CrNi3MoVA钢表面磁控溅射Ta涂层的摩擦磨损性能

为进一步提高火炮身管寿命,利用磁控溅射技术在CrNi3MoVA钢表面沉积了Ta涂层。沉积态Ta涂层由体心立方相α-Ta和亚稳态四方相β-Ta组成,在850℃下真空退火3h后其全部转化为单一的α-Ta相。利用纳米压痕仪和摩擦磨损试验机测试了α-Ta涂层的硬度、弹性模量及摩擦系数,结合扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)及掠入射X射线衍射(GIXRD)分析了涂层的微观结构,并与传统电镀硬Cr涂层进行比较,研究了α-Ta涂层的摩擦磨损性能。结果表明:α-Ta涂层的摩擦系数(0.70~0.80)略小于硬Cr涂层的摩擦系数(0.75~0.85),α-Ta涂层的磨损机制主要为粘着磨损,而硬Cr涂层的磨损机制主要为疲劳磨损和粘着磨损。

316L不锈钢表面Ta涂层的制备及性能

为改善316L不锈钢在体液中的生物相容性,采用双辉等离子体表面合金化技术在其表面制备了Ta涂层,并使用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对Ta涂层的形貌、成分分布和物相结构进行分析,借助划痕仪、往复摩擦磨损试验机和电化学工作站对涂层的结合强度、磷酸盐缓冲溶液(PBS)中的耐磨性及耐蚀性进行研究。结果表明:所制备的Ta涂层由厚度均为2μm左右的沉积层和扩散层组成,主要物相为α-Ta,涂层与基体的结合强度良好,发生破裂的临界载荷达到111 N。Ta涂层的比磨损率仅为基体的12.5%,自腐蚀电位比基体提高234 mV,腐蚀电流密度则降低2个数量级,磨损前后涂层样品的腐蚀速率分别为基体的1.9%和3.6%。表明Ta涂层能显著提升316L不锈钢在PBS溶液中的耐磨性和耐蚀性。

C17200铍铜合金表面等离子制备Ta涂层的组织及耐腐蚀性能

用双层辉光等离子渗金属技术在C17200铍铜合金表面制备Ta涂层,以提高其抗腐蚀性能。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、划痕仪等分别研究Ta涂层组织结构、成分以及与基体的结合强度,并用三电极体系测量C17200合金及其制备Ta涂层后的腐蚀性能。研究表明,保温0.5~3 h后,在C17200表面形成表面Ta沉积层/Ta-CuBe过渡层的复合Ta涂层,该复合涂层由Ta、Ta2Be、Cu(Be)等相组成。涂层由岛状组织融合生长,Ta涂层随保温时间的延长而增厚。保温2 h的Ta涂层表面平整致密,与基体结合良好,在10%H2SO4溶液中较未处理C17200基材的自腐蚀电位升高,自腐蚀电流下降,腐蚀速率降低,表现出良好的耐蚀性能,有效地保护铍铜基体不受腐蚀液侵蚀。

Ta涂层对CVD单晶金刚石焊接强度的影响

目的提高金刚石的可焊性,促进金刚石与异质合金的连接。方法采用双辉等离子体表面合金化(DGPSA)技术在CVD单晶金刚石表面沉积Ta_(2)涂层,然后利用Ag–Cu–Ti(Ti的质量分数为2%)钎料合金将Ta_(2)涂层单晶金刚石与硬质合金(WC–Co)在真空钎焊炉中进行焊接。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能谱仪分析Ta_(2)涂层及焊后截面的物相组成、表面微观形貌、截面微观形貌、元素分布。使用万能试验机对有Ta_(2)涂层和无Ta_(2)涂层的焊后样品进行剪切断裂试验,对焊接后样品的界面结合强度进行探究。结果在合金化温度为850℃下,随着沉积时间(5、15、30、60 min)的延长,Ta_(2)涂层的厚度从0.35μm增至7.96μm,晶粒由纳米晶转变为柱状晶,整个涂层由沉积层Ⅰ和扩散层Ⅱ组成,且在金刚石/Ta_(2)涂层界面处生成了2种力学性能良好的金属型碳化物,即Ta_(2)C和Ta_(2)C。焊接接头的剪切强度随着Ta_(2)涂层沉积时间的延长,呈先增大后减小的趋势。结论当沉积时间为30 min时,Ta_(2)涂层的厚度为3.47μm,与WC–Co焊接后其剪切强度达到最大值(115.6 MPa),且大于无Ta_(2)涂层焊接样品的剪切强度(75.6 MPa),证明Ta_(2)涂层对单晶金刚石的可焊性有明显的促进作用。

