一种长寿命热障涂层——LaMgAl11O19/YSZ双陶瓷层介绍

本文通过固相反应合成LaMgAl11O19热障涂层新材料,用喷雾干燥的方法制备粉末,用等离子喷涂方法制备LaMgAl11O19/YSZ双陶瓷层热障涂层,通过热循环实验测试了涂层的热循环性能,并分析了涂层失效机理。研究结果表明LaMgAl11O19/YSZ双陶瓷层热循环寿命比8YSZ的热循环寿命长得多,是一种非常有应用前景的热障涂层新材料。     

等离子喷涂Al2O3-TiO2系涂层的相组成定量分析

采用大气等离子喷涂制备了TiO2质量百分比分别为0%、3%、13%、20%、40%5种Al2O3-TiO2系涂层.利用Rietveld法以及添加标样的办法对喷涂前后的材料物相进行了定量分析,探讨了材料的相变过程.经喷涂,大部分α-Al2O3转变为亚稳相γ-Al2O3,喷涂粉末中存在的TiAl2O5保留在涂层中,有四种涂层中还形成了非晶相.涂层中的非晶相的含量先随着TiO2增加而增加,在TiO2的质量百分比为13%时最多,而后下降.这个趋势是喷涂粉末中Al2O3含量以及喷涂过程中材料的冷却速率共同作用的结果.     

孔隙结构对大气等离子喷涂热障涂层抗侵蚀性能影响的数值研究

为探索涂层内部缺陷结构对大气等离子喷涂热障涂层(APS-TBCs)抗冲蚀的影响,建立了含有大量随机分布圆形孔隙的大气等离子热障涂层模型。基于显式动力学算法并结合脆性断裂准则,模拟了粒子冲击作用下陶瓷层内裂纹扩展、冲蚀破碎等失效现象,获取了陶瓷层内孔隙半径(0.1～5μm)、孔隙率(0～20%)等关键参数与冲蚀质量之间的内在关系。仿真结果表明,圆形孔隙结构会使热障涂层冲蚀性能发生改变;对于某特定孔隙率存在最优孔隙半径,使其抗冲蚀性优于无孔隙结构的热障涂层;对于某特定孔隙半径,随着孔隙率的增加涂层冲蚀质量逐渐趋于稳定。此项研究可为预测涂层服役寿命、改进等离子喷涂制备工艺、提高其抗冲蚀能力提供一定的参考。     

QT500表面化学镀镍磷层对8YSZ热障涂层抗热震性能的影响

在金属基体表面制备陶瓷涂层作为高温保护热障涂层(TBCs)可获得很好的效果,但会出现因基体金属的过度氧化而造成涂层失效的现象.在QT500基体上采用化学镀方法制备Ni-P合金镀层,并在有镀层与无镀层基体上依次采用超音速火焰喷涂(HVOF)制备Ni Co Cr Al Y黏结层和等离子喷涂(APS)制备Zr O_2-8%Y_2O_3(8YSZ)陶瓷层.采用热循环方法评定不同结构热障涂层的抗热震性能,并探讨其热震失效机理.结果表明:镍磷(Ni-P)镀层可显著提高热障涂层的抗热震性能;无Ni-P镀层试样热震失效形式为大面积整体剥落,含Ni-P镀层高温涂层热震失效形式为边角局部剥落;Ni-P镀层抑制了基体金属与黏结层之间元素的互扩散行为.     

C/C基体上ZrB2/SiC复合涂层的抗烧蚀性增强方法

研究高压热流场景下，在碳/碳(C/C)基体表面Zr B2/Si C复合涂层的抗烧蚀性增强方法.在等离子体喷涂Zr B2/Si C复合涂层表面，采用CH3Si Cl3–H2–Ar系统，化学气相沉积(CVD)–Si C密封层.对Zr B2/Si C涂层与CVD–Si C密封层的结构演化、烧蚀性能与烧蚀机理进行了研究.结果表明：CVD–Si C密封层增强的Zr B2/Si C复合涂层经过两个600 s循环烧蚀后，仍然具备抗烧蚀性能，表面CVD–Si C由β相向α相转化.CVD–Si C密封层填充了等离子喷涂Zr B2/Si C复合涂层的空隙，限制了氧沿着涂层裂纹和孔洞向C/C基体扩散，进而提高了抗烧蚀性.     

