钛表面阴极微弧沉积氧化铝涂层的组织结构及其性能研究

以Al(NO3)3乙醇溶液为电解液,利用阴极微弧电沉积技术在纯钛表面制备了较厚的氧化铝涂层。分析了涂层的形貌、成分和相组成,测试了涂层的抗高温氧化、电化学腐蚀及抗热震性能,并探讨了阴极微弧沉积氧化铝涂层的机理。涂层由γ-Al2O3和少量的α-Al2O3组成。涂层中含有少量的钛元素,表明涂层/钛界面附近的钛基体在微弧放电作用下也参与氧化铝涂层的沉积和烧结过程。涂层经过100次(700℃水淬)热循环后仍与钛基体结合良好。700℃恒温氧化结果表明,具有氧化铝涂层的钛氧化速率降低了4倍。

占空比对TiAl合金表面阴极微弧沉积Al_2O_3涂层的影响研究

目的通过调整实验工艺,研究占空比对Ti Al合金表面阴极微弧沉积过程的影响规律和作用机制。方法对Ti Al合金进行预处理后,在不同占空比条件下,于Al(NO3)3电解液中制备阴极微弧沉积Al_2O_3陶瓷涂层。采用电子扫描电镜(SEM)、元素能谱分析(EDS)、透射电子电镜(TEM)以及X射线衍射(XRD)等分析测试技术,对不同陶瓷涂层的微观组织结构和成分进行了分析,并使用涡流测厚仪、表面轮廓仪、维氏硬度计和划痕仪等材料性能测试设备,对涂层厚度、粗糙度、硬度、结合强度等力学性能进行了表征。结果在沉积过程中,占空比主要影响试样表面非晶态Al(OH)3的沉积吸附和脱水烧结以及晶体Al_2O_3的形成。随占空比增加,陶瓷涂层内部晶体结晶度提升,表面缺陷和微裂纹减少,均匀性、致密性和表面硬度均有所提高,厚度和结合强度先增加后降低,而表面粗糙度则呈现先降低后增加的趋势。结论占空比为30%时,涂层表面缺陷较少,与基体结合良好,涂层晶格条纹整齐,由α-Al_2O_3、γ-Al_2O_3和少量金红石相rutile-TiO2以及非晶相的Al(OH)3组成,α-Al_2O_3质量分数为89.0%,涂层厚度为47μm,表面粗糙度为1.0μm,结合强度为72 N,硬度为1010 MPa(HV200)。

TiAl合金表面阴极微弧沉积Al2O3陶瓷涂层的生长过程与相组成

利用阴极微弧沉积技术在预处理后的TiAl合金表面制备了Al2O3陶瓷涂层,研究了涂层的生长过程和相组成。采用扫描电子电镜(SEM、EDS)、透射电子电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等方法,对Al2O3涂层的生长过程中的微观形貌、组织成分以及晶体结构的演变进行了研究与分析。结果表明,TiAl合金表面阴极微弧沉积过程中,在阴极表面发生非晶态Al(OH)3的吸附、脱水烧结形成Al2O3陶瓷涂层的沉积。Al2O3涂层生长分前期I、中期II和后期III 3个阶段,前期起弧阻挡层被击穿,涂层生长较慢、组织致密且与基体结合良好;反应中期涂层生长较快,Al(OH)3不断吸附和脱水烧结,涂层结晶度提高;反应后期涂层生长速度变缓,表层组织疏松、多孔,相组成为87.5%的α-Al2O3和12.5%的γ-Al2O3。

钛表面阴极微弧电沉积制备氧化铝涂层

采用阴极微弧电沉积在钛表面生成了厚度达100μm的氧化铝涂层,研究了不同电压下涂层的结构和组成,分析了涂层的生长规律和形成过程.结果表明:阴极微弧电沉积过程包括火花前、微弧和局部弧光三个阶段,期间伴随有Al(NO3)3的离解、Al(OH)3的沉积与高温烧结等反应,微弧区产生的高温高压是形成Al2O3涂层的关键.涂层主要由γ-Al2O3和α-Al2O3组成,随电压升高,α-Al2O3的含量逐渐增加,在400V时其含量达76%.