退火对钛合金钽涂层力学及生物性能的影响

目的 针对钛合金(TC4)在骨植入、骨替换方面因受体液腐蚀及骨骼之间的相互摩擦使改性涂层容易遭受破坏导致有毒金属离子的释放,通过退火提高TC4表面钽涂层的力学性能和生物相容性能。方法 采用磁控溅射技术在TC4基体上沉积钽涂层,并在不同的热处理温度650、750、850℃下退火5 h,使用扫描电子显微镜、能谱仪、XRD、划痕仪、摩擦磨损试验机、电化学工作站和生物毒性实验对Ta涂层的组织形貌、力学性能及生物性能进行测试与表征。结果 所制备的Ta涂层组织较致密,在一定的退火温度下,组织结构变得更加致密。在退火温度650℃时的硬度值(16.68 GPa)和弹性模量值(208.90 GPa)最高,这是由于产生较强的β-Ta峰,使硬度值显著提高。经750℃退火后,涂层具有最大的结合强度(20.82N),优异的耐腐蚀性,摩擦曲线波动最小、最平稳且平均摩擦系数值(COF)最小。这是由于涂层与基体之间的元素相互扩散,降低了界面应力,促进了结合强度的提高。这有利于提高涂层的致密度,可降低涂层表面的微孔缺陷,阻碍腐蚀溶液通过涂层的路径作用,从而提高基体的耐腐蚀性。同时有效避免了涂层大面积脱落,减少了摩擦表面积,也提高了涂层的摩擦性能。在750℃和850℃退火温度下钽涂层的KRGR>80%,表现出良好的生物相容性。结论 经退火后的钽涂层组织更加致密,结合强度更高,耐磨性、耐腐蚀性、生物相容性更好。

非连续金刚石/Ta基碳化物复合涂层结构及性能

为提升硬质合金的硬度和耐磨性,改善其与金刚石涂层的结合强度,先用双辉等离子表面合金化技术在其表面制备Ta金属层,再用化学气相沉积法对Ta金属层进行碳化-沉积复合处理,制备出非连续金刚石/Ta基碳化物复合涂层。研究了源极与工件极电位差对金属层的影响以及复合涂层的结构与性能。结果表明:制备的金属层均由连续致密的胞状α-Ta组成;随电位差的增大,Ta金属层的显微硬度和结合强度均先升高后降低;电位差为240 V时,Ta金属层的显微硬度和结合力最高,分别达1151HV0.2和117 N;碳化-沉积后,涂层由表面离散分布的非连续金刚石颗粒和TaxC(TaC、Ta2C)组成,其显微硬度提高至基体的1.8倍,磨损率仅为基体的45%。非连续金刚石/Ta基碳化物复合涂层具有良好的结合性能,能有效提升硬质合金的硬度和耐磨性能。

冷喷涂Ta涂层组织及腐蚀性能

利用冷喷涂技术在316L不锈钢表面制备Ta涂层。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)对涂层的相结构和微观组织进行了分析,通过显微硬度计和万能力学试验机测定涂层的显微硬度和结合强度;采用电化学试验机测试了涂层和不锈钢基体的腐蚀性能。结果表明:涂层微观组织均匀致密,孔隙率为0.5%;涂层与基体结合良好,结合强度为60 MPa;涂层平均显微硬度为256 HV0.3;Ta涂层的自腐蚀电位(-0.25V)略低于316L不锈钢块体(-0.13 V),自腐蚀电流密度(2.16×10^(-7)A/cm^(2))比316L不锈钢(4.83×10^(-7)A/cm^(2))降低了一倍,钝化电位及钝化电流分别为-0.06 V和1.05×10^(-4)A/cm^(2),具有很宽的钝化区,能够有效保护316L基体。

