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冷喷涂铜基陶瓷复合涂层沉积机理与结构性能优化研究进展

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材料导报 2023年第24期37卷 121-130页

作者：王喜茂赵运才郭伟玲马国政王慧鹏王海斗江西理工大学机电工程学院陆军装甲兵学院装备再制造技术国防科技重点实验室陆军装甲兵学院机械产品再制造国家工程研究中心

陶瓷颗粒与铜颗粒的热膨胀系数差异较大，故热喷涂的高温制备易导致涂层分层、开裂和失效。冷喷涂具有热输入低、不易氧化、沉积率高等特点，可以降低甚至避免高温冷却造成的相关缺陷，因此在制备高质量的铜基陶瓷复合涂层时的优势明显... 详细信息

陶瓷颗粒与铜颗粒的热膨胀系数差异较大，故热喷涂的高温制备易导致涂层分层、开裂和失效。冷喷涂具有热输入低、不易氧化、沉积率高等特点，可以降低甚至避免高温冷却造成的相关缺陷，因此在制备高质量的铜基陶瓷复合涂层时的优势明显。本文首先对三种经典冷喷涂金属及金属合金涂层界面结合的基本概念和原理进行了概括，在此基础上对金属基陶瓷复合涂层的沉积机理进行了归纳总结；其次，从喷涂粉末制备工艺、喷涂前期基体状态和沉积过程工艺参数三个方面对铜基陶瓷复合涂层的组织结构和性能优化方法进行了梳理；最后，对冷喷涂铜基陶瓷复合涂层沉积技术和机理研究的发展方向进行了展望。

关键词：冷喷涂铜基陶瓷复合涂层沉积机理喷涂粉末制备冷喷涂参数

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高熵合金涂层制备及其应用的研究进展

材料导报 2017年第7期31卷 65-71页

作者：赵钦马国政王海斗李国禄陈书赢周羊羊河北工业大学材料科学与工程学院天津300130 装甲兵工程学院装备再制造技术国防科技重点实验室北京100072

高熵合金涂层又称多主元合金涂层,是一种新型合金涂层。受高熵效应的影响,涂层的组织结构主要由单一的BCC、FCC或者HCP固溶体相构成,且易于形成非晶、纳米晶和纳米复合物,呈现出优异的综合力学性能、抗高温氧化性能、耐辐射性能和生物... 详细信息

高熵合金涂层又称多主元合金涂层,是一种新型合金涂层。受高熵效应的影响,涂层的组织结构主要由单一的BCC、FCC或者HCP固溶体相构成,且易于形成非晶、纳米晶和纳米复合物,呈现出优异的综合力学性能、抗高温氧化性能、耐辐射性能和生物兼容性能等,具有重要的研究价值和应用前景。分别从涂层的主元数量和位形熵值两方面对高熵合金涂层的概念进行了阐述,比较分析了热喷涂、激光熔覆以及物理气相沉积等几类常用的高熵合金涂层制备工艺的优点和不足,总结了高熵合金涂层的工业应用现状,最后指出了高熵合金涂层在目前的研究中存在的问题并展望了其未来的发展方向。

关键词：高熵合金涂层多主元合金涂层激光熔覆热喷涂物理气相沉积

等离子喷涂熔滴快速撞击基体非稳态凝固行为研究进展

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稀有金属材料与工程 2017年第11期46卷 3564-3569页

作者：陈书赢马国政王海斗何鹏飞徐滨士王海军刘明装甲兵工程学院装备再制造技术国防科技重点实验室北京100072

涂层成形过程中的缺陷含量、残余应力、沉积效率、组织结构及力学性能等指标均会随着工艺参数与基体预处理状态的不同而发生显著变化,因而需要从更加微观的角度深入理解等离子喷涂涂层的微观构筑过程,即单个熔滴的铺展凝固现象。本研究... 详细信息

涂层成形过程中的缺陷含量、残余应力、沉积效率、组织结构及力学性能等指标均会随着工艺参数与基体预处理状态的不同而发生显著变化,因而需要从更加微观的角度深入理解等离子喷涂涂层的微观构筑过程,即单个熔滴的铺展凝固现象。本研究分别从熔滴凝固的类型与机理、不同因素对熔滴凝固过程的影响及凝固斑点形态的定量表征方法 3个方面详细综述了等离子喷涂熔滴撞击基体快速凝固过程的研究现状。结果表明,熔滴的铺展形态主要可以分为5类,包括圆盘型、破碎型、放射型、花瓣型及气泡型,影响铺展过程的因素主要包括熔滴特性(速度、温度、粒径、材料属性、熔化状态等)与基体状态(表面粗糙形貌、表面化学状态、吸附物及冷凝物、界面润湿性及接触热阻等)2大类,综合采用一系列参数对熔滴铺展几何形态进行表征,可实现熔滴沉积质量的定量评价。