溶液配比及电参数对钛阴极微弧电沉积氧化铝涂层的影响

用阴极微弧电沉积在钛表面生成Al2O3涂层,探讨溶液组成、放电电压及时间对涂层形貌、相组成及生长速率的影响。结果表明:涂层由αAl2O3和γAl2O3组成。随溶液中Al(NO3)3含量的增加,αAl2O3含量和涂层生长速率均先增后减。电导率决定了Al(NO3)3的摩尔浓度为0.2mol/l时是较佳值。乙醇与水的体积比对溶液的起弧影响很大,过高的含水量因溶剂效应大而不利于阴极微弧电沉积。随电压升高,涂层的生长速率增加,αAl2O3的含量增加。400V时,αAl2O3含量可达76%。延长放电时间,涂层的生长速率亦先快后慢。120min时,涂层厚度可达100μm。

钛合金表面阴极微弧电沉积Al_2O_3-SiC复合涂层

通过高温烧结法在TC4钛合金表面制备了起弧阻挡层,然后采用阴极微弧电沉积工艺在TC4钛合金表面制备了Al2O3-SiC复合陶瓷涂层,重点研究了复合陶瓷涂层的制备工艺及影响因素,并采用扫描电镜、能谱仪等观测了起弧阻挡层及复合陶瓷涂层的表面微观形貌及成分组成。结果表明,阴极微弧电沉积技术能够在钛合金表面制备出Al2O3-SiC复合涂层,且起弧阻挡层至关重要,为起弧必备条件,SiC在Al2O3基体中的分散性较好,涂层较厚且分布均匀。

阴极微弧电沉积表面处理钛的高温氧化行为(英文)

在0.4mol/lAl(NO3)3乙醇溶液中,采用阴极微弧电沉积方法在纯钛表面制备出80μm厚的氧化铝涂层。研究了钛及其镀膜样品在973K的高温氧化行为,并分析了它们恒温氧化后的组织、成分和相组成。结果表明,具有氧化铝涂层的钛在973K的氧化速率降低了4倍,恒温氧化后涂层的形貌和相组成几乎保持不变。涂层/钛界面附近的较薄氧化铝致密层对抑制氧和钛原子的扩散起重要作用。阴极微弧电沉积是提高钛抗氧化性能的有效方法之一。

阴极微弧放电制备TiAl合金表面Al_2O_3膜的高温氧化性能

在Al(NO3)3溶液中利用阴极微弧放电沉积方法,制备了TiAl合金表面的Al2O3膜,膜的厚度为80μm。空气环境下,在900℃下进行高温氧化实验。利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析了样品在高温氧化前后的形貌和物相变化。100h高温氧化后,Al2O3膜保持完整,与基体有较好的结合。高温氧化前后物相均为γ-Al2O3和少量的α-Al2O3,但是氧化后的膜层中出现了少量的Rutile-TiO2。阴极微弧沉积方法在TiAl合金表面制备的Al2O3膜能够有效地提高基体在900℃时的抗氧化性能。

TiAl合金表面阴极微弧制备的Al2O3膜结构与性能

以Al(NO3)3乙醇溶液为电解液,采用阴极微弧放电沉积方法,在TiAl合金表面制备连续的Al2O3薄膜,并对膜的结构与性能进行研究。利用扫描电镜(SEM)观察到样品表面分布着熔融状颗粒,颗粒的平均直径约20μm,颗粒中间有小孔存在。X射线衍射(XRD)分析表明氧化膜的相成分主要为α-Al2O3和γ-Al2O3相,还有少量的ε-Al2O3相;氧化膜中α-Al2O3和γ-Al2O3的相对含量随着制备电压改变而变化。显微划痕实验测得膜与TiAl基体之间结合力大于20 N,表明制得的氧化膜与基体有良好的结合力。900℃的高温氧化实验表明氧化膜能够有效地提高基体的抗氧化性能。

HR-2钢表面阴极微弧电沉积氧化铝陶瓷涂层的组织结构及其性能研究

以0.8mol·L-1 Al(NO3)3·9H2O的乙醇溶液为电解液,用阴极微弧电沉积的方法在HR-2钢表面制备出厚度约为69μm的氧化铝陶瓷涂层,通过扫描电子显微镜(SEM)观察了涂层的表面和截面形貌,通过X射线能量色散谱(EDS)及X射线衍射仪(XRD)分析了涂层的成分以及相组成,通过电化学综合测试系统分析了涂层的电化学腐蚀性能,结果表明:涂层表面粗糙多孔,与基体呈犬牙咬合状结合;涂层主要由α-Al2O3和γ-Al2O3组成;涂层中含有少量的Fe元素,表明膜/基界面附近的基体在微弧放电的作用下也参与了成膜;沉积氧化铝涂层后,样品的腐蚀电流密度降低了1个数量级,耐腐蚀性能得到提高。

双极性微弧电沉积电源系统研制

为满足微弧氧化和阴极微弧电沉积两种涂层制备工艺的共同需求,设计了一种双极性直流脉冲电源系统,该电源系统由主回路和控制系统组成,主回路采用两级结构,前级为三相全桥整流部分,包括三相全桥晶闸管整流电路及其触发电路,输出连续可调的直流电压;后级为逆变电路,包括全桥逆变电路,驱动电路以及脉冲波形发生器的设计,保证输出频率、占空比可调的双极性脉冲波形;控制系统采用双闭环结构,内环为电压环,外环为电流环,采用PI控制算法,实现恒流、恒压控制。