N掺杂对磁控溅射Ta涂层微观结构与耐磨损性能的影响

采用磁控溅射技术,以AISI304不锈钢为基体,通过在溅射过程中引入不同流量的N2,制备出不同程度N掺杂的Ta涂层,研究了少量N掺杂对Ta涂层微观结构、物相组成、力学及磨损性能的影响。结果表明,无N掺杂时,Ta涂层中的物相组成为α-Ta,晶粒粗大,(211)和(110)晶面竞争生长;N掺杂后涂层中的物相组成为TaN0.1,晶粒细小并呈(110)择优取向。少量N掺杂可以显著提高Ta涂层的硬度和弹性模量,并大幅度改善其抗磨损性能。涂层硬度和弹性模量的提高与晶粒细化、N原子固溶及涂层中存在的压应力有关。N掺杂后涂层的磨损机制由磨粒磨损向黏着磨损转变。

C/C复合材料Ta_2O_5-TaC/SiC抗氧化抗烧蚀涂层研究

采用包埋法和低压化学气相沉积(CVD)法在碳/碳(C/C)复合材料表面依次制备了Ta2O5-TaC内涂层和SiC外涂层,用X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)及电子能谱(EDS)对涂层的相组成、微观形貌和元素组成进行了分析,研究了涂覆涂层后C/C复合材料在1 500℃静态空气中的防氧化性能及在氧-乙炔烧蚀中的抗烧蚀性能。结果表明:采用两步法制得的Ta2O5-TaC/SiC复合涂层结构致密,该复合涂层有效提高了C/C复合材料的抗氧化和抗烧蚀性能;Ta2O5-TaC/SiC复合涂层在1 500℃静态空气环境下可对C/C复合材料有效保护100 h以上;涂层试样在氧乙炔烧蚀环境中烧蚀60 s表明涂层可将C/C复合材料的线烧蚀率降低47.07%,质量烧蚀率降低29.20%。

不锈钢基体表面CVD-Ta涂层组织和性能的研究

介绍了化学气相沉积(CVD)制备难熔金属Ta涂层的一般原理及方法。利用TaCl5-H2-Ar反应体系,采用化学气相沉积法在不锈钢基体表面沉积了Ta涂层。通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)手段,研究了CVD温度对Ta涂层的结构、沉积速率、显微组织的影响,分析了Ta涂层的显微组织结构和成分组成,对Ta涂层试样在强酸冲刷条件下进行了耐腐蚀试验,最后对Ta涂层试样的失效机理进行了分析。结果表明:在1000~1200℃范围内,随着沉积温度的升高,Ta涂层晶粒结晶性能逐渐变好,沉积速率逐渐增大,当沉积温度大于1100℃,Ta涂层和基体之间会出现较明显的扩散层;Ta涂层主要由分布均匀的钽元素和少量不连续的氧元素组成;涂层的失效的主要原因是由于Ta涂层纵向生长的柱状晶不致密,使得晶界处的氧化物率先腐蚀,使得钽涂层逐渐失去对基体的保护作用。

IrO_2·Ta_2O_5涂层钛阳极失效前后形貌的研究

研制了一种性能优良的析氧电极IrTa涂层。用扫描电镜、电子探针、X射线衍射仪对涂层的形貌、电极失效前后涂层组分的变化进行测定,发现Ir和Ta摩尔比为0.5:0.5时,IrO_2·Ta_2O_5涂层具有典型的特征形貌,IrO_2呈针状结晶,Ta_2O_5呈圆石形的无定形物,电极失效后,涂层中仍有一定量的Ir和Ta,涂层的溶解是电极失效的原因。