Ga2O3掺杂的(K0.44Na0.5Li0.06)(Nb0.89Ta0.05Sb0.06)O3无铅压电陶瓷的微观结构与性能研究

采用传统陶瓷烧结工艺制备了(K0.44Na0.5Li0.06)(Nb0.89Ta0.05Sb0.06)O3+x(质量分数)Ga2O3无铅压电陶瓷,研究了掺杂不同Ga2O3含量对(K0.44Na0.5Li0.06)(Nb0.89Ta0.05Sb0.06)O3陶瓷的晶相、微观结构和电学性能的影响.研究结果表明:x在0～2变化范围内,陶瓷为单一四方相的钙钛矿结构,具有良好的铁电性能;随着体系中Ga2O3含量的增加,陶瓷的最佳烧结温度逐渐降低;Ga2O3的掺杂导致陶瓷晶粒变小,陶瓷的铁电四方相-顺电立方相的转变温度即居里温度TC有少许上升,但陶瓷的压电性能明显劣化.     

g-C3N4/溶胶–凝胶纳米复合材料在AM60B镁合金上的应用及性能研究

含有羟基化g-C₃N₄纳米板的溶胶–凝胶涂层常被用来增强AM60B镁合金的抗腐蚀性能。通过X射线光电子能谱（XPS）分析了羟基化的g-C₃N₄纳米板的化学组成,发现羟基化过程对g-C₃N₄纳米板的晶体尺寸、比表面积、孔体积、平均孔径和热稳定性不产生影响。在加入原始和羟基化的g-C₃N₄纳米板后,获得了致密的溶胶–凝胶涂层。透射电子显微镜（TEM）表明改性的g-C₃N₄在涂层中均匀分布,并且加入改性纳米板后,由于聚集趋势降低,涂层的平均粗糙度也降低。进一步模拟酸雨中的电化学阻抗谱（EIS）检测表明,由于涂层与纳米板之间的化学键合,添加改性g-C₃N₄后,溶胶–凝胶膜的防腐性能得到显著改善。     

等离子喷涂铁基非晶/晶体复合涂层的工艺–结构–性能关系

本研究试图通过优化等离子喷涂参数来开发一种Fe基非晶/晶体涂层,该涂层主要成分来自一种贫乏的铁基合金（Fe_92.6C_3.5P_1.4Si₂Mn_0.5）。这种合金是钢铁厂高炉产出的生铁剩余废料。为了经济有效地重新利用这种残留物,这种合金在合成时对成分进行了最少的修改。同时,本研究还探讨了涂层的结构、机械、腐蚀和磨损性能对喷涂参数（等离子功率、主气体流速、送粉速度和间隔距离）的依赖性。X射线衍射表明,在最优的喷涂参数下沉积的涂层存在无定形/晶体相。在较低等离子功率和最高气体流速下沉积的涂层表现出更好的密度、硬度和耐磨性。所有涂层都表现出良好的耐腐蚀性（腐蚀环境:3.5wt% NaCl 溶液）。机械、磨损和摩擦学研究表明,单一的工艺参数优化无法提供良好的涂层性能;相反,所有工艺参数在优化涂层性能都具有独一无二的作用,它们主要通过控制飞行中的颗粒温度和速度分布,以及熔滴撞击基材之前的冷却模式来控制涂层性能。     

强流脉冲电子束轰击粘结层表面微观形貌的研究

针对传统热障涂层在服役温度下容易失效的特点,采用大气等离子喷涂技术在镍基高温合金GH4169上制备CoCrAlY粘结层,并利用电子束蒸发镀膜技术在粘结层表面沉积一层纯铝薄膜,最后使用强流脉冲电子束对镀铝膜的粘结层表面进行轰击,制备了新型热障涂层.研究了新型热障涂层CoCrAlY粘结层表面改性后的微观结构.实验结果表明:CoCrAlY粘结层表面蒸镀Al膜并经强流脉冲电子束轰击后产生了Al相和Al_2O_3相,Co基氧化物消失;粘结层表面变得较为致密、均匀,粗糙度明显增大且分布着大量纳米尺寸的富氧化铝细泡,这些气泡可以有效提高热障涂层抗氧化性能.     

