摘要：目的 研究渗铬界面层对铬/类石墨碳(Cr/Graphite-Like Carbon,GLC)复合涂层力学性能、结合强度及磨蚀行为的影响,阐明Cr/GLC复合涂层的抗磨蚀机理。方法 以316L不锈钢(316L)为基体,先借助双辉等离子表面合金化(DGPSA)技术制备渗铬界面层,再采用直流磁控溅射(DCMS)技术制备顶层GLC涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)、共聚焦显微拉曼光谱仪(Raman)和X射线衍射仪(XRD)表征涂层的微结构与成分,采用纳米压痕仪、划痕仪、摩擦磨损仪和电化学工作站测试复合涂层的力学性能、断裂韧性、结合强度和抗磨蚀性能。结果 渗铬界面层能够促进GLC涂层的石墨化转变,实现硬度分布的梯度变化(基体为3.65 GPa,渗铬界面层为8.97 GPa,表面为13.15 GPa),有效阻碍了裂纹的扩展。与GLC涂层相比,Cr/GLC复合涂层具有较高的断裂韧性和结合强度(≥50 N),在3.5%NaCl溶液中具有更低的摩擦系数(0.055)和更低的磨损率(3.22×10^(-7)mm^(3)/Nm),其抗腐蚀性和化学稳定性也明显更优。结论 通过界面设计,实现了Cr/GLC复合涂层硬度分布的梯度过渡,提高了复合涂层的断裂韧性以及与316L的结合强度,赋予了复合涂层优异的抗磨蚀性能,为其在海洋苛刻环境下的磨蚀防护提供了有益借鉴。

摘要：针对含Cr的MCrAlY(M=Fe、Co、Ni)船用燃气轮机热端部件材料在潮湿海洋环境中与高腐蚀氯盐发生严重热腐蚀的问题,Mo有望替代Cr以提升材料的耐海洋环境热腐蚀性能及力学性能,但过量Mo易氧化形成挥发性金属氧化物从而破坏氧化膜的完整性。通过相图计算设计位于FCC_L12+BCC_B2+Ni5Y三相区的NiMoAlY及对照组NiCrAlY合金,探究微量Mo替换Cr对相组成和抗氧化性能的影响规律和作用机制。高温(750℃)氧化增重实验结果表明:添加少量Mo(原子分数0.5%)可促进BCC_B2相的形成,且加速其表面氧化物由θ-Al2O3向稳态α-Al2O3转变,有利于在长时服役中形成致密α-Al2O3氧化层,提升合金抗氧化性能;而添加原子分数2.5%的Mo则会使有序BCC_B2相转变为不利于抗氧化性能的BCC_A2相(富Mo)。结合理论计算和实验验证,可为具有特定结构及性能需求的材料成分设计提供有效指导。

摘要：采用多弧离子镀技术制备了不同调制比的交替多元多层Zr/CrAlSiN复合涂层,通过交替沉积与间歇性接近不同靶材相结合的方法获得了Zr/[Al(Si)N/CrN]"层中层"结构,并对复合涂层的力学性能、无腐蚀时的摩擦磨损性能、无摩擦磨损时的腐蚀性能及海水环境中的腐蚀磨损性能进行了研究。结果表明:该结构设计对涂层生长缺陷具有明显的抑制和修复作用;随着CrAlSiN层厚度比例增大,调制比为1∶6时Zr/[Al(Si)N/CrN]涂层的综合力学性能最佳;由于CrAlSiN层具有多层Al(Si)N/CrN结构,增加CrAlSiN层厚度比例增加了复合涂层横向界面,从而提升了涂层腐蚀性环境中的阻隔作用,因此CrAlSiN层厚度比例的增加既可以提升无摩擦磨损时涂层的耐腐蚀性能,又可提升涂层摩擦开动后的耐腐蚀性能,并进一步降低涂层腐蚀和磨损的相互促进作用;当调制比为1∶6和1∶8时,Zr/[Al(Si)N/CrN]涂层在海水环境中展现出了较好的抗腐蚀磨损性能。

摘要：随电子通讯、新能源汽车等新型产业的快速发展,高性能铜合金的需求日益迫切。析出型铜合金可通过析出相的精确控制实现力学性能、导电性能及其他功能性能的提升,是高性能铜合金发展的主要研究方向之一。本文综述了析出型高性能铜合金的最新研究进展,着重探讨了析出型高性能铜合金的设计和制备工艺的研究进展,同时从材料构效关系角度对其当前问题进行了讨论,对未来发展进行了展望。

摘要：随着社会发展,对在电机制造、交通运输、电力、电子等领域应用的铜合金的导电性和强度提出了更高要求,铜铬锆合金是满足这些要求的理想材料之一。针对近年来铜铬锆合金的研究热点,综述了铜铬锆合金合金化设计以及加工工艺方面的研究进展,详细总结了目前对铜铬锆合金研究最多的几种加工工艺及其对合金组织和性能的影响,并在此基础上对高强高导铜铬锆合金的热点研究方向进行了分析和展望。

