热喷涂陶瓷绝缘涂层的研究现状与展望

热喷涂陶瓷绝缘涂层具有优异的介电和机械性能,被广泛用于工件绝缘防护。涂层材料与制备方法决定了其介电性能表现。首先,总结了高纯Al₂O₃、掺杂态Al₂O₃ (掺杂Mg O、Ti O₂、Zr O₂)及其他材料(Y₂O₃、Mg Al₂O₄)的介电与机械性能特征。高纯Al₂O₃的介电强度与电阻率高,是应用最广泛的涂层材料。其粉末纯度、涂层的相组成与缺陷取向是影响介电性能的重要因素。在Al₂O₃中适度掺杂Mg、Ti等元素可降低粉末熔点,提高沉积效率与致密度。Al₂O₃混合稳定四方相Zr O₂通过其相变增韧提高涂层冲击韧性。掺杂法在适度牺牲涂层介电性能的同时可提高其综合服役性能。另外,Y₂O₃     

含氯离子环境下锌铝伪合金涂层的耐蚀性及电化学特性

采用盐雾试验和电化学阻抗谱测试技术研究了纯锌和锌铝伪合金涂层在含氯离子环境中的腐蚀行为和电化学特性,通过扫描电镜、X射线物相分析等手段研究了原始涂层及腐蚀后的表面形貌和腐蚀产物的相结构,并对两种涂层的腐蚀机理进行了初步的探讨.随着盐雾时间的增加,纯锌涂层表面逐渐生成疏松多孔的胞状腐蚀产物层,主要腐蚀产物为Zn₅(OH)₈Cl₂H₂O、ZnO和Zn₅(CO₃)₂(OH)₆,盐雾试验达到768 h后腐蚀产物层局部区域发生龟裂.锌铝伪合金涂层表面生成致密的腐蚀产物层,主要为Zn₅(OH)₈Cl₂H₂O、Zn_0.71Al_0.29(OH)₂(CO₃)_0.145·xH₂O及ZnAl₂O₄.电化学阻抗谱测试结果表明:随着盐雾时间的延长,两种涂层的电荷转移电阻均逐渐增大,但锌铝伪合金涂层的阻抗要明显大于纯锌涂层,表现出了更好的耐蚀性.      

金属氧化物陶瓷涂层高温阻氘渗透性能研究

采用射频磁控溅射方法在316L不锈钢表面沉积了Al₂O₃,Cr₂O₃,Y₂O₃和ZrO₂(8%Y₂O₃)4种单层氧化物陶瓷涂层。选用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对4种氧化物陶瓷涂层相组成、微观组织结构进行表征,结果表明,Al₂O₃涂层为非晶态,其他3种氧化物陶瓷涂层均为晶体结构,且涂层沉积致密,无明显微观缺陷产生。采用气相氢渗透装置对各涂层的氘渗透性能进行测试,结果表明,受氧化物中金属离子与氧的结合能的影响,在973 K@80 kPa氢渗透压下,厚度约为250 nm的Al₂O₃,Cr₂O₃,Y₂O₃和ZrO₂(8%Y₂O₃)涂层氘渗透阻挡因子(DPRF)分别为103,46,112和256,表明4种氧化物陶瓷涂层均具有良好的阻氘渗透性能,其中Y₂O₃陶瓷涂层阻氘渗透性能最好。因此,以Y₂O₃陶瓷涂层为例,研究厚度对涂层阻氘渗透性能的影响,在涂层厚度为139~251 nm范围内,氘渗透激活能和D-PRF随着涂层厚度的增加而线性增大。随着Y₂O₃涂层厚度增加,氘渗透量减少,阻氘渗透性能提高。     

气体传感器用Au掺杂WO3基复合涂层的组织及气敏性研究

为了提高气体传感器的测试精度, 选择等离子喷涂工艺来制备Au掺杂WO₃基(WO₃/Au)复合涂层, 并对复合涂层的组织和气敏性展开分析。结果表明: 在WO₃/Au复合涂层的X射线衍射谱图上, 只观察到WO₃与Au对应的两种衍射峰, 没有出现其他物相的衍射峰; 相对于纯WO₃涂层, WO₃/Au复合涂层没有发生颗粒尺寸、结晶度与微观结构的显著改变; WO₃/Au复合涂层的吸脱附曲线发生了分离的现象, 出现了脱附滞后的情况。当温度上升, 气体传感器用纯WO₃涂层和WO₃/Au复合涂层都出现了响应值先升高到峰值又逐渐降低的现象, 其中最大值出现在300℃处; 不同于纯WO₃涂层, 气体传感器用WO₃/Au复合涂层可以实现对NO₂的快速响应, 并获得更短的恢复时间, 说明WO₃/Au复合涂层具备更优的气敏性。     