Zr含量对Ti/Sn–Ru–Co–ZrOx电极电化学性能的影响

在MnCl₂体系中电解锰具有槽电压低、可有效降低能耗、锰产品品质优良等优点，逐渐成为研究热点。然而阳极在氯离子体系中稳定性差、易失效是其面临的主要问题。本文通过热分解氧化法制备了梯度Zr元素改性的Ti/Sn–Ru–Co–Zr新型阳极。通过SEM（扫描电子显微镜）获取了涂层阳极的形貌特征。基于涂层的电化学性能测试及XRD（X射线衍射）测试研究并分析了Zr元素对电极性能的影响。当Sn–Ru–Co–Zr的摩尔比为6:1:0.8:0.3时，由于ZrO₂纳米粒子的良好填充效果，涂层表面的裂纹最小，整体致密性最好。此外，通过此条件制备的电极在1mol% NH₄Cl 和 1.5mol% HCl 溶液体系中具有最低的传质阻力和较高的析氯活性。通过加速寿命测试并根据经验公式计算可得，该电极的使用寿命可达3102 h，较无Zr电极提高11.87%。     

1623 K时SiO2饱和的MnO–SiO2渣和Al2O3饱和的MnO–SiO2–Al2O3渣中NiO的活度系数

MnO–SiO₂二元系作为废旧锂离子电池、海洋锰结核还原熔炼过程中的基础渣型,测定有价金属（如镍）在渣中的溶解度、活度及活度系数热力学数据十分必要。为此,本文测定了温度1623 K、氧分压10?7,10?6,和10?5 Pa时SiO₂饱和的MnO–SiO₂渣和Al₂O₃饱和的MnO–SiO₂–Al₂O₃渣中NiO的溶解度和活度系数。结果表明:在试验条件下,镍在MnO–SiO₂渣和MnO–SiO₂–Al₂O₃渣中主要以NiO形式存在,且渣中NiO的溶解度随着氧分压增加而增加;向MnO–SiO₂渣中加入Al₂O₃可以降低渣中镍的溶解度,增加NiO的活度系数。此外,SiO₂饱和的MnO–SiO₂渣和Al₂O₃饱和的MnO–SiO₂–Al₂O₃渣中NiO的活度系数（γ_NiO,以纯固体NiO为参考态）可分别按如下公式计算:γ_NiO = 8.58w(NiO) + 3.18; γ_NiO=11.06w(NiO) + 4.07, 其中,w(NiO)为渣中NiO的质量分数。     

ZrO2+CeO2涂层显微组织和抗热震性能

为了改善等离子喷涂ZrO2涂层的抗热震性能,利用热震试验、SEM和EPMA等技术,研究了CeO2添加剂对其显微组织和抗热震性能的影响.研究结果表明当CeO2添加剂的质量分数小于9.0%时,涂层的抗热震性能随CeO2添加剂质量分数的增加而提高,当CeO2质量分数大于9.0%时,涂层的抗热震性能随其质量分数的增加而降低;ZrO2涂层的抗热震次数为46次,而ZrO2+9.0%CeO2涂层的抗热震次数为105次;ZrO2+9.0%CeO2涂层在热循环中形成网状微裂纹,不仅可以降低涂层中的应力,而且可以提高涂层开裂的临界温差,从而改善其抗热震性能.     

采用超晶格结构实现C过量掺杂Ge2Sb2Te5材料的相变性能研究

研究了C过量掺杂Ge₂Sb₂Te₅^GST相变材料的相变特性与微观结构,制备了一系列包含周期性2nmC薄膜与GST薄膜的超晶格结构复合相变薄膜材料.研究发现,相变材料的相变性能与GST的厚度有较强的依赖关系,反映出C掺杂比例对GST相变性能的影响.随着GST厚度的逐渐降低,高温下C的自发扩散导致GST的掺杂效应逐渐增强,超晶格体系的非晶—晶态相变逐渐被抑制.在此结构中,过量的C掺杂导致体系越来越难以发生相变,甚至失去相变特性.同时,由于C-Ge、_C-Sb和C-Te键不稳定,多次可逆的非晶—晶态转变后体系将同时出现未掺杂的GST成分与C掺杂的GST的成分,因此有可能出现稳定的三相.最后,制备了基于[GST(8nm)/C(2nm)]₅相变薄膜的相变存储器件,器件的测试结果证实体系能够出现稳定的三电阻态.</sup>     

