钕铁硼永磁材料物理气相沉积技术及相关工艺的研究进展

着重概述了国内外应用于NdFeB永磁材料的物理气相沉积(PVD)技术的种类、特点及所制备防护涂层耐腐蚀性能的研究进展,总结了NdFeB永磁材料的前处理和后处理工艺的研究现状,并提出NdFeB永磁材料PVD技术及相关工艺的改进方法。

DLC膜的生物相容性研究进展及在生物医用材料中的应用

综述了DLC膜的生物相容性研究进展及其在生物医用材料中的应用.生物相容性研究主要在DLC膜的细胞毒性及血液相容性方面进行了阐述;而应用进展主要在口腔修复、心血管介入治疗和心脏病治疗、人工髋关节等承重植入体等方面进行了阐述.最后指出了存在的问题及发展趋势.

基体材料对TiN薄膜表面液滴及薄膜结合力的影响

采用真空阴极电弧离子镀技术分别在4Cr5MoSiV1(H13)模具钢、Cr18Ni9Ti(304)不锈钢、YG6硬质合金、Ti6Al4V(TC4)钛合金4种基体表面沉积TiN薄膜。利用扫描电镜(SEM)对薄膜表面液滴进行观察分析,通过划痕仪对薄膜的膜/基结合力进行表征。结果表明:基体材料不同,TiN薄膜上液滴的密度、尺寸存在明显的区别。其中,镀膜后H13钢和304不锈钢表面的液滴数量最多,YG6硬质合金次之,TC4钛合金最少;薄膜的膜/基结合强度依次为YG6硬质合金>H13钢>304不锈钢>TC4钛合金。

NdFeB永磁体表面磁控溅射铝防护镀层性能研究

目的研究一种NdFeB永磁体表面腐蚀防护技术。方法采用磁控溅射技术,在烧结NdFeB永磁体表面沉积一层纯铝防护薄膜,然后对纯铝薄膜进行阿洛丁化学转化复合处理,表征膜层的表面和截面形貌,并研究结构及耐腐蚀性能。结果沉积的Al中间层和Al薄膜均结构致密,膜/基界面平整,膜层的自腐蚀电流密度为3.5×10-6A/cm2,说明纯Al薄膜能够对NdFeB永磁体提供有效的防护。阿洛丁化学转化可使铝薄膜表面更加致密,自腐蚀电流密度低至7.9×10-7A/cm2,进一步提高了纯铝薄膜的防护性能。结论 NdFeB永磁体表面磁控溅射镀铝是一种有效且环保的防护技术,可用于替代不环保的电镀防护。

CoCrMo合金表面掺金属类金刚石薄膜的摩擦学性能

采用非平衡磁控溅射结合阳极型气体离子源技术在CoCrMo合金表面制备掺钨类金刚石薄膜(WDLC)和掺钛类金刚石薄膜(Ti-DLC)。利用努氏显微硬度计、结合力划痕仪、摩擦磨损试验机、表面形貌仪和洛氏硬度计表征膜层的力学性能,并用扫描电镜分析磨损形貌,探讨薄膜磨损机理。结果表明:所制备的2种薄膜均具有典型的DLC薄膜特征,W-DLC薄膜的硬度、结合力和摩擦磨损性能均优于Ti-DLC薄膜,更适合于CoCrMo合金的表面强化处理;CoCrMo合金的磨损机制主要为粘着磨损和磨粒磨损,而Ti-DLC/CoCrMo和W-DLC/CoCrMo的磨损机制以滑动磨损为主伴随极少量的磨粒磨损;经DLC薄膜处理,摩擦因数从CoCrMo合金的0.578降低到0.2以下,磨损率也降低了2个数量级,大幅度地提高了CoCrMo合金的摩擦磨损性能。

超音速喷涂Cr_3C_2-25%NiCr涂层在砂粒-水环境下的磨损行为研究

在模拟的砂砾-水环境下，利用滑动磨损试验研究超音速火焰喷涂（HVOF）制备的Cr3C2-25％NiCr涂层与Al2O3对磨件的摩擦磨损性能。采用扫描电镜、表面轮廓仪对涂层的磨损机理进行了分析。结果表明，随着载荷加大，磨损量呈现先略有减少后迅速增加的趋势。在高载荷下涂层磨损变得严重，主要归因于其磨损机制发生了改变，随着载荷增加，其磨损机制由微切削作用转变为裂纹扩展和剥落。同时发现不同粒径砂粒对涂层的磨损行为具有重要影响，其中280目（粒径为～140μm）砂粒与摩擦副形成协同效应，粒径减少为原始尺寸的1／3。