40Cr表面TiAlN/TiN复合镀层的滑动摩擦试验分析

采用多弧离子镀工艺在40Cr表面制备了TiAlN/TiN复合镀膜,利用UMT-2摩擦磨损实验机考察了TiAlN/TiN膜层的承载能力和摩擦学性能,通过扫描电子显微镜观察了磨损试件的表面形貌,应用X射线能谱仪分析了磨痕中心区元素及其含量,通过40Cr基体和TiAlN/TiN膜在摩擦系数和磨损量方面的比较来评价TiAlN/TiN复合膜层的摩擦学性能.结果表明:TiAlN/TiN涂层与基体间的结合力是影响涂层承栽能力的主要因素之一,TiAlN/TiN复合镀层的摩擦学性能优于40Cr基体,TiAlN/TiN复合镀层的减摩、耐磨性能优越,并能成功地抵抗磨粒磨损和粘着磨损.     

料浆烧结法制备铌基Y2O3涂层的组织及抗热震性能

为推动核工业乏燃料回收再利用,满足熔炼核金属用坩埚的多轮次有效服役的要求,本文采用料浆烧结工艺在Nb-5W-2Mo-1Zr(Nb521)合金表面制备一系列双层复合Y₂O₃涂层,添加微量Si、Mo作增强剂,表面均为纯Y₂O₃涂层。借助有限元模拟、X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪等手段分析涂层的组织及抗热震性能。结果表明：Nb/Y₂O₃涂层呈典型的层状结构,由不规则的粉末颗粒相互堆叠而成,基体区、扩散区、过渡层、纯Y₂O₃层结构分明;有限元模拟计算及实验结果均证明双层梯度涂层可改变应力分布并有效减缓热冲击时材料内部应力的产生,其中,70%Y₂O₃+22%Nb+6%Si+2%Mo(7022)涂层的最大主应力为163.2 MPa,相较单层Y₂O₃涂层(313.4 MPa)下降47.93%。60次热循环后,7022-Y₂     

Ti0.95Co0.05N/NC复合材料的制备及储锂性能的研究

氮化钛(TiN)因其具有资源丰富、无毒、低成本和高化学稳定性等特点，可作为一种新型、高容量的锂离子电池负极材料。而其较差的离子和电子传导率无法满足高能量密度锂离子电池的需求。因此，本论文通过设计制备出氮掺杂碳材料负载钴(5%)掺杂TiN纳米颗粒(Ti_0.95Co_0.05N/NC),通过调节二聚氰胺(DCDA)加入量调控碳材料的石墨化程度，优化孔结构及其电导率。其中Ti_0.95Co_0.05N/NC-1具有较高的比容量，在100 mA·g^-1电流密度下循环120圈后，比容量仍然高于530 mAh·g^-1。     

TC4钛合金表面磁控溅射TiAlN涂层的组织与性能

采用TiAl合金靶材,在TC4钛合金基材表面以不同磁控溅射工艺沉积制备了TiAlN涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)分别分析了不同工艺制备的TiAlN涂层的表面形貌、表面成分及相结构,并对TiAlN涂层的耐蚀性、耐磨性等进行了研究。结果表明,采用磁控溅射工艺可在TC4钛合金表面制备出表面相对平整且结构致密的TiAlN涂层;沉积了TiAlN涂层的TC4钛合金试样的表面性能得到了提高,其磨损失重量和TC4钛合金基材相比降低了80%,耐盐雾腐蚀性能达到了保护级9级。     

