度逐渐增大,涂层的磨损率逐渐减小。高熵合金涂层的磨损率与涂层表面硬度和内聚强度都有一定相关性。

基于ANSYS的物理气相沉积真空装置力学分析

PVD用真空装置是实现真空镀膜试验的重要设备,必须保证真空装置在实际工况和载荷的作用下十分安全可靠,不发生破损事故。文中采用ANSYS软件对真空装置建模、划分网格、确定边界,并施加实际载荷、地震载荷,计算在设计工况、正常工况、异常工况及事故工况下的应力值。采用计算值对原有的设计进行了修正,将壁厚从原始设计14 mm改为10 mm,节省了9%的不锈钢材料。修改后的设计方案仍可满足RCC-M规范要求。

用于半加成工艺的物理气相沉积制程研究

常规的半加成(SAP)工艺制作线路是通过化学沉铜在积层介质层上镀一层薄铜。物理气相沉积(PVD)可以在聚合物树脂表面溅射薄铜。研究了PVD制程中影响溅射铜与基材树脂表面附着力的因素,初步探讨了影响溅射铜附着力的机理,并开展了盲孔制作的相关影响因素研究。结果表明,溅射前树脂表面的处理条件、溅射功率、烘板温度等都会对铜与基材树脂表面附着力有影响,且采用PVD法制作盲孔具有可行性。另外,PVD镀层均匀性对线路和盲孔的可靠性十分重要,对影响镀层均匀性的因素开展了相关研究。

细团聚球形粉体的等离子物理气相沉积工艺适配性

等离子物理气相沉积(PS-PVD)技术由于可实现涂层组织结构柔性调控及高沉积效率和高隔热、长寿命热障涂层制备而被广泛关注,但其粉体制备技术及工艺适配性研究进展较为缓慢。开展PS-PVD粉体材料工艺适配性研究,通过粉体成分及结构的有效控制,设计并制得一种采用化学共沉淀原料的1~20μm的“双相”结构松散球形团聚8YSZ粉体,粉体具有高开孔率和一定自流动性。为了提高粉体的工艺适配性,系统研究PS-PVD工艺中不同喷涂距离、喷涂功率和偏离等离子射流中心不同位置的粉体沉积行为,发现通过粉体成分/结构的有效控制,在低喷涂功率、长喷涂距离和距离等离子射流中心的不同位置,均可实现良好的工艺适配效果及涂层气相沉积效果。通过粉体材料的优化控制可以降低气化过程中的耗能,提高粉体气相沉积效果和拓宽PS-PVD喷涂沉积适配的工艺窗口,实现在高能、高速等离子体中的高气相比例沉积。在PS-PVD用高工艺适配性粉体及其可控制备技术等方面取得了突破,系统地开展了该工艺用粉体制备及性能调控、粉体工艺适配性规律等的研究。

气相沉积技术制备氧化锰薄膜及其组分调控的研究进展

本文介绍了利用气相沉积技术,包括物理气相沉积、化学气相沉积、原子层沉积等技术制备氧化锰薄膜以及组分调控的研究现状,重点介绍了等离子体辅助化学气相沉积/原子层沉积氧化锰薄膜的研究进展,对所使用的锰前驱体做了总结,并展望了氧化锰薄膜的发展趋势。

面向切削刀具的物理气相沉积涂层回顾与展望

高速高精切削加工对切削刀具提出了愈加严苛的性能要求,表面硬质涂层可以显著提升切削刀具的耐磨性和使用寿命,已成为高性能切削刀具研发的关键。本文首先介绍了表面硬质涂层在切削过程中所起到的重要作用,然后综述了目前常用硬质涂层(氮化物、硼化物、氧化物等)及相关物理气相沉积技术的发展脉络和研究现状,最后分析了物理气相沉积刀具涂层存在的研究和应用问题。