不锈钢表面阴极微弧电沉积氧化铝膜层的性能

以0.4 mol/L Al(NO_3)_3乙醇溶液为电解液,用阴极微弧电沉积方法在304不锈钢表面制备了80μm厚的氧化铝膜层。分析了膜层的形貌、成分和相组成,测试了膜层的抗高温氧化和电化学腐蚀性能。结果表明.电沉积膜层由γ-Al_2O_3和α-Al_2O_3组成。膜层中含有少量的Fe、Cr、Ni元素,表明膜/基界面附近的不锈钢基体在微弧放电作用下也参与氧化铝膜层的沉积和烧结过程。氧化铝膜层使不锈钢在800℃恒温氧化速率明显降低,表明其抗高温氧化性能得到提高。同时,其腐蚀电位正向移动,腐蚀电流密度降低1个数量级,表明其耐腐蚀性能得到提高。

阴极微弧电沉积钇稳定氧化锆涂层

提出了一种新颖的阴极微弧电沉积技术（CMED）.利用该技术在FeCrAl合金上制备出厚的钇稳定氧化锆（YSZ）涂层.研究结果表明,在试样上预先沉积YSZ薄膜,施加高压电脉冲时可以导致微弧放电;在微弧的作用下可以获得厚度达 300μm具有晶态结构的 YSZ涂层;高压电脉冲的电压值和频率决定了沉积涂层的厚度;电解液中添加硝酸钇时,发生ZrO2和Y2O3的共沉积,可使涂层中的t-ZrO2,t’-ZrO2和c-ZrO2稳定到室温;提高电解液中Y（NO3）3的含量可以降低涂层中m-ZrO2的相对含量.研究了阴极微弧电沉积YSZ涂层的微观结构,分析了阴极微弧电沉积的基本过程及机理.

贫铀表面阴极微弧电沉积氧化铝涂层的研究

以1.0 mol/L Al(NO_3)_3·9H_2O的乙醇溶液为电解液,用阴极微弧电沉积的方法在贫铀表面制备出厚度约为65μm的氧化铝陶瓷涂层。通过扫描电子显微镜(SEM)观察了涂层的表面和截面形貌,通过X射线衍射仪(XRD)及X射线能量色散谱(EDS)分析了涂层的成分以及相组成,通过电化学综合测试系统分析了涂层的电化学腐蚀性能。结果表明:涂层表面粗糙多孔,与基体呈犬牙咬合状结合;涂层主要由α-Al_2O_3和γ-Al_2O_3组成;涂层中含有少量的U元素,表明膜/基界面附近的贫铀基体在微弧放电的作用下也参与了成膜;沉积氧化铝涂层后,样品的腐蚀电流密度降低了2个数量级,耐腐蚀性能得到大幅度提高。

阴极微弧电沉积制备Al_2O_3陶瓷层技术研究进展

阴极微弧电沉积技术是一种在材料表面通过微弧放电沉积陶瓷层的表面处理技术,利用该技术可以在金属及非金属表面生成耐磨、耐蚀性能优异的陶瓷膜层。本文介绍了阴极微弧电沉积技术的研究现状以及应用阴极微弧电沉积技术制备Al2O3陶瓷层的方法和基本原理,并且对阴极微弧电沉积技术的影响因素进行了总结,阐述了阴极微弧电沉积技术的应用前景和存在的问题。

“液相等离子体电解新技术”专题序言

液相等离子体电解技术基于液相放电产生高温等离子体,对轻金属和钢铁等金属材料进行表面改性,形成氧化膜、沉积层或渗层,显著提高材料的耐磨、耐蚀等性能。目前,基于阳极放电的铝、镁、钛等阀金属等离子体电解氧化(即微弧氧化技术)逐渐成熟,氧化工艺、性能和机理研究论文大量发表。除阀金属微弧氧化外,等离子体电解技术还包括等离子体电解渗(碳氮硼)、等离子体电解抛光和清洗、等离子体电解氟化、阴极微弧电沉积、阴极等离子体电解氧化等工艺,也包括铁基、铜基材料等非阀金属微弧氧化。

Experimental Research of DLC Film Deposited by Filtered Vacuum Arc Evaporation

Diamond like carbon (DLC) films was grown successfully on silicon, titanium and high speed steel (HSS) substrate at low temperature in a filtered vacuum arc deposition system. Arc discharges were established on a graphite cathode in this home built system with a toridal macroparticles filter. Ion current convected by the plasma beam was measured with a negatively biased probe. It was shown that the magnetic field of the coils located on the plasma duct has a strong influence on ion current. Scanning electron microscope (SEM), atomic force microscope (AFM) and Raman spectrum are used to study the DLC films. Tribological behaviors of the deposited film are also studied.