32Cr3Mo1V表面激光合金化层热疲劳性能的研究

采用万瓦横流CO2激光器在32Cr3Mo1V基体表面合金化Cr粉及Co基粉,获得富含Cr和Co的合金层,并对合金层的成分、组织、硬度及热疲劳性能进行了分析.结果表明:合金层与基体形成完全的冶金结合,组织致密、晶粒细小、无裂纹及孔隙夹杂等缺陷,添加的合金元素Cr与基体形成了富含18.7%Cr的Fe-Cr固溶体,Co合金与基体形成了富含合金元素超过63%的Fe-Cr固溶体和不锈钢相;Co和Cr激光合金化层均能延缓、阻滞疲劳裂纹的产生,并且能降低裂纹扩展的速度,裂纹密度从基体的28.9%分别降为合金化Cr层的12.4%和Co层的9.4%.虽然激光Co层本身具有更小的热疲劳裂纹倾向,但在激光合金化层附近的基体上会发生疲劳裂纹严重聚集,这将大幅度降低整体结构的抗热疲劳性能;热疲劳的机理为氧化-应力开裂,即热疲劳过程中所形成的高硬度脆性氧化物在热应力的作用下断裂.

钛涂层的显微结构和电化学腐蚀性能研究

采用常规的超音速火焰喷涂和改进的低温超音速火焰喷涂工艺制备钛涂层,对涂层的显微组织、相组成、氧含量以及耐腐蚀性能进行研究。实验结果表明:常规的超音速火焰喷涂制备的钛涂层中有较多的TiO相,涂层内部有显微裂纹产生;而低温超音速火焰喷涂制备的钛涂层,组织均匀致密,没有显微裂纹和氧化物。与常规超音速火焰喷涂钛涂层相比,低温超音速火焰喷涂制备的钛涂层氧含量较低,耐腐蚀性能较好。

Al_2O_3/ZL101复合材料的摩擦学行为

利用液态浸渗法制备了Ａｌ２Ｏ３颗粒／ＺＬ１０１复合材料，并对其显微组织、摩擦磨损性能、摩擦磨损机制进行了分析。结果表明，液态浸渗法是一种优异的颗粒增强金属基复合材料（ＭＭＣ）制备方法；Ａｌ２Ｏ３／ＺＬ１０１复合材料的耐磨性远高于ＺＬ１０１合金，适当的热处理可以改善复合材料及ＺＬ１０１合金的耐磨性；Ａｌ２Ｏ３颗粒／ＺＬ１０１复合材料的摩擦系数明显低于ＺＬ１０１合金，热处理对复合材料及ＺＬ１０１合金的摩擦系数均有影响；ＭＭＣ的摩擦机理以氧化－磨粒磨损为主，ＭＭＣ的摩擦力主要由基体与对磨环的粘着产生。

硅酸铝/ZL101复合材料的摩擦性能

利用液态浸渗法制备了硅酸铝短纤维／ZL101复合材料，并对其显微组织、摩擦性能及摩擦机制进行了分析。结果表明，硅酸铝短纤维／ZL101复合材料的耐磨性远高于ZL101合金，且其摩擦系数明显低于ZL101合金，热处理对复合材料及ZL101合金的摩擦系数及其耐磨性均有影响。MMC的摩擦磨损机理以氧化-磨粒磨损为主，其摩擦力主要由基体与对磨环的粘着产生。

钢铁基体沉积金刚石膜的研究进展

金刚石具有极高的硬度、热导率和良好的抗磨损性能,在钢铁基体表面沉积金刚石膜具有广阔的应用前景。本文对不同成分和组织钢铁基体化学气相沉积金刚石膜的影响因素进行了分析,指出了奥氏体→珠光体或奥氏体→马氏体转变引起的相变应力对金刚石膜粘附性能的负面影响;综述了钢铁表面化学气相沉积金刚石膜的国内外研究现状,指出了今后钢铁上沉积金刚石膜的发展方向。