电子束物理气相沉积叶片热障涂层工艺稳定性提升技术研究

电子束物理气相沉积(EB-PVD)是航空发动机涡轮叶片涂层的先进制备技术。EB-PVD的工艺稳定性对于叶片涂层质量及批产一致性至关重要。本研究针对我国先进航空发动机对高性能热障涂层的应用需求,研制出了EB-PVD自动蒸发沉积技术和叶片多自由度涂层沉积技术。工艺验证和性能测试结果表明,所研制的自动蒸发沉积技术可使涂层过程靶材消耗均匀稳定,涂层质量良好;双坩埚结构配置可进一步满足新一代超高温双层结构热障涂层工艺需求。所研制的多自由度沉积技术有助于提升叶片涂层厚度均匀性,改善缘板涂层质量,实现涂层厚度和微观组织的精确调控。利用上述工艺制备的涂层试片抗燃气热冲击性能优异,模拟叶片缘板位置涂层寿命与模拟叶身位置涂层寿命相近。

等离子喷涂-物理气相沉积防护涂层及其失效机理研究进展

防护涂层在航空发动机和燃气涡轮发动机免受水氧腐蚀和盐雾侵蚀、耐高温、抗冲刷和服役寿命方面发挥着重要的作用。等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)技术以其大功率、喷射范围广、能够使粉末原料以气相甚至离子化和非视线沉积特性等特点被广泛应用在热/环境障涂层制备领域,形成的涂层具有沉积效率高、孔隙率较高、热导率低、应变容限高等特点。首先,对PS-PVD热障涂层的表面形貌、柱状晶特点和等离子射流特性进行了探讨。然后,讨论了PS-PVD YSZ热障涂层表面镀铝改性对涂层抗CMAS侵蚀、减少孔隙和裂纹、TGO的生成和提高热循环寿命方面的重要作用,结果表明表面镀铝能显著减少涂层表面孔隙、凹坑、微裂纹和熔融盐对于热障涂层的不利影响。其次,简要概述了近年来SiCf/SiC CMCs代替镍基高温合金在航空发动机基体上抗高温高压和快速失效方面发挥的重要作用。SiCf/SiC CMCs与T/EBCs的结合,有效延长了航空发动机的使用寿命,是我国航空事业的又一次重大突破。此外,重点介绍了PS-PVD非视线沉积特性和涂层阴影效应在涂层沉积方面这一特色,总结了TGO、残余应力、热膨胀失配、微裂纹和粗糙度是涂层失效的主要影响因素。最后,对PS-PVD技术未来在制备热/环境障涂层方面的前景进行了展望。

电子束物理气相沉积(EB-PVD)技术研究及应用进展

概述了近几年来快速发展的新兴材料加工工艺技术——电子束物理气相沉积(EB-PVD)技术的研究及应用现状,着重阐述了电子束物理气相沉积(EB-PVD)过程的主要工艺参数和制备高温合金板材显微组织的形成机理。

大气物理气相沉积行为对层流等离子喷涂Mo涂层结构影响

通过提高基体温度或粒子温度可以突破大气等离子喷涂涂层结合率一般不超过1/3的瓶颈,然而目前粒子温度难以通过提高功率等方式进一步提高。基于大气层流等离子喷涂的相关研究证明了层流等离子射流具有射流长度长、速度低、能量密度高等特点,能够有效通过提高粒子在等离子射流的滞留时间从而实现对粒子的充分加热。为了研究层流等离子喷涂高熔点Mo涂层的结构演变规律与关键影响因素,并推导出金属与陶瓷涂层的一般沉积行为,使用扫描电子显微镜对三种喷涂参数下制备的Mo涂层的结构进行了表征与分析。结果表明,喷涂过程中,在等离子射流以及高温粒子对基体的原位加热作用下,Mo的氧化物蒸气能够在等离子射流扫掠中与扫掠后附着、沉积在涂层表面,从而影响后续Mo粒子的沉积而改变涂层的微观结构。涂层的结构主要与Mo粒子的蒸发和基体温度有关。粒子蒸发越剧烈,基体温度越高,涂层越趋向于呈现出多孔岛状凸起结构;粒子蒸发越弱,涂层越趋向于呈现出层状结构,有利于实现低氧化、高致密金属涂层的制备,拓宽等离子喷涂的应用。综合以上研究结果,揭示层流等离子射流中的粒子大量蒸发现象与气相沉积过程,为其作为一种大气环境物理气相沉积的实施方式奠定了基础。

