功能薄膜与涂层专刊

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本辑功能薄膜与涂层虚拟专刊集合了2016~2018年在金属学报发表的20篇文章,内容涉及生物、光催化、强化、电磁功能等薄膜,以及抗高温氧化、抗摩擦磨损、抗热震、抗腐蚀等涂层,基本反映了近年来我国薄膜与涂层研究领域的主要成果。欢迎阅读、引用和转发!

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1. 射频反应溅射制备MgO二次电子发射薄膜*
王彬,熊良银,刘实
金属学报    2016, 52 (1): 10-16.   doi:10.11900/0412.1961.2015.00189
录用日期: 2015-09-06

摘要40)   HTML3)    PDF (3587KB)(193)   

采用氧化激活AgMg合金在表面形成MgO薄膜, 以及采用射频反应溅射沉积法在不锈钢基片上分别制备了MgO薄膜和掺杂CoO的MgO薄膜, 研究了制备工艺对薄膜二次电子发射系数及耐电子束轰击能力的影响. 结果表明, 薄膜厚度对其耐电子束轰击能力有显著影响, 随着薄膜厚度的增加, 耐电子束轰击能力明显增强, 而射频反应溅射沉积可通过调整镀膜时间获得不同厚度的MgO薄膜. 射频反应溅射的氧分压比对MgO薄膜表面质量有较大影响, 随着沉积过程中氧分压比增大, MgO薄膜表面粗糙度增大, 不利于二次电子发射. CoO掺杂改善了MgO薄膜表面质量, 使其表面更加平整、光滑, 提高了薄膜的二次电子发射系数, 而且降低了薄膜表面质量对氧分压比变化的敏感性. 550 ℃真空热处理1 h使CoO掺杂的MgO薄膜发生热分解失氧且表面质量变差, 导致二次电子发射系数大幅下降. 在沉积过程中, 提升基片温度或提高氧分压, 会使薄膜中存在金属态Mg且薄膜表面质量变差, 使二次电子发射系数小幅下降.

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2. 梯度NiCoCrAlYSi涂层的循环氧化及热腐蚀行为*
彭新, 姜肃猛, 孙旭东, 宫骏, 孙超
金属学报    2016, 52 (5): 625-631.   doi:10.11900/0412.1961.2016.00013
录用日期: 2016-03-16

摘要36)   HTML4)    PDF (1403KB)(685)   

采用电弧离子镀技术制备了普通NiCoCrAlYSi涂层和梯度NiCoCrAlYSi涂层, 分析了2种涂层的组织及结构, 对比研究了2种涂层分别在1000 ℃到室温的循环氧化行为和900 ℃的高温热腐蚀行为. 结果表明, 普通涂层由γ/γ′相、β相和α-Cr相组成, 梯度涂层外层富Al, 内层富Cr, Al和Cr在涂层中呈梯度分布. 循环氧化过程中梯度涂层外层充足的Al源维持表面Al2O3膜的形成和修复, 界面处富Cr(W, Re)相抑制涂层与基体的互扩散, 表现出良好的抗循环氧化性能. 热腐蚀过程中, NaCl的存在加速了腐蚀的进程, 2种涂层出现不同程度的内氧化和硫化, 普通涂层表面形成了非保护性的NiAl2O4尖晶石和NiO, 梯度涂层中外部富Al内部富Cr的梯度分布, 减缓了热腐蚀进程.

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3. Mo含量对CrMoAlN薄膜微观结构和摩擦磨损性能的影响*
楼白杨,王宇星
金属学报    2016, 52 (6): 727-733.   doi:10.11900/0412.1961.2015.00493
录用日期: 2016-03-21

摘要40)   HTML1)    PDF (857KB)(443)   

采用非平衡磁控溅射离子镀技术在M2工具钢和单晶Si表面沉积多元CrMoAlN纳米多层薄膜. 利用EDS, SEM, XRD, XPS, 纳米压痕仪和销盘磨损试验仪研究Mo含量对CrMoAlN薄膜成分、表面和截面形貌、相结构、化学价态、显微硬度和摩擦性能的影响. 结果表明, 不同Mo含量的CrMoAlN薄膜均为fcc结构, Mo代替了CrAlN晶格中部分Cr或Al的位置, 形成了以fcc-CrN相为基础的CrMoAlN置换固溶体. 随着Mo含量提高, CrMoAlN薄膜表面颗粒尺寸明显减小, 截面柱状晶结构逐渐消失. CrMoAlN薄膜的显微硬度和弹性模量随着Mo含量的增加而提高, 摩擦系数和磨损率随着Mo含量的提高而降低. Mo含量为19.47% (原子分数)时, 显微硬度与弹性模量均达到最大值29.70 GPa和427.53 GPa, 摩擦系数和磨损率达到最小值0.271和1.2×10-16 m3/(Nm).

