硅烷流量对钛合金双极板表面改性碳膜性能的影响

目的通过对钛合金基底进行表面改性,提高其作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)金属双极板的耐蚀导电性能。方法通过等离子体增强化学气相沉积法(PECVD),调控不同的Si H4流量(0～10 mL/min),在钛基底表面制备了含硅非晶碳膜。利用电化学工作站、界面接触电阻测量仪、水接触角测量仪、纳米压痕仪,分别测试了薄膜的耐蚀性、导电性、疏水性和力学性能。通过拉曼光谱分析了腐蚀前后薄膜内部杂化比变化,并结合扫描电子显微镜和高分辨透射电子显微镜研究了薄膜厚度、腐蚀形貌和内部结构。结果 SiH4流量为8m L/min时,制备的含硅非晶碳膜具有最佳耐蚀性和导电性,该含硅非晶碳膜水接触角为102.91°,硬度为9.28 GPa,弹性模量为60.34 GPa,厚度为2.822μm。其动电位腐蚀电流密度为0.017μA/cm2,相比钛基底提升3个数量级(80.51μA/cm~2),在1.4 MPa压力下,其界面接触电阻为47.06 mΩ·cm~2。结论硅的引入诱导非晶碳膜生成类石墨烯结构,提高了非晶碳膜的导电性能和耐蚀性能,提升了薄膜的力学性能及疏水性。用含硅非晶碳膜对钛双极板进行表面改性,有望显著提高极板的燃料电池性能。     

质子交换膜燃料电池用6061铝合金极板表面类石墨碳涂层的导电耐蚀性能

为了获得6061铝合金极板表面类石墨碳涂层抗质子酸腐蚀的临界厚度和界面接触电阻的降低量值,采用磁控溅射方法在6061铝合金极板表面制备了一系列类石墨碳涂层。表征了类石墨碳涂层的微观结构,分析了涂层的界面接触电阻、耐蚀性和稳定性。结果表明,6061铝合金极板表面耐质子交换膜燃料电池阴极环境腐蚀的类石墨涂层临界厚度为0.97 μm。与低碳靶电流条件下制备的涂层相比,碳靶电流4.5 A时制备的涂层表面更加光滑;此时,类石墨碳涂层的界面接触电阻最小,为16 mΩ·cm²,是石墨极板接触电阻的2倍。     

基体偏压对PEMFC不锈钢双极板Cr-N改性涂层性能的影响

目的 提高SS316L双极板的耐腐蚀性与导电性。方法 使用脉冲直流磁控溅射技术,改变基体负偏压,于SS316L双极板上制备了Cr-N薄膜。通过扫描电子显微镜、XRD衍射仪、电子探针分析仪对薄膜的成分和结构进行了检测分析。通过接触电阻测试、电化学腐蚀测试和接触角测试表征了薄膜的导电性、耐腐蚀性和疏水性。结果 薄膜的结构主要由Cr和Cr₂N组成,各组试样的成分相近。随着沉积过程中基体负偏压的增大,薄膜结构更加致密。镀膜试样的耐腐蚀性均好于基材SS316L,基体负偏压为400 V时,测得试样的腐蚀电流密度最低,为3.49×10^-7 A/cm²。镀膜试样的导电性均好于基材SS316L,基体为负偏压200 V时,双极板的导电性最好,表面接触电阻为8.02 mΩ·cm²。基体负偏压继续增大,双极板的接触电阻会有所下降。结论 随着沉积偏压的增加,薄膜中的N含量略有增加。薄膜沉积对SS316L双极板的导电性、耐腐蚀性和疏水性有明显的提高,较于基材自腐蚀电位提升了411 mV,腐蚀电流密度下降了2个数量级。沉积时较高...     

5182铝合金表面锆系薄膜生长及其对耐蚀性能的影响

为研究5182铝合金表面锆系薄膜生长规律及其对耐蚀性的影响,对5182铝合金进行不同时间的锆系薄膜处理,采用扫描电镜观察了薄膜处理后的表面样品形貌,采用铜加速盐雾试验测试了5182铝合金锆系薄膜+电泳处理后的单边腐蚀性能,并结合辉光放电光谱及电化学测试分析了表面成份及其对耐蚀性能的影响。结果表明:5182铝合金表面锆系薄膜膜重随着时间的增加呈现先增加后减小的趋势,其表面薄膜生长分为原始氧化膜溶解、锆系薄膜的形核生长、薄膜逐渐停止生长并轻微溶解三个阶段。经过锆系薄膜处理的5182铝合金样品的单边腐蚀扩展量明显少于未处理样品。样品经过锆系薄膜处理后,自腐蚀电流密度较处理前降低一个数量级,经过锆系薄膜处理+阴极电泳处理后,自腐蚀电流密度较处理前降低两个数量级。锆系薄膜+电泳处理在5182铝合金车身涂层中共同发挥防腐蚀作用,电泳层可以隔绝腐蚀介质与基体接触,防止材料的全面腐蚀;锆系薄膜处理可以抑制腐蚀在铝合金金属-电泳层界面扩展,确保涂层体系局部破坏后腐蚀不快速扩展。     