摘要：钛金属具有优异的耐海水和海洋大气腐蚀性能,因此在海洋装备中有广泛应用。但是钛金属在严酷海洋环境中应用表现出一些不足之处,如耐磨蚀性能差、易生物污损和电偶腐蚀等问题,严重影响了钛金属结构件的长寿命和安全可靠服役。介绍了钛金属在海洋环境中的应用现状,揭示了存在上述不足问题的本质原因。如海洋环境磨损与腐蚀的交互作用导致耐磨性能差的钛金属磨蚀损耗加剧,钛金属良好的生物相容性使其产生严重的生物污损,钛金属相比于其他金属具有较高的正电位,在介质环境中与异种金属偶接时作为阴极被保护从而加速偶接合金的腐蚀。鉴于钛金属优异的海洋耐候性,其在海洋环境中的应用必将越来越广泛,但是合适的表面处理和涂层防护是必不可少的。综述了国内外钛金属在海洋环境应用相关防护技术的研究现状,并对海洋环境中钛金属表面防护技术的发展方向和趋势进行了展望:金属陶瓷涂层和可控纳米结构氧化物陶瓷涂层是海洋环境钛金属运动部件耐磨蚀保护有效的技术手段;防污剂释放型和纳米缓释涂层技术是实现钛金属长效防生物污损很有前途的技术方法;钛金属表面低导电表面改性层的设计和制备可降低与其接触异金属的电偶腐蚀速度。

摘要：材料基因组工程能大幅度提高材料研发速度,降低材料研发成本,近年来受到广泛关注。本研究采用高通量制备工艺,结合碳等离子体束流和基片位置的调控,利用自主设计研制的45°双弯曲磁过滤阴极真空电弧设备,沉积了厚度为4.7～183 nm的系列四面体非晶碳(ta-C)薄膜,使用椭偏仪、原子力显微镜、拉曼光谱仪和X射线光电子能谱仪(XPS)表征了厚度对ta-C薄膜表面粗糙度、微结构和原子键态的影响。结果表明:通过碳等离子体束流和基片位置的调控,实现了不同厚度ta-C薄膜的高通量制备。尽管膜厚不同,所制备的ta-C薄膜均具有几乎不变的光滑表面(R_a=(0.38±0.02) nm)和色散值(Disp(G)),说明不同厚度ta-C薄膜的sp^3含量、sp^2团簇尺寸保持相对稳定。XPS结果进一步证实ta-C薄膜的sp3相对含量均维持在(55±5)%。此外,不同厚度ta-C薄膜的光学带隙E_(opt)均保持在(1.02±0.08)eV。相关结果为设计制备结构和光学性能可控的不同厚度ta-C薄膜提供了一种新思路。

摘要：设计了金属催化剂Ni/四面体非晶碳(ta-C)/基底三层结构,使用磁过滤阴极真空电弧设备制备了ta-C薄膜,用电子束蒸镀技术制备Ni薄膜,并对其进行快速热处理调控非晶碳转变石墨烯的过程,重点研究了热处理温度对石墨烯生长的影响。结果表明,沉积态的ta-C和Ni层均表面平整、均匀致密,其中Ni薄膜呈(111)晶面择优取向生长,为石墨烯的高质量生长提供了条件。同时,退火温度显著影响了非晶碳的石墨烯转变,当退火温度高于400℃时Ni表面能生成多层石墨烯,在500℃保温15 min可制备出质量较高的多层石墨烯。

摘要：近年来,研究学者发现在沉积过程中,某些金属元素掺杂类金刚石薄膜时能够形成一种特殊的自组织分层纳米结构,这种纳米结构克服了人为调控多层薄膜的工艺复杂性及局限性,同时赋予了薄膜更加优异的性能。主要综述了国内外对金属掺杂类金刚石薄膜中自组织分层结构的影响因素、形成机理等方面的研究现状。详细阐述了金属类型及含量、沉积条件(脉冲频率、基体偏压、气流比、沉积温度、沉积时间)、沉积方法等参数对自组织分层结构的生成及富金属层厚、富碳层厚、层数等尺寸的作用规律。重点介绍了离子重排机理、金属催化机理、强离子辐照诱导机理和靶中毒机理四种自组织分层结构形成机理的特点,并探讨了目前研究工作中存在的一些不足,如自组织分层结构的形成机理尚不清晰。上述四种机理模型均具有一定的局限性,且如何设计工艺参数实现自组织分层结构的内在调控仍是一个科学难点。针对这些问题,提出了自组织分层结构碳基薄膜的未来研究方向。

摘要：对比了碳基涂层改性金属极板、未涂覆的金属极板和传统石墨极板性能的优劣,阐述了碳基涂层在优化金属极板导电耐蚀性能方面取得的最新成果,以及在质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cells,PEMFCs)环境长期运行后,碳基涂层出现性能失效及寿命受限等问题。通过分析影响碳基涂层性能的因素,指出由于非晶碳材料设计、微观结构等对其性能影响规律的系统化研究不足,导致非晶碳涂层/金属极板损伤及退化机理不明确。重点阐述了国内外关于PEMFCs金属极板改性碳基涂层材料技术的研究进展,包括调控本征碳基涂层(a-C)微观形貌优化涂层性能;采用理论计算与实验相结合的方法制备金属掺杂碳基涂层(a-C:Me),解决涂层与特定金属基体间粘附性差、压应力高等问题;设计多层结构碳基涂层以减少贯穿性缺陷。探讨了几类涂层失效机制,并对金属极板改性用碳基涂层技术进行了展望。