FeCrVTa0.4W0.4高熵合金氮化物薄膜的微观结构与性能

实验利用单靶射频磁控溅射技术,在单晶硅基底上,制备了两个系列FeCrVTa_0.4W_0.4高熵合金氮化物薄膜,即FeCrVTa_0.4W_0.4氮化物成分梯度多层薄膜和(FeCrVTa_0.4W_0.4)N_x单层薄膜,其中,多层薄膜用于太阳光谱选择性吸收薄膜。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、纳米力学探针、原子力显微镜(AFM)、紫外?可见分光光度计、接触角测量仪和四探针测试台对FeCrVTa_0.4W_0.4高熵合金氮化物薄膜进行微观结构分析以及性能表征。结果表明:在不通入氮气时,薄膜为非晶结构,当氮气含量升高后,转变为面心立方固溶体结构;当表层氮气流量为15 mL·min?1时,FeCrVTa_0.4W_0.4氮化物多层薄膜及单层薄膜均具有最佳的力学性能,其中,多层薄膜的硬度为22.05 GPa,模量为287.4 GPa,单层薄膜的硬度为22.8 GPa,模量为280.7 GPa,随着表层氮气含量的继续增加,力学性能下降;FeCrVTa_0.4W_0.4氮化物成分梯度多层薄膜在300～800 nm波长范围内均具有太阳光谱选择吸收性,当氮化物薄膜层数较少时具有较好的疏水性;(FeCrVTa_0.4W_0.4)N_x单层薄膜随着氮气含量的增加,薄膜方块电阻增加。      

TaC对SiC涂层高温耐烧蚀性能的影响

以Si粉和Ta₂O₅粉为原料,采用包埋反应工艺在C/C复合材料表面制备SiC涂层和SiC-TaC复合涂层,通过X射线衍射、扫描电镜和高温等离子火焰(2 300℃左右)烧蚀实验,研究TaC对SiC涂层微观结构、高温耐烧蚀性能的影响和影响机理。结果表明：TaC可有效提升SiC涂层的高温耐烧蚀性能。经30 s等离子火焰烧蚀后,SiC涂层的质量烧蚀率和线烧蚀率分别为(0.189 2±0.080 0) mg/s和(1.386 7±0.120 0)μm/s,而SiC-TaC复合涂层的质量烧蚀率和线烧蚀率分别为(0.062 7±0.050 0) mg/s和(0.893 9±0.070 0)μm/s,比SiC涂层的质量烧蚀率和线烧蚀率分别降低66.86%和35.54%。SiC-TaC复合涂层的高温耐烧蚀性能提高主要与涂层的高温稳定性增强及烧蚀过程中熔融Ta₂O₅相的自愈合作用有关。     

激光熔覆Stellite 6合金涂层的组织和耐腐蚀性能研究

采用半导体激光器在H13钢基体表面制备了Stellite 6钴基合金涂层,利用X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜(OM)和电化学工作站研究了不同激光功率下涂层的物相组成、显微组织及电化学腐蚀行为。结果表明,激光功率对涂层的物相组成没有明显影响,涂层均由γ-Co、CoC_X和Cr₇C₃相组成。随着激光功率的增大,涂层由柱状晶和少量树枝晶的混合组织,转变为细小均匀的等轴晶,再至粗大的柱状树枝晶。不同激光功率下Stellite 6涂层在3.5%(质量分数) NaCl溶液中的自腐蚀电位均高于H13钢,而腐蚀电流密度均低于H13钢,且激光功率为3 000 W时涂层具有最佳的耐腐蚀性能。电化学阻抗谱规律与极化曲线保持一致,表明了激光熔覆Stellite 6合金涂层可以有效提高H13钢的耐腐蚀性能。     

Na掺杂g-C3N4纳米管的合成及其光催化性能

以三聚氰胺和三聚氰酸作为前驱体,将三聚氰胺和三聚氰酸的混合悬浮液通过水热反应生成超分子中间体(MCA),然后经煅烧中间体合成g-C₃N₄纳米管,最后再采用热处理向g-C₃N₄纳米管中引入Na元素,获得了Na掺杂g-C₃N₄纳米管。采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(SEM)、能量色散X射线光谱(EDXS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)和光致发光(PL)对系列试样进行表征,以苯酚(Phenol)溶液为降解对象,研究了试样的光催化性能。研究表明,通过水热、煅烧和热处理过程制备的Na掺杂g-C₃N₄纳米管,不仅提升了光的吸收能力,而且使g-C₃N₄的本征吸收边红移,拓宽了其可见光的吸收范围,增强了对可见光的吸收率,从而提高了太阳光的利用率。另外,Na掺杂能够提供更多的载流子并延长载流子寿命,提高了光...     