钛基体Ti4O7阳极在高盐体系下的电催化降解性能

针对高盐废水成分复杂、可生化性差等处理难题，采用等离子喷涂技术制备一种新型钛基体亚氧化钛电极——Ti₄O₇电极，对该电极性能进行全面评价，解释电极的失效机理，并将其应用于高盐体系下的有机物电催化降解过程，考察不同因素对降解效果的影响。结果表明：Ti₄O₇电极具备丰富的孔洞结构、较高的析氧过电位、优异的导电性能和良好的稳定性。高盐体系下，电流密度的提高会促进酸性红G染料降解，但单位能耗会显著增加；含盐量和pH值对降解效果的影响甚微，这也得益于亚氧化钛材料电极的稳定性能；在电流密度为15 mA/cm²、含盐量为1%、初始pH值为8.5时，降解效果最佳，120 min内脱色率为99.91%,化学需氧量(COD)去除率为71.88%。Ti₄O₇电极在高盐废水的电化学处理领域有良好的应用前景。     

喷涂条件与热处理对La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(3-δ)涂层含氧量的影响

采用火焰喷涂与等离子喷涂方法制备了La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(3-δ)层,并在1000℃热处理3 h,用碘滴定法测定了涂层热处理前、后的含氧量,研究了喷涂方法、制备条件及热处理对该阴极涂层含氧量的影响.结果表明:受喷涂过程中高温加热过程的影响,原始涂层存在大量的氧空位,含氧量较低;等离子喷涂层的氧损失量显著高于火焰喷涂层.经热处理后,缺失的氧得到一定程度的回复,涂层含氧量增加.较高的氧空位浓度使喷涂态La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(3-δ)层发生晶格畸变,从而使其发生从钙钛矿结构的立方晶向四方晶的转变,而热处理引起的氧回复则可使结构回复至立方晶.     

利用异丁基碘化铵表面钝化法提高Cs0.1(CH3NH3)0.9PbI3钙钛矿太阳能电池的效率

本文通过使用异丁基碘化铵 (IBA)对Cs_0.1(CH₃NH₃)_0.9PbI₃ 薄膜进行表面钝化来提高Cs_0.1(CH₃NH₃)_0.9PbI₃太阳能电池器件的效率。首先采用 FTO/SnO₂/Cs_0.1(CH₃NH₃)_0.9PbI₃（FTO，即氟掺杂氧化锡）和 IBA/Spiro-OMeTAD/Ag制备了n–i–p 结构的钙钛矿太阳能电池器件。然后，系统地研究了不同重量的 IBA 钝化对 Cs 掺杂钙钛矿太阳能电池 (PSC) 的影响，并与未钝化的器件进行了比较。研究发现，使用 5-mg IBA 钝化器件的功率转换效率 (PCE)为15.49%，高于非 IBA 钝化器件的12.64% 。同时，与 Cs 掺杂器件相比， 5-mg IBA 钝化器件的光伏参数明显得到改善。此外，晶体结构中PbI₂相的减少、较低的电荷复合率、较低的电荷转移电阻和改善的钙钛矿薄膜接触角等结果进一步证实了IBA钝化器件具备更好性能。因此，对Cs_0.1(CH₃NH₃)_0.9PbI₃进行 IBA 钝化是提高 Cs 掺杂钙钛矿太阳能电池效率的有前景的技术。     

Ni3Ta合金的微观组织结构和相变特性

采用光学显微镜、背散射电子图像、X射线衍射、电子探针、差示扫描量热法和透射电子显微镜研究了Ni2Ta合金的微观组织结构和相变特性.结果表明:Ni2Ta合金在经过1 200 C保温4h的热处理后,主要由大量Ni2Ta相和少量Ni2Ta析出相组成,其中Ni2Ta相有单斜和四方两种结构.单斜Ni2Ta相为典型的细小板条状马氏体形状,其板条宽度为0.1～0.3μm,且存在以(001)晶面为孪品面的典型孪品结构.Ni3Ta合金在升温和降温过程中存在单斜Ni2Ta相和四方Ni3Ta相的可逆相变,相变开始温度分别约为310和245℃.另外,在升温过程中还存在单斜Ni3Ta相向正交Ni3Ta相的转变,其相变开始温度约为310℃,但降温过程中并不存在由正交Ni3Ta相到单斜Ni3Ta相的逆转变.     

