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Al基复合涂层干摩擦磨损的有限元分析

材料研究学报 2024年

作者：王慧明王金龙李应举张宏毅吕晓仁沈阳航天三菱汽车发动机制造有限公司沈阳工业大学机械工程学院中国科学院金属研究所

用冷喷涂技术在AZ91镁合金基体上制备出不同Al2O3含量(0%、15%、30%、45%)的复合涂层，测量Al2O3的沉积效率和涂层的孔隙率，进行往复干摩擦磨损实验并计算磨损沟壑体积，研究了Al2O3含量、载荷、频率对Al基复合涂层摩擦磨损行为的影响... 详细信息

用冷喷涂技术在AZ91镁合金基体上制备出不同Al2O3含量(0%、15%、30%、45%)的复合涂层，测量Al2O3的沉积效率和涂层的孔隙率，进行往复干摩擦磨损实验并计算磨损沟壑体积，研究了Al2O3含量、载荷、频率对Al基复合涂层摩擦磨损行为的影响。建立Al基复合涂层的有限元模型，用嵌入Archard模型的摩擦磨损子程序得到了有限元磨损量仿真值并将其与磨损实验值对比。结果表明，随着Al2O3含量的提高复合涂层的孔隙率降低，Al2O3颗粒的沉积效率和耐磨性提高。在载荷为2 N、频率为1 Hz条件下Al2O3含量为0%、30%、45%的Al基复合涂层其有限元磨损量仿真值与实验值的差小于4%，证明了有限元模型的正确性。在此工况下用该模型计算出Al2O3的含量为15%的涂层其有限元磨损量的仿真值为0.0249 mm3，与试验磨损量的差为5.9574%，表明此模型具有普适性。

关键词：材料表面与界面镁合金冷喷涂摩擦磨损有限元分析

SiC含量对SiC/6092铝基复合材料微弧氧化膜耐蚀性的影响

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材料研究学报 2024年

作者：于文静刘春忠张洪亮卢天倪王东李娜黄震威沈阳航空航天大学材料科学与工程学院中国科学院金属研究所

在基体中不同SiC含量的SiCP/6092铝基复合材料表面制备微弧氧化膜，使用XRD、SEM和电化学等手段对其表征，研究了SiC含量对氧化膜耐蚀性能的影响。结果表明：这种氧化膜分为致密层和外部疏松层，主要由α-Al2O3、γ-Al2O3和Mullite组成... 详细信息

在基体中不同SiC含量的SiCP/6092铝基复合材料表面制备微弧氧化膜，使用XRD、SEM和电化学等手段对其表征，研究了SiC含量对氧化膜耐蚀性能的影响。结果表明：这种氧化膜分为致密层和外部疏松层，主要由α-Al2O3、γ-Al2O3和Mullite组成。氧化膜的表面有微小的孔洞，孔隙直径和粗糙度随着SiC含量的提高而减小。随着基体中SiC颗粒含量的提高氧化层的生长速度降低，但是不会分解参与反应。随着SiC含量的提高，氧化膜中疏松层的厚度先减小后增大，致密层的厚度先增大后减小。SiC颗粒含量(体积分数)为17%的SiCP/6092铝基复合材料其表面氧化膜的耐蚀性能最好,腐蚀电压达到-0.466 V、腐蚀电流达到3.82×10-9A·cm–2，极化电阻达到1.0×105Ω·cm–2。

关键词：材料表面与界面膜层生长微弧氧化 SiCp/Al复合材料耐蚀性

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耐磨铝基超疏水材料的制备及其动态冷凝行为

材料研究学报 2020年第4期34卷 277-284页

作者：王芳周宝玉冯伟雷家柳姜玉凤王琦迪湖北理工学院材料科学与工程学院黄石435003 湖北理工学院矿区环境污染控制与修复湖北省重点实验室黄石435003 昆明理工大学冶金与能源工程学院昆明650000