石榴石固态电解质材料Li6.4Al0.2La3Zr2O12的制备及性能

采用固相反应法制得Al掺杂的固态电解质材料Li_6.4Al_0.2La₃Zr₂O₁₂(LALZO),利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和交流阻抗谱等检测手段表征了所得样品的晶体结构与电化学性能,研究了不同烧结方式对材料的结构、微观形貌和电化学性能的影响,探究了固相反应过程机理.研究结果表明：混合料加热到425℃时开始生成立方相LALZO,更高温度下立方相LALZO经由Li_0.5Al_0.5La₂O₄和Li₂ZrO₃等中间相转化生成;425℃预反应后再经1 000℃烧结可得到纯的立方相LALZO;与聚环氧乙烷(PEO)组成复合固态电解质时,该材料在30℃下离子电导率可达3.61×10^-5 S/cm,具有良好的电化学性能.     

印尼典型海砂矿的工艺矿物学及固态还原特性

以经典工艺矿物学研究方法为基础,结合化学物相分析、矿物解离分析(MLA)、X射线衍射、光学显微镜、扫描电镜-X射线能谱仪(SEM-EDS)等手段对印尼典型海砂矿的矿物学及其固态还原特征进行了系统研究。结果表明:印尼海砂矿的矿物组成主要为钛磁铁矿、次为少量假象赤铁矿、赤铁矿、钛铁矿以及辉石等。绝大部分钛磁铁矿呈致密单体或铁的富连生体产出,偶有由固熔体分离析出形成的微细钛铁矿片晶。赋存于钛磁铁矿中的铁占总铁的89.79%、钛为85.42%、钒则高达97.97%。海砂矿在C/Fe摩尔比1.2、温度1300 ℃条件下还原60 min可较好实现金属化。其还原历程遵循:Fe_2.75Ti_0.25O₄ → FeTiO₃, (Fe, Mg)Ti₂O₅ → (Fe, Mg)Ti₂O₅ → Fe,稳定的黑钛石相是影响金属化程度的主要因素。经固态还原处理Fe元素最终富集于金属相,V、Ti则赋存于渣中富钛相,为后续的分离提取创造了有利条件。      

Co掺杂对RGO/Fe3O4复合材料组织结构和吸波性能的影响

研究了Co掺杂对还原氧化石墨烯(RGO)/Fe₃O₄复合材料结构、形貌和吸波性能的影响规律.采用一步水热法分别制备RGO/Fe₃O₄和Co掺杂的RGO/Fe₃O₄复合材料,通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪和X射线光电子能谱分析Co掺杂对复合材料的微观形貌、相组成及表面元素价态的影响;利用矢量网络分析仪测定两种复合材料在2~18 GHz频率范围内的相对复介电常数和复磁导率,模拟计算了Co掺杂对RGO/Fe₃O₄复合吸波性能的影响规律.结果表明:部分Co参与了水热反应生成了CoCO₃、Co₃O₄和Co₂O₃,还有部分Co以单质形式存在,其通过正负电荷吸引机制,影响Fe3+在氧化石墨烯(GO)表面的配位,使得负载在还原氧化石墨烯(RGO)表面的Fe₃O₄纳米颗粒部分迁移至RGO片层间;Co掺杂改善了复合材料的导电能力和磁损耗能力,使复合材料的吸波能力显著增强.反射率模拟结果表明:掺杂后与掺杂前相比,当匹配厚度d=2.00 mm时,最大反射损耗提高3.44 dB,有效吸收频带拓宽2.88 GHz;当匹配厚度d=2.50 mm时,最大反射损耗提高8.45 dB,有效吸收频带拓宽2.73 GHz.Co掺杂对RGO/Fe₃O₄复合材料的结构和形貌有显著影响,并有效改善复合材料的吸波性能.      