硅酸铝/ZL101复合材料的摩擦性能

利用液态浸渗法制备了硅酸铝短纤维,/ZL1O1复合材料,并对其显微组织、摩擦性能及摩擦机制进行了分析。结果表明:液态浸渗法是一种优异的短纤维增强金属基复合材料的制备方法;硅酸铝短纤维/ZL101复合材料的摩擦系数明显低于ZL101合金,热处理对复合材料及ZL101合金的摩擦系数均有影响;MMC的摩擦机理以氧化-磨粒磨损为主,MMC的摩擦力主要由基体与磨环的粘着产生。

等离子喷涂-物理气相沉积制备7YSZ热障涂层及其热导率研究

通过等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)技术在3种不同工艺参数下制备7YSZ热障涂层。采用XRD和SEM分析涂层的相结构和微观组织,利用激光脉冲法测量涂层不同温度下的热导率。结果表明:通过调整工艺参数中电流的大小和等离子气体成分,可以制备截面呈柱状、致密层状和柱-颗粒状混合组织结构,表面呈"菜花"状或起伏的多峰状的YSZ热障涂层。涂层的相结构由粉末的单斜相氧化锆(m-ZrO_2)转变为涂层中的四方相氧化锆(t-ZrO_2),并保留至室温。在700~1100℃时,YSZ涂层的热导率随着温度的升高而增大。柱状晶结构涂层因具有较大的孔隙率,可以有效降低涂层的热导率,其热导率为1.0~1.2W·m^(-1)·K^(-1);而层状结构涂层由于比较致密,其热导率相对较高。

AZO透明导电薄膜光电性能的研究进展

掺铝氧化锌(AZO)薄膜其原料来源广、经济无毒,且具有优越的光电性能,可以与传统铟锡氧化物(ITO)薄膜相媲美,是优良的透明导电材料。目前,关于各制备工艺参数对AZO薄膜的影响规律及其影响机理仍是研究热点。综述了透明导电AZO薄膜光学与电学性能的研究进展,讨论了各制备工艺条件对薄膜性能的影响,分析了AZO/metal/AZO多层膜的研究现状,并对AZO薄膜的研究方向给予了展望。

NdFeB磁体表面镀铝膜层退镀液配方的研究

用NaOH作腐蚀剂,添加辅助盐、表面活性剂、配位剂和缓蚀剂,研制了一种高效稳定的NdFeB表面镀铝膜退镀液。以Nd Fe B试样表面的铝含量和基体失重量作为性能评定指标,通过正交试验确定了优化的退镀液配方为:NaOH 10 g/L,Na_2CO_3 30 g/L,十二烷基苯磺酸钠6 g/L,EDTA-2Na 4g/L,六次甲基四胺4 g/L。优化的退镀液在室温条件下退镀3 min,即可把NdFeB基体上约12μm厚的铝膜退除干净,而且退镀后基体的剩磁、矫顽力和最大磁能积仅分别变化1.27%、1.25%和0.47%,磁性能损伤较小。探讨了NdFeB表面镀铝膜层的退镀机理。

等离子喷涂–物理气相沉积7YSZ热障涂层沉积机理及其CMAS腐蚀失效机制

采用等离子喷涂–物理气相沉积(PS-PVD)以团聚烧结的ZrO2-7wt%Y2O3(7YSZ)为原料,在850℃基体温度下制备了具有柱状结构的热障涂层,并通过场发射–扫描电镜(FE-SEM)分析了柱状涂层的显微结构。此外,基于原子聚集理论研究了PS-PVD中7YSZ气相分子在基体上的形核与生长过程,并分析了高温基体下7YSZ柱状涂层的沉积机理。另外,在1200℃下考察了7YSZ柱状涂层的CaO-MgO-Al2O3-SiO2(CMAS)腐蚀性能并探讨了其失效机制。结果表明,在高温下7YSZ气相分子首先吸附在基体上,通过扩散迁移形成分子团并吸附在基体表面上,然后分子团再与其它吸附分子碰撞结合形成临界晶核,临界晶核捕获其它吸附分子进一步长大形成晶核小岛,此后依次经过岛状、联并、沟道、连续这四个阶段最终形成柱状涂层。高温下CMAS熔融并在毛细管力的作用下沿着柱状涂层孔隙往深度方向渗透并与涂层发生热化学反应使涂层热物性能发生变化,最终在热化学与热机械的相互作用下使涂层内产生平行于表面的横向裂纹,并层离失效。