用水热法制备了铝基超疏水材料。SEM观测结果表明,这种材料表面有明显的微纳米复合结构;用动态摩擦试验机进行了循环摩擦实验,结果表明:这种材料的耐磨性能优异,2000次循环摩擦后样品表面变得略微平整,微米结构丢失,但是保留有大量ZnO... 详细信息

用水热法制备了铝基超疏水材料。SEM观测结果表明,这种材料表面有明显的微纳米复合结构;用动态摩擦试验机进行了循环摩擦实验,结果表明:这种材料的耐磨性能优异,2000次循环摩擦后样品表面变得略微平整,微米结构丢失,但是保留有大量ZnO纳米棒,仍保持超疏水特性。这种材料还具有良好的耐酸碱腐蚀能力。冷凝实验结果表明:冷凝液滴在微纳米复合结构中随机生成,有益的是凹槽中的冷凝液滴在长大和合并过程中逐渐脱离凹槽底部最终悬浮在粗糙结构的表面。这证实,冷凝液滴在样品表面保持Cassie态,为冷凝过程中频繁发生液滴合并自弹跳提供了条件。

关键词：材料表面与界面超疏水材料水热法耐磨性冷凝液滴合并自弹跳

溅射沉积掺Ag的SnSe薄膜的微结构和热电性能

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材料研究学报 2020年第8期34卷 561-568页

作者：李贵鹏宋贵宏胡方杜昊尹荔松沈阳工业大学材料科学与工程学院沈阳110870 中国科学院金属研究所材料表面工程研究部沈阳110015 五邑大学智能制造学部江门520920

使用粉末烧结SnSe合金靶高真空磁控溅射制备掺杂Ag的SnSe热电薄膜,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)等手段分析薄膜的相组成、表面形貌、截面形貌、微区元素含量和元素分布,利用塞贝克系数/电阻分析系统LSR-3测... 详细信息

使用粉末烧结SnSe合金靶高真空磁控溅射制备掺杂Ag的SnSe热电薄膜,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)等手段分析薄膜的相组成、表面形貌、截面形貌、微区元素含量和元素分布,利用塞贝克系数/电阻分析系统LSR-3测量沉积薄膜的电阻率和Seebeck系数,研究了不同Ag含量SnSe薄膜的热电性能。结果表明,采用溅射技术可制备出正交晶系Pnma结构的SnSe相薄膜,掺杂的Ag在薄膜中生成了纳米Ag3Sn。与未掺杂Ag相比,掺杂Ag的SnSe薄膜其电阻率和Seebeck系数(绝对值,下同)明显减小。并且在一定掺杂范围内,掺杂Ag越多的薄膜电阻率和Seebeck系数越小。未掺杂Ag的SnSe薄膜样品,其Seebeck系数较大但是电阻率也大,因此功率因子较小。Ag掺杂量(原子分数)为7.97%的样品,因其Seebeck系数绝对值较大而电阻率适当,280℃时的功率因子最大(约为0.93 mW·m^-1·K^-2),比未掺杂Ag的样品(PF=0.61 mW·m^-1·K^-2)高52%。掺杂适量的Ag能提高溅射沉积的SnSe薄膜的热电性能(功率因子)。

关键词：材料表面与界面热电材料 SnSe薄膜掺杂Ag Seebeck系数电阻率 Ag3Sn相

表面喷涂壳聚糖溶液对聚偏氟乙烯多孔膜的结构和性能的影响

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材料研究学报 2020年第6期34卷 466-472页

作者：成世杰王晨洋殷舒怡张宏伟左丹英武汉纺织大学湖北省纺织新材料与先进加工技术省部共建国家重点实验室武汉430020

在聚偏氟乙烯(PVDF)溶液膜表面喷涂壳聚糖(CS)醋酸溶液,用浸没相转变法制备PVDF多孔膜,研究CS溶液对多孔膜的结构和性能的影响并探讨了成膜机理。结果表明,随着溶液膜表面CS溶液体积的增加PVDF膜的孔隙率提高,膜表面的亲水性大幅度提高... 详细信息