NdFeB表面磁控溅射沉积Al-Mn薄膜的耐蚀性

在钕铁硼(Nd Fe B)磁体表面利用磁控溅射沉积不同锰含量的铝锰合金薄膜。磁控溅射制备的铝锰合金薄膜表面光滑致密。薄膜结构受到锰含量的影响,当薄膜锰含量从6.80at%上升到25.78at%时,薄膜结构由晶态逐渐转变为非晶态,达到35.67at%时,薄膜中析出金属间化合物Al_8Mn_5。铝锰合金薄膜的耐腐蚀性能受薄膜成分变化的影响很大,当薄膜中锰含量达到25.78%时,此时薄膜呈非晶态结构,薄膜的自腐蚀电流密度达到1.198×10~(-7)A/cm~2,比钕铁硼基体降低了2个数量级,耐腐蚀性能最好。     

靶电流对磁控溅射AlSn20/C镀层耐蚀性的影响

采用非平衡磁控溅射技术在铝基轴承合金表面制备AlSn20/C复合镀层,通过扫描电镜形貌观察、交流阻抗和极化曲线的测量研究石墨靶电流对镀层组织与耐蚀性能的影响。结果表明:在电流0.2~0.8 A范围内,薄膜均以层状结构生长,且电流越小,薄膜组织越致密;镀膜后试样的电化学阻抗比基体的高5~6个数量级,石墨靶电流为0.2 A时,可将基体的自腐蚀电位由1.42 V提高到1.18 V,石墨靶电流是影响AlSn20/C复合镀层耐蚀性的一个重要因素,石墨靶电流越小,其耐蚀性越好。     

不同掺杂对类金刚石薄膜的影响

目的研究单掺Si和共掺Ag、Si对类金刚石薄膜的结构、摩擦学性能和耐腐蚀性能的影响。方法以高纯石墨靶、石墨与金属复合靶、Si靶作为靶材,采用射频增强磁控溅射技术制备不同掺杂种类的薄膜。通过XPS、拉曼光谱仪对薄膜的化学组成和结构进行分析,通过纳米压痕仪、摩擦磨损试验机、电化学工作站等,对薄膜的力学性能、摩擦学性能及耐腐蚀性能进行了系统研究。结果 Si元素单掺DLC会引起薄膜中sp~3C含量增加。Ag、Si共掺DLC后,由于Ag以金属相分布在薄膜中,并促进sp~2相的形成,导致sp~3C含量降低。掺杂元素后的DLC薄膜,硬度下降,但韧性提高,其中Ag、Si共掺的DLC薄膜的弹性恢复系数达到79%。此外,Ag、Si共掺DLC薄膜在多种气氛(Ar、O_2、N_2)中都具有优异的摩擦学性能,磨损寿命均超过30 min,其中在N_2气中的摩擦系数最低(0.1),并在NaCl溶液中的腐蚀电流密度比304不锈钢基体降低了近2个数量级,具有良好的耐腐蚀性。结论 Si与Ag共掺DLC薄膜较Si单掺薄膜具有更好的摩擦环境适应性和耐腐蚀性能。     

多弧离子镀-磁控溅射复合技术制备TiCN薄膜的耐蚀性研究（英文）

采用多弧离子镀-磁控溅射复合技术在AISI304不锈钢基体表面于Ar和N_2混合气氛下共溅射钛靶和石墨靶制备了TiCN薄膜,研究了占空比对TiCN薄膜结构和在3.5%NaCl(质量分数)中耐蚀性的影响规律。结果表明:所沉积的TiCN薄膜表面光滑、均匀致密,主要形成具有Ti-(C,N)键的fcc-TiN型结构和少量的α-CN_x化合物,并随着占空比的增加表现出(111)晶面择优取向。TiCN薄膜相比于基体表现出更好的耐蚀性能,且随着占空比的增大,薄膜的耐蚀性逐渐提高。当占空比为40%时,TiCN薄膜表现出最为优异的抗腐蚀性能,其自腐蚀电流密度(i_(corr))和极化电阻(R_p)分别为3.262×10~(-7)A·cm~(-2)和238.4kΩ·cm~2。薄膜的阻抗谱显示腐蚀离子的渗透行为和局部腐蚀过程是影响电极体系腐蚀反应过程中的主要动力学因素,这与极化曲线的分析结果相一致。     