基于孔隙率的Cr_2O_3涂层工艺优化及回归分析

孔隙率是评价Cr2O3涂层质量的重要指标之一。根据Box-Behnken二阶响应曲面法设计了3因素3水平的回归分析试验,采用大气等离子喷涂技术在TC4钛合金表面制备了Cr2O3涂层,以不同工艺条件下的涂层孔隙率作为响应值,建立了喷涂电流、等离子气体和喷距影响因子与响应输出之间的数学模型,讨论了3种影响因子的显著性及交互作用影响,得到涂层孔隙率的连续变量响应曲面和等高曲线。模型可以用于大气等离子喷涂Cr2O3涂层的工艺优化和性能预测,最小孔隙率的预测参数是电流I=500A,氩气流量QAr=40L/min和喷距d=80mm,能获得的最小孔隙率为1.5%。

热震中7YSZ热障涂层结构演变

采用低温超音速等离子喷涂(LT-HVOF)在镍基高温合金基体上制备了Ni Co Cr Al YTa粘结层,使用大气等离子喷涂(APS)在粘结层上`制备了7wt%Y2O3-Zr O2(7YSZ)陶瓷层。基于动态试验即热震实验研究了粘结层的扩散氧化机制,探讨了陶瓷层的烧结及相变过程并观察了涂层的结构演变。实验结果表明:动态热循环下随着热震次数的增加,粘结层组元扩散氧化形成热生长氧化物(TGO)且厚度逐渐增加。此外,粘结层组元在温度梯度下沿陶瓷层内部裂纹向高温区扩散,最终在陶瓷层表面裂纹区域出现大量的金属氧化物,同时粘结层组元的扩散有助于陶瓷层的烧结,导致其显微硬度逐渐增大,而粘结层由于Kirkendall效应,其内部出现大量的孔洞导致其显微硬度逐渐降低。另外,陶瓷层在相变及热循环应力的作用下表面出现了大尺度的宏观裂纹。

循环氩离子轰击对磁控溅射铝膜结构和性能的影响

为了提高烧结钕铁硼永磁材料的耐腐蚀性能,采用磁控溅射技术在钕铁硼表面制备了厚度约为14.0μm的铝膜,使用循环氩离子轰击铝膜的方法制备了3个周期的多层铝膜。利用扫描电子显微镜(SEM)观察铝膜的表面和截面形貌,X射线衍射仪(XRD)表征膜层的晶体结构,采用中性盐雾试验测试膜层的耐盐雾腐蚀性能,研究循环氩离子轰击对铝膜层形貌、结构及耐中性盐雾腐蚀性能的影响。结果表明:与相同厚度的单层铝膜相比,3个周期的多层铝膜晶粒均匀细小,膜层的柱状晶结构被打断,内部形成了两个明显的界面;膜层沿(111)晶面择优生长;与厚度相同的单层Al膜相比,3个周期的多层Al膜的耐蚀性显著提高,其耐中性盐雾腐蚀时间可达到312h。循环氩离子轰击铝膜的方法可以改善铝镀层的质量和耐盐雾腐蚀性能。

含氢掺硅类金刚石薄膜的制备及性能表征

采用磁控溅射和离子源复合沉积技术,在Si片、模具钢和硬质合金上制备了均匀致密的含氢掺硅类金刚石薄膜。先用正交法优化含氢类金刚石薄膜的制备工艺,然后通过控制中频碳化硅靶的功率密度向含氢类金刚石膜层中成功掺入Si元素。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、X射线衍射仪(XRD)、硬度计、划痕仪和摩擦磨损试验机等手段测试和研究了膜层的形貌、成分、sp3和sp2含量及其性能。结果表明:优化后含氢类金刚石薄膜的制备工艺为:30mL/min甲烷流量,100V偏压,0.8A离子源电流;所制备的含氢掺硅类金刚石薄膜是非晶结构,膜厚2.20μm,膜/基结合力为30N,膜层硬度达到2039HV。含氢掺硅类金刚石薄膜的摩擦因数受环境湿度变化很小,可应用于精密传动部件提高其使用精度。