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4. 钛合金切削用Ti1-xAlxN涂层的制备及其切削性能研究*
隋旭东,李国建,王强,秦学思,周向葵,王凯,左立建
金属学报    2016, 52 (6): 741-746.   doi:10.11900/0412.1961.2015.00454
摘要40)   HTML0)    PDF (851KB)(366)   

采用磁控溅射法制备了不同Al含量的Ti1-xAlxN涂层. 经XRD, SEM, EDX和纳米压痕仪分析发现, Al含量在0.50~0.58 (原子分数, 下同)之间时, Ti1-xAlxN涂层为(111)择优生长的fcc结构. 当Al含量增加到0.63时, 涂层中有六方纤锌矿结构的AlN生成, 涂层硬度降低. 另外, 随着Al含量的增加, 涂层表面颗粒尺寸变大, 涂层变疏松. 钛合金切削实验表明, 涂层刀具的磨损形式主要为黏结磨损和崩刃. 在低速切削(65 m/min)时, Ti0.50Al0.50N涂层刀具的切削性能略好于无涂层刀具, 并且都好于Ti0.42Al0.58N和Ti0.37Al0.63N涂层刀具. 在高速切削(100 m/min)时, Ti0.50Al0.50N涂层刀具有最好的切削性能, 其切削距离比无涂层刀具提高4倍多. 这主要因为Ti0.50Al0.50N涂层表面致密、硬度高, 在钛合金切削时形成的切屑瘤致密而整齐.

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5. CeO2对超音速火焰喷涂WC-12Co涂层腐蚀行为的影响*
岑升波,陈辉,刘艳,马元明,吴影
金属学报    2016, 52 (11): 1441-1448.   doi:10.11900/0412.1961.2016.00031
录用日期: 2016-08-18

摘要41)   HTML0)    PDF (1596KB)(431)   

采用超音速火焰喷涂在Q345基体上制备了微米WC-12Co, 纳米改性WC-12Co和CeO2改性WC-12Co涂层, 利用SEM, XRD和显微硬度计等手段观察表征了涂层的微观组织、相成分和显微硬度, 通过LSCM, SEM, 极化实验和浸泡腐蚀实验等方法研究分析了涂层在1 mol/L H2SO4溶液中的腐蚀行为和腐蚀机理. 结果表明: 纳米CeO2的加入可以显著降低涂层的孔隙率, 有效减少局部腐蚀的发生; 同时添加纳米CeO2可以使涂层电极电位发生正移, 降低腐蚀电流密度, 生成稳定的钝化膜, 降低涂层的维钝电流密度, 提高涂层的耐腐蚀性能; 纳米CeO2改性WC-12Co涂层的腐蚀机制为由孔隙诱发的局部腐蚀, 孔隙处的Co黏结相不断被腐蚀导致WC颗粒失去了支撑作用而脱落, 从而露出新的Co黏结相, 促进了涂层的腐蚀, 使孔隙不断扩大形成腐蚀坑. 而微米WC-12Co涂层和纳米改性WC-12Co涂层不仅最外层的Co黏结相被腐蚀, 而且在孔隙处也发生了严重的局部腐蚀.

