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石墨表面双辉等离子Ta/TaC涂层抗热震性能研究

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材料导报 2023年

作者：王彦杨凯吕绪明党博魏东博张平则南京航空航天大学材料科学与技术学院粒子输运与富集技术国防科技重点实验室核工业理化工程研究院

为了改善石墨电极表面涂层与基体间因力学性能及热膨胀系数差异而导致的热失配问题，本文采用双层辉光等离子表面渗金属技术在石墨表面分别制备了Ta、TaC涂层和Ta/TaC复合涂层。XRD结果表明Ta涂层表面物相主要由Ta、Ta4C3和Ta2C构成，Ta... 详细信息

为了改善石墨电极表面涂层与基体间因力学性能及热膨胀系数差异而导致的热失配问题，本文采用双层辉光等离子表面渗金属技术在石墨表面分别制备了Ta、TaC涂层和Ta/TaC复合涂层。XRD结果表明Ta涂层表面物相主要由Ta、Ta4C3和Ta2C构成，TaC和Ta/TaC涂层表面为纯TaC相。SEM结果表明所有涂层均由涂层—基体互扩散层和表面沉积层组成且内部均匀致密。相较于TaC物相，Ta单质更容易扩散进入石墨基体；相同条件下TaC涂层在Ta涂层上生长速率更快。力学性能测试结果表明Ta涂层作为TaC涂层和石墨之间的过渡层，因其良好的物理缓冲作用能够有效提高TaC涂层与基体的结合强度和显微硬度。热震结果表明在室温与650℃之间循环40次后，单层TaC涂层因极大的应力失配产生严重崩裂而剥落；Ta/TaC复合涂层因Ta过渡层的存在有效缓解了冷热循环过程中的应力失配问题，热冲击后表面未发现裂纹且膜基界面结合依旧良好，涂层的抗热冲击性能得到显著提高。

关键词：石墨电极碳化钽复合涂层双辉抗热震性能

钛合金表面双层辉光离子无氢渗碳层摩擦磨损性能研究

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摩擦学学报 2004年第2期24卷 111-114页

作者：张高会潘俊德张平则崔彩娥唐宾徐重太原理工大学表面工程研究所.山西太原030024

利用双层辉光放电离子渗碳原理，以格栅状高纯度固体石墨作为源极，钛合金作为阴极，氩气作为工作气体，依靠辉光放电和空心阴极效应在钛合金(Ti6Al4V)材料表面制备了具有特殊物理、化学性能的渗碳层；采用X射线衍射和辉光放电光谱分析... 详细信息

利用双层辉光放电离子渗碳原理，以格栅状高纯度固体石墨作为源极，钛合金作为阴极，氩气作为工作气体，依靠辉光放电和空心阴极效应在钛合金(Ti6Al4V)材料表面制备了具有特殊物理、化学性能的渗碳层；采用X射线衍射和辉光放电光谱分析了渗碳层的相组成及C元素分布；并考察了渗层的摩擦磨损性能．结果表明：复合渗碳层中形成了高硬相TiC及游离态C减摩相；渗层内C元素的含量呈梯度分布；经复合渗碳处理后材料的表面硬度大幅度提高，由表及里硬度成梯度降低；经渗碳处理后材料的减摩和抗磨性能显著改善，摩擦系数降低50％以上，比磨损率降低3个以上数量级．

关键词：钛合金双层辉光无氢渗碳摩擦磨损性能

316L不锈钢基材功能梯度Al涂层残余热应力分析

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核技术 2008年第2期31卷 105-110页

作者：刘红兵陶杰张平则常华南京航空航天大学材料科学与技术学院南京210016

涂层材料的功能性和可靠性在很大程度上受残余热应力的影响,为降低残余热应力防止涂层开裂以及提高其热机械性能,利用有限元方法对Al/316L系梯度功能材料在制备过程中产生的残余热应力分布进行分析,详细讨论了成分分布指数、涂层厚度和... 详细信息

涂层材料的功能性和可靠性在很大程度上受残余热应力的影响,为降低残余热应力防止涂层开裂以及提高其热机械性能,利用有限元方法对Al/316L系梯度功能材料在制备过程中产生的残余热应力分布进行分析,详细讨论了成分分布指数、涂层厚度和梯度层数目对应力大小和分布的影响。分析结果表明成分分布指数的增大不但影响涂层和基体界面的应力大小,还影响涂层中热应力峰值所处位置;涂层残余应力随着梯度层厚度的增加而减小;梯度层数的增多,有利于涂层中残余热应力的缓和,但当梯度层数达到9时,缓和效果并不明显。

