Performance enhancing and plastic deformation mechanism of nanocrystalline transition metal nitride hard coatings

针对高速干式切屑加工的苛刻服役环境，本文研究工作主要集中于优化提升Zr基及Cr基氮化物硬质涂层的力学及抗氧化性能；探讨氮化物硬质涂层的塑性变形机制；并建立硬质涂层组织结构与性能演变之间的关联。本文从涂层成分设计及结构设计角度出发，阐述了优化提升Zr基及Cr基氮化物硬质涂层力学及抗氧化性能的方法；同时也提出研究二维薄膜材料塑性变形行为的实验方法，并归纳出硬质涂层塑性变形机制的研究内容。本文所取得的主要结论如下： （1）、掺杂元素的离子半径决定了涂层晶胞参数的变化规律；同时掺杂元素离子的价态对于涂层氧化层中的相结构、氧空位浓度以及离子扩散速率有着重要影响，从而对直接影响到涂层的抗氧化性能。适量掺...This work aims to improve the mechanical properties and oxidation resistance of the Zr- and Cr-based nitride hard coatings used for high speed, yet dry machining. In addition, the plastic deformation mechanisms of the coatings have been investigated. This thesis presents the strategies for improving the mechanical properties and oxidation resistance of the nitride hard coatings with the viewpoints...学位：工学博士院系专业：化学化工学院_应用化学学号：2062013015380

Microstructures and Performances of Novel Three-dimensional Porous Titanium Anodes

钛阳极在湿法冶金、阴极保护、电解铜箔、铝电极箔和电化学合成丁二酸等领域具有广泛的应用。钛阳极一般要由钛基体和活性涂层两部分组成，目前，析氧用钛阳极的涂层材料是以贵金属铱的氧化物为主要成分，这种涂层材料具有低的析氧电位和长的使用寿命。但是，铱的价格昂贵，用量大，造成电极成本过高，因此，有必要研究和开发非贵金属涂层，以逐步取代贵金属涂层。此外，钛基体只起到传导电流和稳定尺寸的作用，并没有发挥出钛阳极的整体功效，如何设计出更好的基体材料，把涂层的性能完全发挥出来，也是目前急需解决的问题。本论文分别探索了多孔钛基体和多孔铱系析氧活性涂层的制备方法和制备参数，在此基础上，通过研究非贵金属氧化物中间层，制...Titanium (Ti) anodes have been widely applied in the fields of hydrometallurgy, cathode protection, electrolyzations of copper foils and aluminum electrode foils, as well as electrosynthesis of ethylene succinic acid. A Ti anode usually consists of a Ti base and an active coating. At the current stage, iridium (Ir) based oxides have been predominantly used as the active coatings for oxygen evoluti...学位：工学博士院系专业：材料学院_材料物理与化学学号：2072010015346

钢铁表面超疏水复合涂层的制备及其耐蚀性能研究

目的在钢铁表面制备超疏水复合涂层,提高其耐蚀性能。方法利用两步法,将45#钢片放在简单的镀锌溶液中（40 g/L ZnCl2,200 g/L KCl,20 g/L HBO3）进行直流电沉积,调节电沉积时间和电流密度,在钢片表面获得具有一定结构差异的镀锌层,然后使用0.05 mol/L的硬脂酸改性得到复合涂层。测试该涂层与水的接触角,使用SEM、XRD和FT-IR等技术对它们的形貌和化学组成进行表征和分析,通过测试极化曲线评价涂层的耐蚀性能。结果随电沉积时间的延长和电流密度的增大,45#钢表面水的接触角先升高后降低。当电流密度为6 A/dm2,电沉积时间为20 min时,在钢片表面成功获得团簇颗粒状的微纳结构镀锌层,平均颗粒大小<20μm,镀层厚度为4050μm。改性之后得到具有超疏水性能的复合涂层,水的接触角达155.4?,复合涂层的自腐蚀电流密度降低了一个数量级。结论通过调节电沉积时间和电流密度可以在简单的镀锌溶液中制备得到具有微纳粗糙结构的锌镀层,经改性后获得具有超疏水性能的复合涂层。该复合涂层兼具牺牲阳极和超疏水性能,耐蚀性得到有效提高,可保护钢铁基体。国家重点研发计划(2017YFB0702100)~

醇酸清漆保护性的电化学加速评价

将目前一种电化学阻抗谱和负电位极化相结合的AC/DC/AC技术拓展成正电位阳极极化加速与电化学阻抗评价相结合的技术,并用醇酸清漆/碳钢体系验证了该技术确实能加速涂层/金属体系的腐蚀破坏、快速评价涂层的保护性,不仅适用于阴极保护条件下的涂层,也可用于自然腐蚀甚至被阳极极化的体系。通过实验分析了该技术测得的阻抗数据及样品表面形貌的变化,研究了其加速破坏的机理,建立了涂层加速破坏失效的物理模型。对比浸泡实验、AC/阴极DC/AC循环加速实验及AC/阳极DC/AC循环加速实验阻抗变化规律和腐蚀破坏形貌。结果表明:结合阴极极化和阳极极化将是未来获得一种既快速又合理的有机涂层性能评价技术的途径之一。国家重点研发计划(2017YFB0702100)~