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6. 宽固溶区过渡金属氮化物MNx (M=Ti, Zr, Hf)硬质薄膜原子尺度强化机制研究*
韩克昌,刘一奇,林国强,董闯,邰凯平,姜辛
金属学报    2016, 52 (12): 1601-1609.   doi:10.11900/0412.1961.2016.00078
摘要30)   HTML2)    PDF (1966KB)(728)   

采用增强磁过滤电弧离子镀技术在单晶Si基片上制备了3组不同过渡金属的氮化物薄膜MNx (M=Ti, Zr, Hf). 利用FESEM, GIXRD, XPS, Nano Indenter等方法对MNx薄膜的形貌、厚度、相结构、成分、元素的化学态、残余应力、弹性模量和硬度等进行了表征. 结果表明, 3组MNx薄膜均在较宽的成分范围内表现为fcc单相结构, 并且同组薄膜间的择优取向、厚度、晶粒尺寸和残余应力等均基本保持一致; 特别是3组薄膜的硬度和弹性模量均随N成分x的变化而变化, 并且都在x=0.82附近出现性能峰值. 分析表明, MNx薄膜与成分相关的性能增强, 其决定性因素不在于介观尺度的晶粒细化、择优取向及内应力等, 而是取决于原子尺度的化学键合及电子结构等因素.

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7. N掺杂对V-Al-C涂层微观结构、力学及摩擦性能的影响
王鑫,王振玉,冯再新,柯培玲,汪爱英
金属学报    2017, 53 (6): 709-718.   doi:10.11900/0412.1961.2016.00523
录用日期: 2017-02-27

摘要53)   HTML3)    PDF (8662KB)(913)   

采用磁控溅射技术在Si片(100)和高速钢上制备V-Al-C和V-Al-C-N涂层,利用XRD、XPS、SEM、纳米压痕仪和摩擦磨损试验机对比分析了涂层的相结构、化学组成、表面形貌、断面结构、力学性能以及不同介质中(大气、去离子水和海水)涂层的摩擦学性能。结果表明,V-Al-C涂层呈柱状晶结构生长,晶粒粗大;N的引入阻碍V-Al-C涂层的柱状晶结构生长,结构致密化,晶粒尺寸减小,形成非晶碳包裹纳米晶的纳米复合结构,使硬度从(14±0.48) GPa增加到(24.5±0.8) GPa,韧性得到大幅提高(H/E>0.1)。大气干摩擦条件下,V-Al-C涂层摩擦系数为0.70,引入N后摩擦系数降为0.42,这主要是由于在摩擦过程中V-Al-C-N涂层生成了具有润滑效果的V2O5,在非晶碳与V2O5耦合润滑作用下,涂层摩擦系数降低了40%;对于同一涂层,在去离子水和海水环境下的摩擦系数较大气干摩擦条件下降低,主要原因为:前者吸附的水分子可形成边界润滑作用。海水环境摩擦时,海水中Mg2+、Ca2+生成Mg(OH)2、CaCO3,均可提供进一步润滑效果,摩擦系数最低。3种环境摩擦过程中,30 min后V-Al-C涂层均因严重的磨粒磨损致磨穿而失效,且在腐蚀和磨损的协同作用下,海水环境中的磨损率最高。使用N掺杂制备的V-Al-C-N涂层均显示出良好的抗磨损性能,在干摩擦时磨损率为3.0×10-16 m3/(Nm),在海水中为1.4×10-15 m3/(Nm)。

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8. 镍基合金表面Pt改性铝化物涂层的初期Al2O3微观结构分析
宋鹏, 陈榕, 冯晶, 吕建国, 陆建生
金属学报    2017, 53 (11): 1504-1510.   doi:10.11900/0412.1961.2017.00093
录用日期: 2017-08-16

摘要46)   HTML0)    PDF (4344KB)(436)   

对CMSX-4合金表面Pt改性铝化物(NiPtAl)高温涂层进行了短期高温氧化实验,研究了NiPtAl在1150 ℃形成表面氧化膜的微观结构。结果表明,氧化1 h后形成的氧化膜包含亚稳态和稳态Al2O3区域,同时部分区域发生氧化膜脱落,并在氧化膜内部观察到空洞和Pt颗粒。分析表明,在涂层初期氧化过程中,NiPtAl涂层表面亚稳态θ-Al2O3向稳态α-Al2O3转变,导致氧化膜中α-Al2O3θ-Al2O3呈区域层状分布,氧化1 h后NiPtAl涂层表面会形成约0.5 μm厚的θ-Al2O3层。随着θ-Al2O3的快速生长,NiPtAl中β-NiAl向γ'-Ni3Al转变,由于Pt在γ'相比β相中溶解度小而发生偏析,从而导致在氧化膜α-Al2O3θ-Al2O3层界面处含有Pt颗粒。另外,初期Al2O3层的快速生长导致氧化膜内部形成空洞,氧化膜的生长和相变导致的内应力和内部空洞等缺陷降低了表面θ-Al2O3层的黏结性能,最终导致氧化层脱落。