质子交换膜燃料电池钛基双极板多弧离子镀TiN膜的腐蚀行为

为了增强钛金属双极板的耐腐蚀性能,通过多弧离子镀膜技术在钛基双极板表面镀一层TiN,对薄膜的表面形貌,晶体结构与耐腐蚀性能之间的关系进行研究.结果表明:镀有TiN膜样品的耐腐蚀性能比未镀膜样品的有明显提高,其腐蚀电流密度最低可达201 μA/cm2.测试其动电位极化曲线和恒电位极化曲线发现,样品的耐腐蚀性能与薄膜的晶体结构以及表面颗粒和孔洞有密切的关系.适当的晶体择优取向有利于提高样品的耐腐蚀性能,而表面的颗粒和孔洞对样品的长期耐腐蚀性有很大影响.通过能谱分析发现,腐蚀后的样品表面发生了氧化.     

钛合金双极板磁控溅射制备TiC和TiCrC改性镀层的性能

使用非平衡磁控溅射技术,在钛合金表面制备TiC、TiCrC镀层。使用XRD、SEM、划痕实验、电化学和接触电阻分析了镀层的表面质量、耐蚀性能和接触电阻。结果表明:TiC镀层为TiC相,TiCrC镀层包含CrC相和TiC相;两种镀层表面致密,质量良好,膜基结合力强;两种碳化物镀层的腐蚀电流密度相较于钛合金基体均降低了1个数量级;在1.4MPa压力下钛合金基体、TiCrC镀层和TiC镀层的接触电阻分别为60、16.5和20.9mΩ·cm~2。     

LC4超硬铝合金微弧氧化膜电化学腐蚀特性

用微弧氧化方法在LC4超硬铝合金表面获得较厚的氧化膜,测定了氧化膜的生长曲线及电流密度变化,并用电化学方法测定不同厚度膜的极化曲线,采用零电阻技术测量3.5%NaCl溶液中LC4铝合金-铜电偶对电偶腐蚀情况.用扫描电镜观察合金基体和微弧氧化膜的腐蚀形貌.经过微弧氧化处理后,LC4超硬铝的腐蚀电流密度比基体降低几个数量级,腐蚀电位上升,耐腐蚀性能得到很大提高,但膜超过一定厚度时腐蚀电流密度反而有所升高.较厚的微弧氧化膜大幅度降低了LC4/Cu电偶对的电偶电流,电偶电位正向移动.     

化学刻蚀法调控铝合金阳极氧化膜的表面结构及防腐性能

为了提高铝合金的耐蚀性能,采用化学刻蚀与阳极氧化相结合的方法在铝合金表面构造了微纳结构,经进一步化学修饰后得到耐蚀性能良好的表面防护膜层。利用扫描电子显微镜、红外光谱仪表征所制备膜层的表面形貌和化学成分,采用激光共聚焦显微镜测定样品的表面粗糙度,通过接触角测量仪和电化学工作站对膜层的润湿性和防腐性能进行表征,考察刻蚀时间对于膜层表面结构和耐蚀性能的影响规律。结果表明:当刻蚀时间为3min时,膜层的耐蚀性能最佳:相对于未经刻蚀的样品腐蚀电位正移了0.15V,腐蚀电流下降了两个数量级。且接触角最大(152°),这是由于此条件下制备的薄膜表面微/纳结构最完整、比例最合理。     

Microstructure and corrosion resistance of vanadium films deposited at different target-substrate distance by HPPMS

High power pulsed magnetron sputtering（HPPMS）, a novel physical vapor deposition technology, was applied to prepare vanadium films on aluminum alloy substrate in this paper. The influence of target–substrate distance（Dt–s）（ranging from 8 to 20 cm） on phase structure, surface morphology, deposition rate, and corrosion resistance of vanadium films was investigated. The results show that the vanadium films are textured with a preferential orientation in the（111） direction except for that fabricated at 20 cm. With Dt–sincreasing, the intensity of（111） diffraction peak of the films decreases and there exists a proper distance leading to the minimum surface roughness of 0.65 nm. The deposition rate decreases with Dt–sincreasing. All the V-coated aluminum samples possess better corrosion resistance than the control sample. The sample fabricated at Dt–sof 12 cm demonstrates the best corrosion resistance with the corrosion potential increasing by 0.19 V and the corrosion current decreasing by an order of magnitude compared with that of the substrate. The samples gain further improvement in corrosion resistance after annealing, and if compared with that of annealed aluminum alloy, then the corrosion potential of the sample fabricated at 20 cm increases by 0.415 V and the corrosion current decreases by two orders of magnitude after annealed at 200 °C. If the annealing temperature further rises to 300 °C, then the corrosion resistance of samples increases less obviously than that of the control sample.     