物理气相沉积制备高熵氮化物涂层的进展

从体系和沉积方法入手,分析了强氮化金属元素体系、弱氮化金属元素体系及含非金属元素体系在结构上的特性和共性给高熵氮化物涂层性能带来的影响,阐述磁控溅射和电弧离子镀膜技术沉积涂层的表面形貌、微观结构及性能方面的差异性,并分别总结这些制备技术的优缺点。最后对高熵氮化物涂层体系在结构成分设计和沉积方法两方面未来的研究方向进行了展望。

物理气相沉积（PVD）硬质薄膜及在工模具上的应用

材料的磨损、腐蚀及其它环境损伤是机械工业面临的基本问题之一，近年来，由离子参与和等离子体增强的各种气相沉积技术为解决这一问题提供了有效的途径。物理气相沉积（PVD）是制备硬质薄膜的主要方法之一，许多技术已实现工业化生产。本文综述了物理气相沉积技术制备的各种机械功能薄膜的性能及在工模具上的应用情况。

电子束物理气相沉积热障涂层隔热性能的磷光寿命在线测量

精确在线测量热障涂层(TBCs)在热梯度环境下的真实隔热效果对热障涂层的设计以及开发具有重要意义.采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)制备了含Eu掺杂的氧化钇部分稳定氧化锆(YSZ:Eu)表层、YSZ中间层与Dy掺杂YSZ(YSZ:Dy)底层的磷光传感热障涂层.利用磷光信号的热淬灭特性对温度梯度环境下YSZ涂层表面以及黏结层/YSZ层界面温度进行在线测量,对EB-PVD YSZ热障涂层的真实隔热效果进行评估.结果表明:平均厚度为113μm的YSZ涂层在高温温度梯度下能够实现的平均温降为66.5℃,在温度区间为400~700℃内的平均热导率为(0.87±0.15)W/(m·K),略小于传统激光脉冲法的测量值(0.95±0.02)W/(m·K).上述结果证实了磷光在线测温技术用于热障涂层隔热效果测量的可靠性,为热障涂层隔热效果的实时监控提供了一种有效方法.

等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)制热障涂层(TBCs)抗燃气热腐蚀性能研究

文章分析了等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)TBCs的抗燃气热腐蚀性能。结果表明:高温合金(Mar 247)直接暴露在燃气热腐蚀环境下腐蚀最严重,平均失重速率达2.035 9 g/m^2·h;涂覆MCrAlY涂层后, MCrAlY涂层腐蚀平均失重速率为0.157 8 g/m^2·h,基材未被腐蚀得到保护;涂覆TBCs(MCrAlY+8YSZ)后, MCrAlY/YSZ涂层未出现腐蚀剥落现象,抗燃气热腐蚀效果最好。

等离子-物理气相沉积(PS-PVD)热障涂层的结构调控与高隔热机理

等离子-物理气相沉积(PS-PVD)是一种利用等离子体加热蒸发材料进行涂层沉积的新技术,结合了等离子喷涂与物理气相沉积两种不同工艺的优点,可实现涂层结构从宏观到介观再到微观的跨尺度定制调控,被认为是代表航空发动机和燃气轮机防护涂层领域未来高性能热障涂层(TBCs)/环境障涂层(EBCs)制备技术的发展方向.如何实现涂层结构的可定制化制备调控一直是PS-PVD技术研究的热点,该文基于目前PS-PVD热障涂层研究现状,分析了PS-PVD涂层结构与材料相态的关系,进一步结合本课题组在材料多相态调控与沉积机理方面的研究,分析了PS-PVD射流中材料快速加热气化和长距离多模式输运沉积的全过程,结合Monte Carlo模拟结果与实验结果,揭示了PS-PVD涂层形成机理,阐明了涂层同时具有高热变容限与高隔热双重优异性能的结构机理,为制备新型高性能TBCs提供了理论基础.