在聚偏氟乙烯(PVDF)溶液膜表面喷涂壳聚糖(CS)醋酸溶液,用浸没相转变法制备PVDF多孔膜,研究CS溶液对多孔膜的结构和性能的影响并探讨了成膜机理。结果表明,随着溶液膜表面CS溶液体积的增加PVDF膜的孔隙率提高,膜表面的亲水性大幅度提高,β晶含量降低而α晶的含量提高;喷涂CS溶液前PVDF膜的上表面结构致密,喷涂CS溶液后PVDF膜上表面呈现多孔结构,其断面结构均为指状大孔结构;喷涂CS溶液的体积为2 m L、4 mL和6 m L的PVDF膜,其水通量先增加后降低,分别为683.33 L/m^2·h、1121.57 L/m^2·h、1171.36 L/m^2·h和1029.02 L/m^2·h。用不同方法制备的PVDF膜,其结构和性能不同,因为膜上表面的成膜机理不同。

关键词：材料表面与界面聚偏氟乙烯多孔膜壳聚糖喷涂膜结构水通量

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电化学渗氮对不锈钢表面结构的影响

材料研究学报 2023年

作者：陈真勇魏欣欣徐妍婷张波马秀良中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心中国科学院物理研究所松山湖材料实验室大湾区显微科学与技术研究中心中国科学技术大学材料科学与工程学院

使用原子力显微技术和透射电子显微技术等手段，研究了电化学渗氮的304L不锈钢多尺度下表面结构的演变。结果表明，在电化学渗氮电位下304L不锈钢表面发生了钝化膜的局部阴极还原、金属基体的微区阳极溶解以及溶解的金属阳离子再沉积，... 详细信息

使用原子力显微技术和透射电子显微技术等手段，研究了电化学渗氮的304L不锈钢多尺度下表面结构的演变。结果表明，在电化学渗氮电位下304L不锈钢表面发生了钝化膜的局部阴极还原、金属基体的微区阳极溶解以及溶解的金属阳离子再沉积，从而形成了起伏幅度为几十纳米的微观粗糙表面。在扫描透射成像模式下进行的超级能谱分析结果表明，表面沉积物的主要组成是铁的氧化物，进一步佐证了在渗氮过程中发生了Fe的微区阳极溶解和Fe阳离子的再沉积过程。

关键词：材料表面与界面表面结构演变电化学渗氮透射电子显微技术、原子力显微技术 304L不锈钢

硅酸钠溶液的模数对Zn-5%Al镀层上硅酸盐转化膜的影响

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材料研究学报 2018年第8期32卷 607-615页

作者：许璐车淳山孔纲王彦启曹祖军华南理工大学材料科学与工程学院广州510640

使用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)、傅里叶变换红外吸收光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)等手段研究了经不同模数(SiO_2:Na_2O=2.0,3.0,3.5,4.0,4.5)硅酸钠溶液处理的热浸Zn-5%Al镀层表面硅酸盐转化膜的形貌和结构,并根据电化学... 详细信息

使用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)、傅里叶变换红外吸收光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)等手段研究了经不同模数(SiO_2:Na_2O=2.0,3.0,3.5,4.0,4.5)硅酸钠溶液处理的热浸Zn-5%Al镀层表面硅酸盐转化膜的形貌和结构,并根据电化学交流阻抗(EIS)研究了膜层的耐蚀性。结果表明:与未处理的热浸镀Zn-5%Al试样相比,钝化后的试样耐蚀性有较大的提高,且模数为4.0时的膜层透明,表面均匀平整,膜层阻抗达到204.22 kΩ·cm^2,耐蚀性最高;而模数为2.0时的膜层表面有较多的裂纹,耐蚀性最低。硅酸盐转化膜主要由硅酸锌、铝硅酸盐和二氧化硅、铝氧化物/氢氧化物、锌氧化物/氢氧化物组成,根据膜层分析对Zn-5%Al镀层硅酸盐转化膜的成膜机理进行了讨论。