关键词：功能梯度材料有限元分析残余热应力涂层

γ-TiAl合金表面辉光等离子Ni-Cr共渗层的组织与性能

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金属热处理 2012年第3期37卷 58-61页

作者：黄勇张平则魏东博黄俊南京航空航天大学材料科学与技术学院江苏南京210016

采用双层辉光等离子表面冶金技术在γ-TiAl合金表面进行Ni-Cr共渗处理,形成均匀致密的Ni-Cr合金层,通过SEM、EDS、XRD等对其渗层显微组织、化学成分和相结构进行分析,并测试了合金层的显微硬度及耐磨性。结果表明,合金层有效渗层厚度为2... 详细信息

采用双层辉光等离子表面冶金技术在γ-TiAl合金表面进行Ni-Cr共渗处理,形成均匀致密的Ni-Cr合金层,通过SEM、EDS、XRD等对其渗层显微组织、化学成分和相结构进行分析,并测试了合金层的显微硬度及耐磨性。结果表明,合金层有效渗层厚度为25μm,主要由Cr2 Ti、AlTi、Cr、NiTi2、Cr1.75 Ni0.25 Ti等相组成;合金层中合金元素Cr和Ni由表及里呈梯度分布,合金层与基体结合牢固;合金层的显微硬度、动态硬度及摩擦磨损性能显著高于基体。

关键词： γ-TiAl合金双辉等离子表面冶金 Ni-Cr合金层组织与性能

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连续挤压Cu-Sn合金的组织性能演变

塑性工程学报 2021年第10期28卷 27-35页

作者：花思明张平则刘子利南京航空航天大学材料科学与技术学院江苏南京210000 中铁建电气化局集团康远新材料有限公司江苏靖江214500

为减少挤压杆坯的组织缺陷和控制其性能,采用连续挤压技术对Cu-Sn合金进行加工。借助金相显微镜和电子背散射仪对其组织进行观察,借助维氏硬度计测试其硬度。结果表明:连续挤压过程中,剪切摩擦区和镦粗区的Cu-Sn合金的粗大晶粒的变形极... 详细信息

为减少挤压杆坯的组织缺陷和控制其性能,采用连续挤压技术对Cu-Sn合金进行加工。借助金相显微镜和电子背散射仪对其组织进行观察,借助维氏硬度计测试其硬度。结果表明:连续挤压过程中,剪切摩擦区和镦粗区的Cu-Sn合金的粗大晶粒的变形极不均匀,粘着区出现破碎、细小的晶粒,直角转弯区和模腔进口区出现剪切带和细小的亚晶,扩展区和挤压制品区内发生动态再结晶和晶粒长大,出现退火孪晶;镦粗区的织构主要为铸造织构,粘着区主要为R型织构,挤压制品区为典型的再结晶织构;随着连续挤压过程的进行,Cu-Sn合金的显微硬度先从剪切摩擦区的97 HV增加到直角弯曲区的128 HV,后逐渐下降到模腔进口区的115 HV,接着急剧下降到挤压扩展区的68 HV,而后保持稳定。

关键词：连续挤压 Cu-Sn合金显微组织织构显微硬度

纯铜表面等离子渗钽层的摩擦磨损性能和耐腐蚀性能

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表面技术 2022年第4期51卷 219-226页

作者：吕绪明何荧江涛杨凯党博张平则核工业理化工程研究院天津300180 粒子输运与富集技术国防科技重点实验室天津300180 南京航空航天大学材料科学与技术学院南京210016

目的提高纯铜表面等离子渗钽层的耐磨性能和耐腐蚀性能。方法采用双辉等离子表面合金化技术在纯铜表面制备渗钽层。通过扫描电子显微镜、能谱分析仪和X射线衍射仪分析渗钽层的微观形貌、元素分布和物相结构。利用纳米压入和表面划痕试... 详细信息

目的提高纯铜表面等离子渗钽层的耐磨性能和耐腐蚀性能。方法采用双辉等离子表面合金化技术在纯铜表面制备渗钽层。通过扫描电子显微镜、能谱分析仪和X射线衍射仪分析渗钽层的微观形貌、元素分布和物相结构。利用纳米压入和表面划痕试验测量渗钽层的硬度和与基体的结合强度。通过摩擦磨损和电化学试验评价渗钽层的耐磨性能和耐腐蚀性能。结果使用双层辉光等离子表面合金化技术可以在纯铜表面制备出组织致密均匀、内部无孔隙的渗钽层,与基体结合良好,膜层厚度约为12μm且与基体存在3μm厚的互扩散过渡层。渗层物相主要为α-Ta,与基体的结合力为25.8 N,渗Ta处理后,试样表面纳米硬度从1.5 GPa提高到7.0 GPa。与纯铜基体相比,渗钽层的摩擦因数从1.15降低到0.82,比磨损率由基体的46.97×10^(−5) mm^(3)/(N·m)降至渗钽层的22.91×10^(−5) mm^(3)/(N·m),耐磨性得到提高。纯铜基体主要表现出黏着磨损现象,而渗钽层则表现出轻微的磨粒磨损。渗钽试样在3.5%NaCl溶液中的自腐蚀电位和极化电阻均显著提高,自腐蚀电流密度下降,耐腐蚀性能优异,渗钽层对基体起到很好的腐蚀保护作用。结论通过双层辉光等离子表面合金化技术在纯铜表面制备得到致密均匀的渗钽层,可有效地提高纯铜的耐磨性能和耐腐蚀性能。