阳极氧化法构筑的铝基超疏水表面及其耐蚀性能

通过接触角测量仪、扫描电镜、红外光谱、电化学工作站对经阳极氧化及低表面能物质修饰相结合处理的7075铝合金的表面的形貌、化学成分和耐蚀性能进行了表征。结果表明:阳极氧化法构筑的珊瑚状微纳结构和低表面能十四酸的协同效应赋予了7075铝合金表面超疏水性能。当草酸浓度40 g/L、电流密度20 A/dm²、阳极氧化时间10 min时,获得的铝合金超疏水表面接触角最大,为152°,耐蚀性能最好,腐蚀速率比铝合金基体降低了4个数量级,同时具有优异的防污和自清洁性能。     

Microstructures and properties of aluminum film and its effect on corrosion resistance of AZ31B substrate

Aluminum films with thickness of 8.78-20.82μm were deposited on the AZ31B magnesium alloys by DC magnetron sputtering.The influences of aluminum film on the micro-mechanical properties and corrosion behavior of the magnesium alloys were investigated.The morphology of aluminum film was examined by scanning electron microscopy and the microstructure of aluminum film was analyzed by X-ray diffiactometry.Nanoindentation and nanoscratch tests were conducted to investigate their micromechanical properties.More...     

钛双极板表面原位生成TiN涂层的性能研究

目的降低钛合金表面的接触电阻,提高其抗腐蚀性能。方法 TA2纯钛表面进行活化后,原位反应生成TiN涂层。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析表面形貌和成分,使用直流表面电阻和界面接触电阻(ICR)来评价涂层的导电性,在模拟质子交换膜燃料电池(PEMFC)环境中测试其抗腐蚀性能。结果经过TiN处理后的TA2纯钛双极板表面致密,其生长方式为沿(111)晶面择优生长。在750℃反应2 h获得的试样的直流表面电阻和ICR电阻最低,抗腐蚀性能最佳。压力为120N/cm^2时,电阻率稳定在6.7 m?/cm^2。在模拟PEMFC环境中的表面腐蚀电流为0.816μA/cm^2,经过恒电位扫描后的SEM显示,其表面完整,H2气氛中涂层界面完整,空气气氛中出现较多点蚀。结论在TA2纯钛表面原位反应生成TiN涂层有助于提高基体表面的抗腐蚀性和导电性。     

Corrosion behaviour of thermally sprayed Al and Al/SiCp composite coatings on ZE41 magnesium alloy in chloride medium

Thermally sprayed Al and Al/SiCp composite coatings have been deposited on ZE41 magnesium alloy and mechanical compaction at room temperature was applied to the Al and Al/SiCp coatings to reduce their porosity. Corrosion behaviour of coated samples was evaluated and compared to that of uncoated substrate in 3.5 wt.% NaCl solution using electrochemical measurements. Al and Al/SiCp composite coatings reduced the corrosion current density of Mg-Zn alloys by three and two orders of magnitude, respectively, and reductions up to four orders of magnitude were obtained after mechanical compaction.     

Electrochemical characteristics and interfacial contact resistance of multi-layered Ti/TiN coating for metallic bipolar-plate of polymer electrolyte membrane fuel cells

Metallic bipolar-plates have advantages over non-porous graphite ones due to their higher mechanical strength and better electrical conductivity. However, corrosion resistance and interfacial contact resistance are major concerns that remain to be solved, since metals such as stainless steels may develop oxide layers that decrease electrical conductivity, thus lowering fuel cell efficiency. In this study, multi-layered nitride coatings consisting of Ti and TiN were deposited on 316L stainless steel (SS316L) by a D.C magnetron sputtering method to enhance the corrosion resistance and to lower the interfacial contact resistance (ICR) of metallic bipolarplates for a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC). Electrochemical methods were conducted and ICRs of the coated specimens were measured to investigate the potential of the coated metallic bipolar-plate for use in PEMFCs. The multi-layered Ti/TiN coating deposited on SS316 showed lower ICR values than the single-layered TiN coating, and improved corrosion resistance when the PEMFC was not in operation while the degradation of the coating layer was observed in both cathodic and anodic working environments.     

5083铝合金搅拌摩擦焊接头微弧氧化膜电化学腐蚀行为

利用微弧氧化技术在5083铝合金搅拌摩擦焊(FSW)接头表面制备一层均匀的微弧氧化膜.通过动电位极化和电化学阻抗谱(EIS)分析,评估微弧氧化前后搅拌摩擦焊接头的腐蚀特性.结果表明,经过微弧氧化表面处理的搅拌摩擦焊样品腐蚀电流密度减小,电化学阻抗增加,抗腐蚀性能得到了显著改善.未氧化处理的不同焊接组织区域腐蚀行为存在明显的差异,而5083铝合金母相和焊缝表面的微弧氧化膜具有相同的形貌和抗腐蚀性能.     

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。