关键词：等离子喷涂凝固机理形貌表征铺展类型

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空间固体润滑材料的研究现状

材料导报 2010年第1期24卷 68-71页

作者：马国政徐滨士王海斗司红娟装甲兵工程学院装备再制造技术国防科技重点实验室北京100072

固体润滑材料以其蒸发率低、耐高低温、抗辐照、耐腐蚀等优点在工作于空间苛刻环境中的器械上得到了广泛的应用。综述了目前常用的层状结构物、软金属、聚合物、无机化合物和复合材料5类固体润滑材料的摩擦学特性、制备工艺和应用情况,... 详细信息

固体润滑材料以其蒸发率低、耐高低温、抗辐照、耐腐蚀等优点在工作于空间苛刻环境中的器械上得到了广泛的应用。综述了目前常用的层状结构物、软金属、聚合物、无机化合物和复合材料5类固体润滑材料的摩擦学特性、制备工艺和应用情况,指出了我国在空间固体润滑材料研究领域与国外先进水平的主要差距和今后的研究方向。

关键词：空间技术固体润滑摩擦学性能制备工艺研究方向

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Ti4O7功能陶瓷材料研究与应用现状

材料导报 2019年第1期33卷 143-151页

作者：王译文王海斗马国政陈书赢何鹏飞丁述宇陆军装甲兵学院装备再制造技术国防科技重点实验室

TinO2n-1是一类应用前景广阔、极具研究价值的高性能导电陶瓷材料。它具有独特的物理、化学和电化学性能,晶体结构中的氧缺陷除了使其拥有自身的陶瓷特性外,还赋予其类金属的导电性能,打破了其因导电性能差而限制陶瓷材料的进一步推广... 详细信息

TinO2n-1是一类应用前景广阔、极具研究价值的高性能导电陶瓷材料。它具有独特的物理、化学和电化学性能,晶体结构中的氧缺陷除了使其拥有自身的陶瓷特性外,还赋予其类金属的导电性能,打破了其因导电性能差而限制陶瓷材料的进一步推广应用。TiO是TinO2n-1中导电性能最佳的材料,同时它还拥有诸多优异的性质如敏锐的光响应能力、较强的耐酸腐蚀性和较好的电化学稳定性,这些独特的性质引起了材料研究者对其的高度关注,并将其广泛应用于电化学、热电材料、储能材料、光催化降解等领域。目前,研究人员基于TiO的电子导电性和化学稳定性,主要将其用作电池电极和电催化载体材料,生产工艺已逐渐成熟并实现商业化。然而,TiO的生产制备工艺还存在许多不足。粒径大小、孔隙率和结晶程度等因素均会对TiO的性能产生影响。工业上主要采用高温还原钛源前驱体的方法,经过高温处理后的TiO通常存在颗粒团聚、烧结严重、比表面积大的问题,这严重影响了TiO的性能。为解决高温处理引发的固有问题,研究人员在制备工艺的设计优化方面不断进行尝试,在优化高温合成方法的同时,也探索了一些中低温合成制备途径,但依旧存在产物纯度不高、生产能耗大等问题,工艺细节还需深入研究。目前制备工艺的主要研究方向为:（1）提高制备产物的纯度;（2）细化晶粒,控制粉体粒径大小;（3）制备出形貌可控的粉体。针对TiO制备过程中出现的问题,研究人员不断引入新技术。在溶胶凝胶法的基础上利用静电纺丝技术制备出高比表面积的核壳结构中空管道材料,烧结温度降低了近20%;首次采用微波辐射的加热方式,微波下辐射30 min即可制备出形貌可控的TiO。近两年,随着研究的不断深入,TiO的各项优异性能得到了进一步开发和应用,在锂离子电池、锂硫电池、金属-空气电池、燃料电池中表现出更卓越的快速充放电性能和循环稳定性,并在储能材料、热电材料和光电材料等新能源领域得到了应用。本文介绍了TiO的组成结构和理化性质,归纳了TiO陶瓷的主要制备工艺及典型应用,分析总结了各类制备工艺的优缺点和应用需求,并对本领域今后的热点研究方向和发展趋势进行了展望,为TiO功能陶瓷材料的推广应用提供了参考。