4Cr13钢基表面SiC/Ta复合涂层的制备及摩擦磨损性能

针对马氏体不锈钢的表面耐磨性不能满足应用需求,且在钢基表面直接制备Si C涂层会产生与基体结合不良的问题,采用双辉等离子表面冶金技术在4Cr13马氏体不锈钢表面制备SiC/Ta复合涂层,对涂层的组织结构、表面硬度、结合强度和摩擦磨损性能进行研究。结果表明,所制备的SiC/Ta复合涂层厚5~6μm,由SiC、Ta、Ta_2C和TaC相构成。SiC/Ta/基体各层间以扩散连接,与基体结合良好。经双辉等离子表面冶金技术处理后,表面显微硬度由基材的279 HV_(0.2)提高到1 738 HV_(0.2)。4Cr13不锈钢的摩擦学性能也得到明显改善,摩擦因数比基材的平均摩擦因数降低了0.32,磨损率是基材磨损率的4%。

医用316L不锈钢表面Ta(Ti)N涂层的制备与表征

采用射频磁控溅射的方法制备了Ti含量不同的Ta(Ti)N涂层并研究了涂层的微观结构和性能。扫描电子显微镜(SEM)照片显示涂层结构致密无大的孔洞。XRD结果显示无Ti掺杂的涂层为面心立方结构的TaN,Ti掺杂的Ta(Ti)N涂层随着Ti掺杂量的增加TaN的衍射峰向高角度偏移,偏移的原因是形成了Ta(Ti)N固溶体。固溶体的形成使Ta(Ti)N涂层的纳米硬度明显高于TaN涂层的纳米硬度。Tafel外推结果表明在PBS溶液中,Ta(Ti)N涂层后的316L不锈钢的耐腐蚀性明显好于基体316L不锈钢的耐腐蚀性。血液相容性实验结果表明Ta(Ti)N涂层的血液相容性明显好于316L不锈钢基体的血液相容性。

Ti6Al4V钛合金表面Ta2O5/Ta2O5-Ti/Ti多涂层的制备与性能研究

采用磁控溅射技术在Ti6Al4V钛合金表面制备了Ta2O5/Ta2O5-Ti/Ti多层涂层;利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱仪(XPS),分析了涂层的微观结构、物性组成和化学价态;通过划痕仪、纳米压痕仪、摩擦磨损试验机和电化学工作站,检测了涂层的结合强度、力学性能、摩擦系数和耐腐蚀性。研究结果表明,Ta2O5/Ta2O5-Ti/Ti多层涂层表面由峰型颗粒组成,粒径大小均匀,涂层结构致密。与Ti6Al4V相比,Ta2O5/Ta2O5-Ti/Ti多层涂层试样具有较小的摩擦系数,较高的腐蚀电位和较小的腐蚀电流密度,表现出良好的耐磨和耐腐蚀性能,能对Ti6Al4V合金植入材料起到较好的保护作用。

TA2钛合金表面激光熔覆金属钽探索实验研究

在保证钛合金穿地阀门硬密封面耐腐蚀性前提下,为了提高其硬度、耐磨性及抗压疲劳性能,以TA2钛合金板材作为基体,利用YAG激光器进行表面激光熔覆纯钽(Ta)的探索实验研究。分别采用OM、SEM、EDS及显微硬度计,研究了激光熔覆的Ta涂层的冶金结合情况、组织结构、成分分布及硬度分布。结果表明:在TA2钛合金表面直接激光熔覆纯Ta粉是可行的,且制备的Ti-Ta合金涂层与基体形成良好的冶金结合;激光熔覆层内Ti元素稀释度较大,随着与结合面距离的增加,稀释度逐渐减小;激光熔覆层与基体结合区主要由枝晶组成,熔覆层中部由枝晶及部分块状组织组成;熔覆层显微硬度HV_(0.2)为190~200,相对Ti基体硬度提高了40以上,而结合区显微硬度HV_(0.2)为200~220,硬度梯度变化较为明显。