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9. Al薄膜对玻璃纤维增强树脂基复合材料电磁性能的影响
陈育秋, 祖亚培, 宫骏, 孙超, 王晨
金属学报    2017, 53 (11): 1511-1520.   doi:10.11900/0412.1961.2017.00178
摘要31)   HTML0)    PDF (2167KB)(340)   

利用高频电磁场计算软件FEKO对Al薄膜与玻璃纤维增强树脂基复合材料的电磁波反射率进行了仿真计算。研究了复合材料介电常数实部εr、电损耗角正切tanδε、磁导率μr及磁损耗角正切tanδμ对反射率的影响,并通过仿真计算与实际测试结果对比,确定了仿真模型中玻璃纤维增强树脂基复合材料的等效电磁参数。研究了Al薄膜与玻璃纤维增强树脂基复合材料结构中Al薄膜厚度对反射率的影响,仿真计算与测试结果表明,Al薄膜厚度对复合材料的反射率影响较大,Al薄膜与玻璃纤维增强树脂基复合材料结构中存在一个最佳电阻值,使该结构谐振反射最小。根据传输线理论,利用MATLAB对谐振最强时对应电阻的大小进行了求解。通过计算不同结构的Al薄膜与玻璃纤维增强树脂基复合材料,得到了仿真模型中Al薄膜与磁控溅射制备Al薄膜的厚度关系。确定了仿真模型中各材料的等效电磁参数,仿真计算结果与测试结果吻合较好。

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10. 多弧离子镀NiCrAlY涂层与搪瓷基复合涂层的抗热震行为对比研究
丰敏, 陈明辉, 余中狄, 吕振波, 朱圣龙, 王福会
金属学报    2017, 53 (12): 1636-1644.   doi:10.11900/0412.1961.2017.00192
录用日期: 2017-10-23

摘要51)   HTML6)    PDF (6461KB)(490)   

以K444镍基高温合金为基体,采用多弧离子镀法制备了NiCrAlY涂层、喷涂-烧结法制备了搪瓷基复合涂层,并对比研究了2种涂层的抗热震性能。热震实验高温段温度为900 ℃。高温段保温1.5 h后经水或空气冷却为一个热震循环。结果表明,NiCrAlY涂层的抗热震性能较差。当冷却介质为水时,水淬热震30 cyc后,涂层表面氧化膜开裂明显,且有个别裂纹已穿透氧化膜,扩展至涂层内部;而搪瓷基复合涂层的抗热震性能非常优异。热震后,涂层表面及内部均未发现裂纹,涂层和基体界面结合良好。经分析,其优良的抗热震性能源于:(1) 搪瓷釉热膨胀系数与高温合金基体匹配度高;(2) 纳米Ni和NiCrAlY金属颗粒的加入进一步增大涂层热膨胀系数的同时,还提高了搪瓷的韧塑性。

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11. 溅射Al对Si3N4润湿性的改善与钎焊
刘葛亮, 马冰洋, 尚海龙, 陈凡, 李荣斌, 李戈扬
金属学报    2017, 53 (12): 1645-1650.   doi:10.11900/0412.1961.2017.00026
录用日期: 2017-05-15

摘要36)   HTML2)    PDF (5227KB)(495)   

采用溅射Al和Al-Ni薄膜作为钎料的方法,研究了溅射Al对Si3N4的润湿作用,实现了铝基薄膜钎料对Si3N4陶瓷的直接钎焊。结果表明,Al直接溅射在Si3N4表面所获得的各钎焊接头钎缝致密饱满,与陶瓷形成无反应过渡层的良好冶金结合,纯Al钎焊接头的剪切强度为106 MPa,Al-1.0%Ni亚共晶钎焊接头的强度提高到148 MPa,Al-3.0%Ni接头的强度因钎缝形成共晶组织而略有降低,为132 MPa,这些接头的剪切断裂均产生于钎缝之中。采用首先溅射Ni薄膜作为底层的Al-1.0%Ni薄膜钎料进行了对比,这种钎料得到的钎焊接头断裂产生于钎缝与陶瓷的界面,强度也仅为81 MPa。这表明,高能量溅射Al粒子直接撞击对Si3N4具有“润湿”作用,使得Al和Al-Ni合金薄膜熔化后即可实现对Si3N4的钎焊。