关键词：材料表面与界面热浸镀Zn-5%Al 转化膜硅酸盐耐蚀性能

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魔芋葡甘聚糖溶液水基的润滑特性

材料研究学报 2018年第1期32卷 25-32页

作者：漆雪莲张倩倩盛德尊李小磊张会臣大连海事大学交通运输装备与海洋工程学院大连116026

以石英玻璃为摩擦副,研究在面接触条件下魔芋葡甘聚糖溶液的水基润滑特性。使用红外光谱仪测量了魔芋葡甘聚糖的分子结构,用多功能摩擦磨损试验机进行润滑特性试验,用LEXT OLS4000 3D激光共聚焦显微镜表征了试样的表面形貌,重点分析了... 详细信息

以石英玻璃为摩擦副,研究在面接触条件下魔芋葡甘聚糖溶液的水基润滑特性。使用红外光谱仪测量了魔芋葡甘聚糖的分子结构,用多功能摩擦磨损试验机进行润滑特性试验,用LEXT OLS4000 3D激光共聚焦显微镜表征了试样的表面形貌,重点分析了不同浓度魔芋葡甘聚糖溶液的润滑特性。结果表明:浓度为0.3%的溶液具有最佳的润滑性能,石英玻璃间的摩擦系数约为0.002。在不同浓度的魔芋葡甘聚糖溶液的润滑条件下,摩擦副的摩擦系数随着转速呈现出不同的变化规律。由于硼酸离子与魔芋葡甘聚糖分子中的羟基发生化学反应生成硼酸多羟基化合物,硼酸的加入增强了水合分子层的稳定性。魔芋葡甘聚糖水基润滑界面,主要包含魔芋葡甘聚糖水合分子层和自由水分子层。水合分子层吸附在摩擦副表面形成吸附膜可避免摩擦副的直接接触,自由水分子层保证了润滑液的剪切流动性,两者的共同作用实现了有效润滑。

关键词：有机高分子材料材料表面与界面魔芋葡甘聚糖水基润滑面接触

H_2对等离子喷涂-物理气相沉积热障涂层的结构和抗冲刷性能的影响

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材料研究学报 2018年第9期32卷 641-646页

作者：刘飞刘敏毛杰邓子谦马景涛邓畅光曾德长华南理工大学材料科学与工程学院广州510640 广东省新材料研究所现代材料表面工程技术国家工程实验室广东省现代表面工程技术重点实验室广州510651

改变用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)工艺制备热障涂层时等离子工作气体中H2组分的流量,制备出不同的ZrO_2-7%Y_2O_3(7YSZ)热障涂层并研究了H_2对PS-PVD热障涂层的影响。结果表明:等离子工作气体中的H_2对PS-PVD热障涂层的表面形貌... 详细信息

改变用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)工艺制备热障涂层时等离子工作气体中H2组分的流量,制备出不同的ZrO_2-7%Y_2O_3(7YSZ)热障涂层并研究了H_2对PS-PVD热障涂层的影响。结果表明:等离子工作气体中的H_2对PS-PVD热障涂层的表面形貌、微观结构、孔隙率、硬度和抗冲蚀性能等性质有显著的影响。H_2流量分别为0、5、10 SLPM时制备的PS-PVD热障涂层,其孔隙率分别为16.7%、20.4%、7.7%;显微硬度分别为224.2 HV0.025、236.6 HV0.025、394.4 HV0.025;固体颗粒冲蚀25 s后的失重量分别为78.5 mg、65.0 mg、17.3 mg。随着H_2组分流量的增大热障涂层的孔隙率先增加后减小,柱状结构逐渐变化,硬度和抗冲蚀性能提高。

关键词：材料表面与界面热障涂层等离子喷涂-物理气相沉积抗冲蚀性能微观结构