C/C-Cu复合材料表面等离子喷涂钨涂层

采用等离子喷涂技术,在C/C-Cu复合材料表面制备W涂层,采用氧乙炔焰进行烧蚀考核,通过金相显微镜、扫描电镜及X射线衍射仪对烧蚀前后涂层的显微组织及相组成进行分析,并与没有W涂层的C/C-Cu复合材料进行对比。结果表明,熔蚀后有涂层的C/C-Cu复合材料质量损失仅0.9 mg/s,无涂层C/C-Cu试样的质量损失为5.6 mg/s。C/C-Cu复合材料表面W涂层较致密,与基体结合良好。烧蚀后C/C-Cu表面W涂层主要生成WO3和CuWO4,能谱分析(EDAX)表明有较多的Cu元素存在,但分布不均匀。W涂层在烧蚀后均较粗糙、疏松,存在孔洞和裂纹等缺陷,成为降低性能的重要因素。     

La2O3掺杂纳米W粉致密化行为与性能

采用溶液燃烧合成法制备了La₂O₃掺杂纳米钨（W）粉,分析了La₂O₃掺杂纳米W粉的致密化行为及La₂O₃对纳米W粉致密化行为的影响,研究了烧结后合金的显微组织形貌、导热性能及显微硬度。结果表明,La₂O₃会显著抑制纳米W粉的致密化速度,纯W粉在1350 ℃烧结后的相对密度可达到96.2%,而La₂O₃掺杂纳米W粉在1500 ℃烧结后的相对密度仅为95.0%。在1500 ℃烧结后的La₂O₃掺杂W合金的晶粒尺寸为0.57 μm,比纯W粉烧结合金的晶粒尺寸小一个数量级,因此其导热性能也较纯W粉烧结合金有所降低,但是显微硬度得到显著提升。     

CrN与Cr-C-N涂层在海水环境下的微观结构及摩擦学性能

采用离子镀技术在硅片基体上对CrN涂层进行碳元素掺杂得到Cr-C-N三元复合涂层,利用扫描电镜(SEM)、电子能谱(EDS)、X射线光电子能谱仪(XRD)等对其涂层组织形貌及成分进行表征,用摩擦磨损试验仪及电化学工作站测试涂层的磨损及电化学性能。结果表明:对CrN涂层进行碳元素掺杂可得到Cr-C-N三元复合涂层,Cr-C-N中的C元素以硬质碳化物Cr7C3的形式在晶界区域偏聚形成"富碳"骨架网络,力学性能与耐海水腐蚀性能均有明显提升,同时涂层表面也因碳化物偏聚出现微区硬度差异较大的现象,承受载荷时应力不连续状态导致其摩擦因数较CrN涂层有小幅升高,但在大载荷高速滑动时表现出较低的磨损率。     

无害化处理对铝灰渣化学成分与物相组成影响研究

通过X射线荧光光谱(XRF)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱(EDS),研究了原铝灰,去离子水,碳酸钠,氢氧化钠溶液水解残渣和煅烧铝灰冰晶石渣的化学组成和相组成,并对无害化处理的效果进行了研究。实验表明,在去离子水溶液中,可以从铝灰中去除34%的氮。水解后的残余物相主要是Al₂O₃,Al(OH)₃,MgAl₂O₄,并且有未水解的AlN相。在碳酸钠溶液中,可以除去63%的氮,并且水解残余物相主要为Al₂O₃,MgAl₂O₄和Al(OH)₃。在氢氧化钠溶液中,可以除去100%的氮,水解残余物相为Al₂O₃,Al(OH)₃,MgAl₂O₄和Na₂Al₂O₄。在去离子水溶液中,...     

Nb颗粒增韧Ti-45Al-5Nb-0.3W合金的高温氧化行为

通过热等静压制备2%Nb颗粒增韧Ti-45Al-5Nb-0.3W(摩尔分数)合金(Nb_p/TiAl合金),并于1 280℃热处理24 h使元素扩散充分,富Nb区转变为层片组织与γ晶粒。在800、850和900℃空气中进行恒温氧化,利用光学显微镜、X射线衍射、扫描电镜、能谱仪和电子探针显微分析,研究合金氧化前后的物相组成和氧化膜的结构,揭示Nb_p/TiAl合金的氧化机理。结果表明：Nb_p/TiAl合金在800、850与900℃恒温氧化时的氧化动力学曲线均为抛物线型,在100 h氧化后单位面积的质量增量分别为3.32、7.36和17.27 g/m²;合金表面均形成了具有保护性的氧化膜,氧化膜为TiO₂/Al₂O₃/(Al₂O₃+TiO₂+NbO)/(TiN+Ti₂AlN+AlNb₂)的多层结构,能有效抑制O元素在合金中的扩散,提高...