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12. 微纳米尺度金属导电材料热疲劳研究进展
张广平, 陈红蕾, 罗雪梅, 张滨
金属学报    2018, 54 (3): 357-366.   doi:10.11900/0412.1961.2017.00371
录用日期: 2017-12-22

摘要28)   HTML10)    PDF (3600KB)(694)   

世界已逐渐进入以物联网和智能制造为主导的工业4.0时代,特别是人工智能和大数据处理的强烈需求,微纳米尺度器件的研发制造及广泛使用的日趋活跃使得小尺度材料得到广泛关注。由于这些材料的几何尺度和微观结构尺度的约束效应,其热疲劳损伤行为与块体材料不同。同时,材料尺度由微米向纳米量级的转变也会引起损伤机制的转变,使材料表现出不同的损伤形式,产生显著的尺寸效应。本文综述了近年来国内外开展的有关金属薄膜/线的热疲劳实验方法、热疲劳损伤行为及演化和热疲劳影响因素的研究进展,探讨了微纳米尺度金属材料热疲劳的微观机制和尺寸效应,并对这一领域的研究前景进行展望。

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13. 纳米晶Ta2N涂层在模拟人体环境中的耐蚀性能研究
徐江, 鲍习科, 蒋书运
金属学报    2018, 54 (3): 443-456.   doi:10.11900/0412.1961.2017.00246
录用日期: 2017-12-19

摘要32)   HTML4)    PDF (6418KB)(336)   

为了改善植入钛合金材料在人体环境中耐蚀性能,采用双阴极等离子反应溅射沉积方法,在医用Ti-6Al-4V钛合金表面制备了厚度为40 μm、平均晶粒尺寸为12.8 nm的Ta2N纳米晶涂层。采用纳米压入仪、Vikers压痕仪和划痕仪考察了Ta2N纳米晶涂层的硬度、弹性模量、韧性以及涂层与基体间的结合力。结果表明,Ta2N涂层的硬度和弹性模量分别为(32.1±1.6) GPa和(294.8±4.2) GPa,涂层与基体的结合力为56 N;在压入载荷为0.49~9.8 N下,Vikers压痕表面以及横断面均未观察到微裂纹,反映其具有较高的压痕韧性。采用动电位极化、电化学阻抗谱、恒电位极化和电容测量(Mott-Schottky)等多种电化学表征技术,对Ta2N涂层在Ringer's生理溶液中的电化学腐蚀行为进行了深入研究,并从钝化膜组成、致密性和半导体特性3个方面探讨了涂层的腐蚀防护机理。结果表明,在Ringer's生理溶液中,Ta2N涂层表面形成的钝化膜更加致密,其腐蚀抗力明显优于Ti-6Al-4V合金。XPS分析结果表明,在较低的极化电位下,Ta2N涂层的钝化膜主要由TaOxNy构成,随着外加极化电位的升高,其进一步氧化形成Ta2O5;电容测试结果表明,Ta2N涂层表面所生成的钝化膜具有n型半导体特征,其施主浓度和载流子扩散系数明显低于Ti-6Al-4V 合金表面生成的钝化膜。

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14. 各向异性稀土永磁薄膜的磁黏滞性
孙亚超, 朱明刚, 韩瑞, 石晓宁, 俞能君, 宋利伟, 李卫
金属学报    2018, 54 (3): 457-462.   doi:10.11900/0412.1961.2017.00211
录用日期: 2017-09-13

摘要44)   HTML7)    PDF (1056KB)(424)   