关键词：纯铜双层辉光等离子合金化渗钽层微观结构耐磨性能耐腐蚀性能

γ-TiAl合金表面Cr-W共渗合金层的摩擦磨损性能研究

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金属学报 2013年第11期49卷 1406-1410页

作者：魏祥飞张平则魏东博陈小虎王琼王若男南京航空航天大学材料科学与技术学院南京211106

采用双层辉光等离子表面渗金属技术在γ-TiAl合金表面制备Cr-W合金层.硬度实验表明,γ-TiAl合金Cr-W共渗后,合金层的表面显微硬度大幅提高,其中扩散层的显微硬度为648.8 HV_(0.1),比基体提高了2倍多.划痕实验表明,Cr-W共渗合金层至少能... 详细信息

采用双层辉光等离子表面渗金属技术在γ-TiAl合金表面制备Cr-W合金层.硬度实验表明,γ-TiAl合金Cr-W共渗后,合金层的表面显微硬度大幅提高,其中扩散层的显微硬度为648.8 HV_(0.1),比基体提高了2倍多.划痕实验表明,Cr-W共渗合金层至少能够承受70 N的垂直载荷,渗层与基体结合良好.室温条件下的摩擦磨损实验表明,Cr-W合金层摩擦系数平均为0.43,低于基体的0.70,磨痕较窄,且深度小,磨损失重和比磨损率相对于基体下降幅度较大;500℃摩擦磨损实验表明,Cr-W合金层摩擦系数为0.50,低于基体的0.75,且磨损量和比磨损率相对于基体都有所下降.

关键词： γ-TiAl合金双层辉光等离子渗金属技术 Cr-W合金层摩擦磨损性能

钛合金双层辉光离子无氢碳氮共渗摩擦性能研究

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稀有金属材料与工程 2005年第10期34卷 1646-1649页

作者：张高会张平则潘俊德高原徐重太原理工大学山西太原030024

利用双层辉光离子渗金属原理改善钛合金Ti6Al4V的耐摩擦性。使用蜂窝状高纯度固体石墨作为源极,钛合金Ti6Al4V做阴极,一定比例的氩气、氮气作为载气。依靠辉光放电空心阴极效应,溅射出原子、离子状的碳元素,碳、氮元素混合形成等离子体... 详细信息

利用双层辉光离子渗金属原理改善钛合金Ti6Al4V的耐摩擦性。使用蜂窝状高纯度固体石墨作为源极,钛合金Ti6Al4V做阴极,一定比例的氩气、氮气作为载气。依靠辉光放电空心阴极效应,溅射出原子、离子状的碳元素,碳、氮元素混合形成等离子体,靠阴极负偏压把碳、氮吸引到Ti6Al4V的表面,依靠轰击和扩散在Ti6Al4V材料表面形成具有特殊物理、化学性能的合金层。X射线衍射检测显示渗层内形成了包含TiC,TiN的硬度相;辉光放电光谱(GDS)检测结果显示,在渗层内碳、氮元素分布呈梯度形式;硬度测试显示渗层硬度由表及里呈现梯度下降,表面硬度提高两倍以上;摩擦磨损检测表明Ti6Al4V材料经无氢碳氮共渗处理后,其粘着现象明显降低,摩擦系数降低一半多,耐磨性大大提高。

关键词：钛合金双层辉光无氢碳氮共渗摩擦磨损

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TC4合金双辉等离子渗Cr高温氧化行为

材料热处理学报 2011年第10期32卷 146-150页

作者：魏东博张平则姚正军梁文萍缪强徐重南京航空航天大学材料科学与技术学院江苏南京211100

研究了双层辉光等离子渗Cr对TC4合金650、750、850℃恒温氧化性能的影响。结果表明:渗Cr后,表面梯度合金层显著提高了TC4合金的高温氧化性能,Ti-Cr互扩散层可有效阻止氧向基体扩散。氧化过程中,Ti、Cr向外扩散形成TiO2/Cr2O3氧化膜,其... 详细信息

研究了双层辉光等离子渗Cr对TC4合金650、750、850℃恒温氧化性能的影响。结果表明:渗Cr后,表面梯度合金层显著提高了TC4合金的高温氧化性能,Ti-Cr互扩散层可有效阻止氧向基体扩散。氧化过程中,Ti、Cr向外扩散形成TiO2/Cr2O3氧化膜,其形态与氧化温度有关。850℃氧化100 h后,渗Cr试样表面形成致密Cr2O3膜,恒温氧化性能优于NiCrAlY热障涂层。

关键词：钛合金双辉等离子表面合金化高温氧化