等离子-物理气相沉积（PS-PVD）及其射流非接触检测方法

等离子-物理气相沉积(PS-PVD)是制备高温防护涂层和功能涂层的一种新方法,既可涵盖等离子喷涂和电子束物理气相沉积工艺,还可实现涂层宏观/介观/微观等跨尺度结构的定制化设计与制备,在热障涂层(TBCs)、环境障涂层(EBCs)、环境热障涂层(TEBCs)、透氧薄膜、燃料电池和太阳电池电极薄膜等领域具有广泛应用前景,尤其在航空发动机和燃气轮机防护涂层领域被视为高性能TBCs/EBCs制备技术发展的新方向。比较分析了PS-PVD等离子射流膨胀流动、材料快速加热气化离化和长距离多模式输运沉积的全流程过程,介绍了PS-PVD原理与设备系统,面向等离子射流参数快速无损检测分析的目标,建立了基于光学发射光谱学(OES)的等离子射流和材料特性非接触式检测与诊断装备系统,发展了射流和材料特性参数的定量表征和精确诊断方法。依据电子数密度等检测结果,进一步计算分析等离子温度分布规律。基于射流与材料检测结果,研究了粉末材料在等离子射流中的多相态转变行为,归纳了调控沉积单元多相态转变的工艺控制参数集。这些硬件平台和表征检测方法的建立,为构建PS-PVD理论和研制新型高性能热防护涂层提供了坚实的理论基础和必要的条件支撑。

物理气相沉积用于汽车装饰件的优势研究

在汽车内外装饰件表面处理应用领域,为了保护环境,使用绿色处理工艺取代有污染的工艺。研究物理气相沉积工艺的原理及工序表明,物理气相沉积不仅可以应用于汽车装饰件,且对环境几乎无污染。该工艺更节能,品质更高,可以实现传统电镀工艺不能实现的功能。因其是在充有惰性气体(氩气)的真空系统中,通过高压电场的作用,使得氩气因电离产生氩离子流,轰击靶材,被溅出的靶材原子或分子沉积在被镀物件上而形成薄膜的过程,加工过程不需要铜、镍等其他重金属参与,因此从源头上避免重金属污染及水、空气污染。物理气相沉积表面处理厚度仅为电镀的20%~25%,用料更少。尤其是金属原料,经济效益更高。由于物理气相沉积与基材的结合力更强,有涂层保护,零件品质更高。因其基材选择范围更广泛,可以作用于透光性PC材料,与灯具相结合,设计出既是装饰件又是灯具的造型效果。因其是物理成膜,不会破坏零部件的柔韧性,适用于细截面零件加工,外包围的涂层是柔性树脂,装配不易断裂,研究的物理气相沉积工艺,最小可以满足横截面2 mm宽的纤细装饰件的加工。不要求金属镀层具有导电性,可以镀不导电的金属如铟,可实现信号通过,基于该优势,可以使用于自动驾驶及遥控钥匙等领域。

等离子-物理气相沉积(PS-PVD)的材料输运行为与沉积机理研究进展

等离子-物理气相沉积(PS-PVD)具有制备层柱等多结构可控涂层的优异特性,但针对PS-PVD涂层结构调控的研究多局限于试错性试验,缺乏对涂层沉积与调控理论的研究,因此亟需对现有研究结果进行归纳、总结,以对PS-PVD沉积原理与涂层结构调控的进一步研究提供理论参考。针对PS-PVD所特有的涂层材料长距离输运、气液固多相态沉积过程,从涂层结构特征出发,综述PS-PVD沉积单元在经历喷枪内瞬时蒸发和喷枪外持续蒸发行为后,所进行的长距离输运行为与沉积行为的完整过程。此外,结合输运行为与沉积行为分析参数调控对沉积单元及涂层结构的影响规律,并对PS-PVD柱状结构涂层沉积机理的研究以及涂层制备技术的发展进行展望。