利用直流磁控溅射技术在Si基底上制备了NdFeB、CeFeB和NdFeB/CeFeB薄膜。XRD和磁滞回线结果表明,所制备的薄膜样品均具有良好的c轴取向,其中NdFeB单层薄膜垂直于薄膜表面方向的室温矫顽力Hc达到1377.4 kA/m。研究了3种不同薄膜样品的磁黏滞系数S随温度(5~300 K) 的变化趋势,发现在低温(5 K)条件下,3种薄膜的S值非常接近,且都小于1,这是由于低温时薄膜晶格内的热起伏已经不足以使畴壁跃过位垒达到能量更小的位置。通过研究温度和外场对3种薄膜磁黏滞性的影响,发现NdFeB/CeFeB薄膜的磁黏滞系数更接近于CeFeB单层薄膜,且远小于NdFeB薄膜,说明通过双硬磁复合能够有效降低薄膜磁化强度对时间的依赖性,提高其时间稳定性。

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15. 定向凝固镍基高温合金DZ466表面CoAl涂层的氧化及组织演变
任维鹏, 李青, 黄强, 肖程波, 何利民
金属学报    2018, 54 (4): 566-574.   doi:10.11900/0412.1961.2017.00240
录用日期: 2017-12-14

摘要39)   HTML7)    PDF (4959KB)(521)   

采用低压化学气相沉积法(LP-CVD)在定向凝固镍基高温合金DZ466表面制备CoAl涂层,通过900 ℃下约5000 h恒温热暴露实验,研究了DZ466合金及其表面CoAl涂层的高温氧化行为和内部组织演变。结果表明,由于CoAl涂层Al含量较高,促进了表面Al2O3的形成,改善了DZ466合金900 ℃抗氧化性能。揭示了热暴露过程中CoAl涂层基体相及析出相的演变规律,涂层的基体相由β-NiAl/CoAl相逐渐转化为γ'-Ni3Al相,涂层与基体合金间的元素互扩散促使基体相转变优先在靠近基体合金侧进行。热暴露后,CoAl涂层中间层中析出α-Cr相,α-Cr相倾向于在碳化物附近形核并依附于碳化物生长。涂层内层中有针状TCP相(μ相)析出,μ相的整齐排列形态与γ/γ'的立方化组织密切相关。涂层内部组织演变存在遗传效应。

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16. 一种Zr改性双相PtAl2+(Ni, Pt)Al涂层的制备及热腐蚀行为研究
蒋成洋, 阳颖飞, 张正义, 鲍泽斌, 朱圣龙, 王福会
金属学报    2018, 54 (4): 581-590.   doi:10.11900/0412.1961.2017.00376
录用日期: 2018-01-29

摘要57)   HTML8)    PDF (7127KB)(359)   

在镍基单晶高温合金上采用复合电镀的方法沉积Pt-Zr复合镀层,随后通过气相渗铝的方法,获得Zr改性的PtAl2+(Ni, Pt)Al双相涂层,该涂层分为3层:外层由PtAl2颗粒弥散分布在β-(Ni, Pt)Al中的双相区组成,中间层为β-(Ni, Pt)Al及少量Cr的析出物,内层为互扩散区(IDZ)。其中,Zr元素主要固溶在外层双相区以及中间层β-(Ni, Pt)Al中。分别对Zr改性和普通PtAl2+(Ni, Pt)Al双相涂层在850 ℃下Na2SO4/NaCl (75:25,质量比)混合盐中进行热腐蚀实验,结果表明,因Zr元素具有固定S和Cl的作用,可降低S和Cl在热腐蚀过程中的破坏性,故Zr改性PtAl2+(Ni, Pt)Al双相涂层比普通PtAl2+(Ni, Pt)Al双相涂层具有更好的抗热腐蚀性能。经过低真空预氧化处理后,普通PtAl2+(Ni, Pt)Al双相涂层表面生成的Al2O3膜较薄,在后续热腐蚀过程中并不能有效抵挡混合盐的持续入侵,涂层长期抗热腐蚀性能与原始状态PtAl2+(Ni, Pt)Al涂层样品接近。

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17. 双脉冲磁控溅射峰值靶电流密度对TiN薄膜结构与力学性能的影响
时惠英, 杨超, 蒋百灵, 黄蓓, 王迪
金属学报    2018, 54 (6): 927-934.   doi:10.11900/0412.1961.2017.00406
录用日期: 2018-04-09

摘要41)   HTML4)    PDF (5907KB)(417)   