La掺杂的SnO_2-Sb中间层对钛基IrO_2+Ta_2O_5电极性能的影响

目的改善Ti/IrO_2+Ta_2O_5涂层电极的析氧电催化性能。方法用热分解法在钛基材上制备了La掺杂的SnO_2-Sb中间层,并以此作为基体涂覆IrO_2+Ta_2O_5活性层,制备了Ti/SnO_2-Sb-La/IrO_2+Ta_2O_5涂层电极。采用扫描电子显微镜(SEM)、能量散射能谱(EDS)及X-射线衍射光谱(XRD)技术分别分析了中间层和活性层的表面形貌、元素组成及晶相结构。采用线性扫描伏安曲线(LSV)和强化寿命测试方法在硫酸溶液中分别研究了Ti/SnO_2-Sb-La/IrO_2+Ta_2O_5涂层电极的析氧电催化活性和使用稳定性。同时,考察了La的掺杂比例对Ti/SnO_2-Sb-La/IrO_2+Ta_2O_5电极强化寿命的影响。结果相对未掺杂La的中间层,掺杂La后的中间层表面裂纹减少,有更高的析氧过电位和更低的析氧电流密度。La掺杂对活性层的表面形貌和晶相结构基本没有影响,但电极的析氧电流密度有所提高。通过测试不同La掺杂比例涂层电极的强化寿命,发现La最佳掺杂比例为nLa:nSn=0.5:100。和未掺杂La涂层相比,La最佳掺杂比例涂层电极的强化寿命提高了22.8%。结论相对于未掺杂的Ti/SnO_2-Sb/IrO_2+Ta_2O_5电极,La掺杂后的Ti/SnO_2-Sb-La/IrO_2+Ta_2O_5涂层电极析氧电催化活性和强化寿命都得到改善。

基于涂层改性炮管寿命的研究进展

随着武器装备的各项指标不断提升,火炮的发展受到身管寿命的限制,目前身管寿命的延长已成为重要研究方向。本文综述了身管内膛涂层改性技术的发展历程及最新研究进展,从火炮身管的失效机理出发,指出对火炮身管内膛表面进行改造的困难。重点对Cr涂层、Ta涂层、新陶瓷涂层等一系列涂层的性能以及研究进展进行了阐述。分析对比各种涂层改性中的优缺点,旨为继续进行身管延寿技术的研究提供参考。

纯铜表面Ti/Ta复合涂层的制备及性能

基于双层辉光等离子表面合金化技术在纯铜表面制备Ta涂层,并采用引入Ti中间过渡层的方式在纯铜表面制备Ti/Ta复合涂层,分析了Ti/Ta复合涂层的微观结构,研究了复合涂层对铜基体的热震行为和熔盐热腐蚀行为的影响。结果表明,亚微米结构的Ti/Ta复合涂层组织致密均匀,厚度约为14.5μm,表面为α-Ta相。与Ta涂层相比,Ti/Ta复合涂层在700℃热震20次后表面仍较为平整致密,无任何微裂纹产生;呈梯度分布的中间Ti层缓解了界面应力,提升了涂层的抗热震性能。在500℃时NaCl和KCl混合盐腐蚀10 h后,纯铜质量增加为12.89 mg/cm^(2),Ti/Ta复合涂层的质量增加仅为2.8 mg/cm^(2),Ti/Ta复合涂层表面形成致密的Ta_(2)O_(5)氧化膜,有效阻止了熔盐腐蚀的深入,提高了铜基体的抗熔盐腐蚀性能。

两种钛电极电生过氧化氢性能的比较

分别采用钛电极与IrO2·Ta2O3涂层钛电极作为阳极，与活性炭纤维布作为阴极构成两电极电解池来产生过氧化氢。比较了IrO2·Ta2O3涂层钛电极和钛电极对过氧化氢产生性能的影响；分析了电压、空气流量和pH值对过氧化氢生成的影响。实验结果表明，采用IrO2·Ta2O3涂层钛电极的阳极和活性炭纤维组成两电极电解池能够有效地产生过氧化氢，IrO2·Ta2O3涂层钛电极作为阳极的性能明显优于钛电极的性能；电压对过氧化氢的生成有重要影响，过高过低的电压均对过氧化氢的生成不利，增加空气流量以及降低pH值均能有效地提高过氧化氢的生成浓度。