关键词： Ti4O7功能材料导电陶瓷微观结构电极电催化载体热电材料锂硫电池燃料电池

快速凝固过共晶铝硅合金的显微组织及摩擦学行为研究现状

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材料导报 2021年第11期35卷 11126-11136页

作者：杨文涛何鹏飞刘明周永欣王海斗马国政白宇西安理工大学材料科学与工程学院西安710072 陆军装甲兵学院装备再制造技术国防科技重点实验室北京100072 西安交通大学材料科学与工程学院西安710049

过共晶铝硅合金由于具有高耐磨性、低热膨胀系数和高比强度而广泛应用于汽车和飞机制造业。该类合金在常规铸造下易产生粗大的脆硬初生硅相,降低合金力学性能及耐磨性。而利用快速凝固技术能够有效细化硅相,制备出高耐磨的过共晶铝硅合... 详细信息

过共晶铝硅合金由于具有高耐磨性、低热膨胀系数和高比强度而广泛应用于汽车和飞机制造业。该类合金在常规铸造下易产生粗大的脆硬初生硅相,降低合金力学性能及耐磨性。而利用快速凝固技术能够有效细化硅相,制备出高耐磨的过共晶铝硅合金。过共晶铝硅合金的性能可以通过改变共晶硅和初晶硅的形态及其分布、二次枝晶胞的尺寸或臂间距等方式加以改善。目前过共晶铝硅合金的研究大多是关于控制共晶和初晶硅的形态和分布,而针对常规铸造的细化晶粒工艺只对25%(质量分数)硅含量以下的过共晶铝硅合金有明显效果,因此研究人员聚焦于能对高硅含量的过共晶铝硅合金实现晶粒细化的快速凝固技术。快速凝固技术区别于常规铸造的特点是高冷却速度,研究发现冷却速度对过共晶铝硅合金的相平衡和微观结构有着显著的影响。随着冷却速度的增加,过共晶铝硅合金的微观结构细化、化学均匀性提高、固溶度增加,形成非晶及亚稳相,极大地改善了过共晶铝硅合金的性能。根据不同快速凝固技术制备的过共晶铝硅合金,其细化的显微组织及对应的摩擦学行为也有所不同。这些差异对于完善快速凝固过程中硅晶粒形核长大机制、形态演化机制及其对过共晶铝硅合金性能影响的理论体系能够起到有效的补充作用。本文综述了快速凝固过共晶铝硅合金四种主要制备方法:衬底急冷技术、快速凝固-粉末冶金技术、喷射沉积技术和选择性激光熔化技术,分析了相关快速凝固工艺的研究现状,对比了不同工艺制备的过共晶铝硅合金的显微组织及耐磨性能,并从理论体系、性能预测和技术工艺三方面对其未来的研究方向提出了一些可行建议。

关键词：过共晶铝硅合金快速凝固显微组织摩擦学行为

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等离子射流与喷涂粒子微观交互作用研究现状

机械工程学报 2017年第24期53卷 1-11页

作者：王海斗陈书赢马国政邢志国何鹏飞徐滨士装甲兵工程学院装备再制造技术国防科技重点实验室北京100072

从微观角度看,等离子喷涂层实质上是由大量喷涂粒子在等离子射流中经过一系列复杂的理化变换之后,撞击基体并迅速铺展凝固所形成的,因而熔滴撞击基体前的理化特性对涂层的组织结构、缺陷密度、力学性能等指标具有重要影响。通过对喷涂... 详细信息

从微观角度看,等离子喷涂层实质上是由大量喷涂粒子在等离子射流中经过一系列复杂的理化变换之后,撞击基体并迅速铺展凝固所形成的,因而熔滴撞击基体前的理化特性对涂层的组织结构、缺陷密度、力学性能等指标具有重要影响。通过对喷涂粒子基本特征参数、射流中的传热机理、传质机理与粒子加速行为四个方面的总结,详细综述等离子射流与喷涂粒子的交互作用过程。总体来说,温度、速度是粒子的基本特征参数,而采用一些综合温度与速度的复合参数(如熔融指数、雷诺数、韦伯数等)对熔滴的理化特性具有更好的表征效果;粒子的加热过程由表及里,受到热导率、比表面积、热容量、飞行路径及射流特性等多种因素影响,部分熔滴容易由于温度过高而发生汽化现象;处于熔融状态的粒子具有较高的活性,因而容易在射流中与气体介质发生反应,包括O_2、N_2、H_2等,同时粉体内部也会发生一定的元素迁移或化学反应;粒子在射流中由于受到气流拖拽力、重力、热泳力及气压梯度力的综合作用而不断加速,同时会由于射流特性及熔化状态的差异而发生不同程度的破碎或细化现象。