自主研发了双脉冲磁控溅射技术,提出在一个脉冲周期内电流呈阶梯式上升的双脉冲电场设计理念,通过对2个脉冲阶段持续时间和峰值靶电流密度的调配,既满足提高镀料粒子动能与离化率以制备高性能薄膜的工艺要求,又达到增加脉冲持续时间以提高薄膜沉积速率的效能目标。采用双脉冲磁控溅射技术,在后期脉冲阶段的不同峰值靶电流密度下制备4组TiN薄膜,研究了峰值靶电流密度对薄膜微观结构和力学性能的影响。结果表明,将峰值靶电流密度提高至0.87 A/cm2时,所制备的TiN薄膜呈现出颗粒细小且致密的组织,平均晶粒尺寸为17 nm。同时,薄膜的显微硬度和膜基结合力可分别达29.5 GPa和30.0 N。

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18. 厚度对Bi薄膜表面特性和电学性质的影响
董彩虹, 刘永利, 祁阳
金属学报    2018, 54 (6): 935-942.   doi:10.11900/0412.1961.2017.00422
录用日期: 2018-02-01

摘要43)   HTML2)    PDF (2586KB)(452)   

基于第一性原理计算方法研究了厚度对(00l)和(012)取向Bi薄膜稳定性、相变及导电性的影响。计算结果表明,随着厚度的增加,(00l)取向Bi薄膜稳定性增强,且薄膜偶数层稳定性优于奇数层;(012)取向Bi薄膜稳定性随着厚度的增加而降低,且在层数为4时,表面能与偶数层(00Ɩ)取向的薄膜相当,预示二者在该厚度时较易发生相变,分析认为与薄膜加厚过程中表面态的影响有关。随着厚度的增加,(00Ɩ)和(012)取向的Bi薄膜表现出从半导体转变为金属的特性。

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19. 基于溶胶-凝胶法的YAlO3/Ti2AlC复合涂层在干燥与热分解过程中的开裂行为研究
范超, 贾清, 崔玉友, 杨锐
金属学报    2018, 54 (7): 991-998.   doi:10.11900/0412.1961.2017.00325
录用日期: 2017-12-01

摘要38)   HTML1)    PDF (6060KB)(339)   

采用高温金相显微镜(HTOM)等原位观察和分析手段研究了溶胶-凝胶法制备YAlO3/Ti2AlC复合陶瓷涂层过程中干燥与热分解阶段的开裂行为。研究发现,涂层中的开裂现象发生于凝胶体系热分解阶段,是凝胶分子链的断裂导致体系所能承受的最大应力不足以抵抗涂层内逐渐积聚的应力,从而发生了涂层的开裂以及后续升温过程中裂纹的扩展现象。涂层的开裂最初往往发生在较厚的位置,因为在这些位置涂层内的应力集中更为严重。较快速升温可以使涂层表面的应力分布被局限在较小范围内,从而实现减小裂纹尺寸达到改善涂层表面质量的目的,升温速率为5 ℃/min时YAlO3/Ti2AlC复合陶瓷涂层的表面质量最佳。

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20. Ti6Al4V表面生物功能纯Mg薄膜制备及性能研究
于晓明, 谭丽丽, 刘宗元, 杨柯, 朱忠林, 李扬德
金属学报    2018, 54 (6): 943-949.   doi:10.11900/0412.1961.2017.00285
录用日期: 2017-11-09

摘要38)   HTML3)    PDF (4451KB)(434)   

利用多弧离子镀技术在Ti6Al4V表面沉积纯Mg薄膜,研究了工作气压对纯Mg薄膜表面质量及性能的影响,研究了纯Mg薄膜的体外降解等性能、抗菌性及生物安全性能。结果表明:多弧离子镀方法可将纯Mg薄膜制备于钛合金表面,薄膜颗粒均匀致密,未见明显缺陷。体外浸泡实验结果表明:由于Ti6Al4V与Mg发生电偶腐蚀而使Mg薄膜迅速降解,1周时间内薄膜基本降解完毕。抗菌实验结果表明:纯Mg薄膜样品对金黄色葡萄球菌具有强烈的杀灭作用,表现出良好的抗细菌感染功能。细胞毒性实验结果表明:纯Mg薄膜可促进骨髓间充质干细胞(rBMSCs)的增殖。

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