NaLa（MoO4）2荧光粉的可控制备及多色可调发光性能

四方晶系的钼酸盐是有效的自激活发光材料,但常用的制备方法高温固相法会造成产物团聚不均匀等缺点.通过一步水热法制备具有良好结晶性且形貌均一的NaLa（MoO₄）₂荧光粉.详细探讨前驱体溶液的酸碱度对晶体结构和形貌的影响.研究表明当pH>3.5后产品均为纯的四方晶相,且在pH=5.5时呈均匀球状.通过调节NaLa（MoO₄）₂中Tb³⁺/Eu³⁺离子的掺杂浓度,可以获得绿、黄绿、黄和红橙等多种不同颜色的光.能量传递过程主要表现为电偶极-四极相互作用.变温荧光测试数据显示铕铽共掺的NaLa（MoO₄）₂具有很好的温度稳定性.以上结果表明,此荧光粉有望成为具有优异性能的多色可调荧光材料.     

微/纳多级结构TiO_2涂层的制备及生物学性能

表面形貌是影响骨植入体稳定性的重要因素,仿生微/纳多级结构表面能加快早期细胞响应,加速植入体与骨组织间的整合,并改善其长期稳定性.以锐钛矿相二氧化钛悬浮液为喂料,采用液相感应等离子喷涂(induction suspension plasma spraying,ISPS)技术制备微/纳多级结构Ti02涂层,并对其细胞相容性进行了研究.扫描透射电子显微镜(scanning transmission electron microscopy,SEM)观察结果表明,通过对进料速率的调控,可制备典型微/纳多级结构的Ti02涂层,气孔率随进料速率的增大而增大.X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)结果表明,涂层以金红石相为主,并含少量锐钛矿相,金红石相含量随进料速率的增大而降低,这可能与等离子体喷涂的高温过程有关,锐钛矿相二氧化钛在此过程中发生相变,产生了更为稳定的金红石相.通过体外细胞相容性检测发现,ISPS制备的微/纳多级结构TiO_2涂层具有较高的蛋白吸附水平,成骨细胞在其表面能较好铺展,碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)活性、矿化等基因表达均高于大气等离子喷涂涂层和光滑钛表面.     

CaO–SiO2–Al2O3–4.6wt%MgO–Fe2O3废汽车催化剂熔炼渣系的冶金特性研究

本文系统地研究了废汽车催化剂（SAC）与含铜电镀污泥（CBES）协同熔炼过程中形成的CaO?SiO₂?Al₂O₃?4.6wt%MgO?Fe₂O₃五元渣系的冶金特性。通过傅立叶变换红外吸收光谱、拉曼光谱、FactSage热力学计算和粘度测试研究了该渣系的熔渣结构、熔化温度和粘度特性。实验结果表明,Fe₂O₃含量（3.8wt%?16.6wt%）、CaO/SiO₂质量比（0.5?1.3）和SiO₂/Al₂O₃质量比（1.0?5.0）的提高可以促进硅酸盐网络的解聚,同时以四面体和八面体单元形式存在的大量Fe₂O₃确保了Al3+离子的电荷补偿,使得Al₂O₃仅表现为酸性氧化物。热力学计算和粘度测试结果表明,随着Fe₂O₃含量、CaO/SiO₂比和SiO₂/Al₂O₃比的增加,熔渣中发生硅酸盐网络结构解聚和低熔点相变,促进了熔点和粘度的降低;而进一步增加会导致新的高熔点物相形成,反而导致粘度和熔点回升。根据实验分析,优选的低聚合度、粘度和熔点炉渣组成为:Fe₂O₃含量为10.2wt%?13.4wt%,CaO/SiO₂比为0.7?0.9和SiO₂/Al₂O₃比为3.0?4.0。本研究为SAC和CBES协同熔炼过程中的炉渣设计提供了理论支持。