关键词：等离子喷涂喷涂粒子传热传质交互作用

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气体放电热源喷涂技术的数值模拟研究现状

中国表面工程 2023年第6期36卷 16-35页

作者：李天昊黄艳斐刘明白宇王海斗马国政郭伟玲西安交通大学金属材料强度国家重点实验室西安710049 陆军装甲兵学院装备再制造技术国防科技重点实验室北京100072 陆军装甲兵学院机械产品再制造国家工程研究中心北京100072

热喷涂技术是表面工程领域中极为重要的一种装备强化修复技术,其中以气体放电形式为热源的喷涂技术包括等离子喷涂和电弧喷涂,两者更是占据热喷涂领域的绝大市场份额,采用数值模拟可以解决一些在试验上较为棘手的重点研究问题,如等离子... 详细信息

热喷涂技术是表面工程领域中极为重要的一种装备强化修复技术,其中以气体放电形式为热源的喷涂技术包括等离子喷涂和电弧喷涂,两者更是占据热喷涂领域的绝大市场份额,采用数值模拟可以解决一些在试验上较为棘手的重点研究问题,如等离子体流场和熔滴传热传质行为等,以期实现工艺参数的准确调控和优异涂层的制备。研究电弧及等离子喷涂模拟的模型差异化问题及流场速度、温度、电磁性质,归纳相关模拟的发展历程,并调查试验与模拟的吻合程度。结果表明:电弧喷涂中丝材原料会使阴阳极产生温度差,水平速度分布较发散,熔滴模型也多未考虑熔滴群间相互作用;等离子喷涂研究中常用的三维瞬态双温模型已十分贴近实际工况,对熔滴飞行中的加热、加速过程及破碎行为的研究已较为完备,但仍存在湍流模型计算精度不够、对鞘层弧柱区的研究不够深入等问题。后续应重点在电弧喷涂多液滴模型、等离子体电磁作用和等离子丝材喷涂工艺的数值模拟等方面进行深入研究。

关键词：放电等离子喷涂数值分析射流

球形氧化锌/石墨烯复合材料的制备及其对铅酸电池循环寿命的影响

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华南师范大学学报（自然科学版） 2020年第2期52卷 46-52页

作者：徐绮勤马国正吴宝珠陈红雨华南师范大学化学学院广州510006

采用水热法制备了球形氧化锌/石墨烯(S-ZnO/rGO)复合材料,首先采用水热法制备S-Zn O,再将氧化石墨(GO)和S-Zn O的混合水溶液在180℃下水热反应12 h,最终得到S-ZnO/rGO复合材料.以S-ZnO/rGO复合材料为铅酸蓄电池负极添加剂,探究了0.5%、1... 详细信息

采用水热法制备了球形氧化锌/石墨烯(S-ZnO/rGO)复合材料,首先采用水热法制备S-Zn O,再将氧化石墨(GO)和S-Zn O的混合水溶液在180℃下水热反应12 h,最终得到S-ZnO/rGO复合材料.以S-ZnO/rGO复合材料为铅酸蓄电池负极添加剂,探究了0.5%、1.0%、1.5%、2.0%这4种添加质量分数对铅酸电池电化学性能的影响.电化学测试结果表明:电池在高倍率部分荷电状态(HRPSoC)下的循环寿命随着复合材料添加质量分数的增加先增大后减小,其中掺入1.0%S-ZnO/rGO复合材料的电池在HRPSoC下循环性能最好,寿命可达19158次,比普通铅酸蓄电池的寿命(7210次)延长了165.7%.由此表明添加S-ZnO/rGO复合材料能够改善负极板的硫酸盐化现象,从而提高电池的循环稳定性.

关键词： S-ZnO/rGO复合材料水热法铅酸电池 HRPSoC循环寿命