沉积温度对纳米ZrN涂层结构及性能的影响

利用磁控溅射方法通过改变沉积温度(Ts)制备一系列纳米ZrN涂层.采用X射线衍射、扫描电镜及CSM纳米力学综合测试系统表征了纳米ZrN涂层的物相结构、截面形貌及综合力学性能,系统研究了沉积温度对纳米ZrN涂层结构及性能的影响.实验结果表明:随着沉积温度的增加,涂层择优取向由(111)变为(200),而在600℃时结晶度很低;涂层择优取向的变化是由涂层沉积过程中原子迁移能力和不同取向表面能的差异所决定的.纳米ZrN涂层在Ts=450℃及以下温度区间为柱状结构,并随沉积温度增加柱状晶逐渐变宽,在Ts=600℃时,由于生长方式的改变使涂层变为非柱状等轴结构.纳米ZrN涂层的硬度在Ts=450℃及以下温度区间没有明显变化,但在Ts=600℃时,由于涂层结晶度以及位错密度降低导致涂层硬度下降.随沉积温度的增加,涂层与基体间结合力先减小后增大.纳米ZrN涂层的磨损率由硬度和膜基结合力共同作用决定

Preparation and Characterization of BN Coating on SiC Fibers by Carbothermal Reduction

本论文以硼酸三甲酯（trimethylborate—TMB）蒸气为硼源、NH3气为氮源，采用碳热还原氮化法在SiC纤维表面制备BN涂层。首先，SiC纤维与Cl2气反应表面生成碳化物衍生碳（carbide-derivedcarbon—CDC）层，然后，CDC层与TMB蒸气及NH3气在1300&#61616;C发生碳热还原氮化反应，生成BN涂层。采用FT-IR、XPS、XRD、AES、SEM、TEM、电阻率测试、单丝拉伸试验等系统地研究了所得BN涂层的组成、结构和性能。研究发现，通过改变氯化反应的温度和时间可以精确控制CDC层的厚度。氮化后，厚度为0.5μm的CDC层转化为厚度为0.2μm的BN涂...High quality boron nitride (BN) coatings have been grown on silicon carbide (SiC) fibers by carbothermal nitridation and at atmospheric pressure, using trimethylborate (TMB) vapor as source of boron, ammonia as source of nitride. SiC fibers were first treated in chlorine gas to form CDC (carbide-derived carbon) films on the fiber surface. The CDC-coated SiC fibers were then reacted with TMB vapor...学位：工学硕士院系专业：材料学院_工程硕士(材料工程)学号：2072013115011

梯度过渡层对硬质合金沉积类金刚石膜的耐磨性影响

目的 分析不同类型的梯度过渡层对硬质合金沉积类金刚石涂层耐磨性能的影响,制备出能有效改善硬质合金减摩抗磨性能的类金刚石涂层。方法 采用真空阴极电弧离子镀和等离子体增强化学沉积技术,在硬质合金基底上制备了Ti/TiC/DLC、Ti/TiN/DLC、Ti/TiN/TiNC/DLC和Ti/TiN/TiNC/TiC/DLC四种类型的Ti多元梯度过渡类金刚石涂层。通过GNEHM-150型洛氏硬度计和电子显微镜、MFT-4000多功能材料表面性能试验仪、纳米硬度测试仪,分别评价不同类型多元梯度过渡层对硬质合金类金刚石涂层的膜基结合强度、摩擦磨损性能及纳米硬度。结果 Ti/TiC/DLC、Ti/TiN/DLC、Ti/TiN/TiNC/DLC和Ti/TiN/TiNC/TiC/DLC四种类型涂层的膜基结合强度等级分别为HF3-HF4、HF5-HF6、HF1-HF2、HF1,对两种膜基结合强度较好的涂层（Ti/TiN/TiNC/DLC、Ti/TiN/TiNC/TiC/DLC）进行摩擦磨损检测,其摩擦系数分别为0.2、0.1,且经过60 min对摩,Ti/TiN/TiNC/TiC/DLC涂层仍未出现明显剥落。结论 梯度过渡层的类型对薄膜的膜基结合强度、摩擦性能有较明显的影响,Ti/TiN/TiNC/TiC/DLC结构的涂层膜基结合强度最好,具有最低的摩擦系数,表现出了优异的减摩抗磨性能,可有效改善硬质合金表面的耐磨性能

海洋结构超长寿命纯聚脲防护材料与技术研究

阐述了海洋环境对结构耐久性的影响,介绍了纯聚脲技术的优势以及在港珠澳跨海大桥和胶州湾跨海大桥的应用。通过附着力跟踪测试、扫描电镜(SEM)和Fourier 变换红外光谱(FTIR)实验方法,考察了纯聚脲材料的附着性能,经盐雾老化以及紫外线/ 盐雾循环老化后的表面形貌、结构形态。研究结果显示,纯聚脲材料具有优异的附着能力,抵抗盐雾及紫外线/ 盐雾循环老化的能力较强,纯聚脲技术具有突出的长期防护效果,可以胜任跨海大桥的百年防护任务

Construction of Polypyrrole-Polydopamine Composite Coating on Titanium Implant Surface

在金属骨移植材料的研究及临床实践中，涂层技术可以有效的改善金属种植 体的生物活性及增强种植体和骨界面的结合强度，同时还可以作为防腐层抑制金 属离子的溶出，从而实现完善的骨整合。但是现今临床上常用的涂层（如羟基磷 灰石涂层）在应用过程中会出现涂层与基底间结合力随着种植时间延长而降低甚 至涂层脱落溶解的现象，这些现象的出现往往会导致种植失败。因此，在种植体 表面构建一种新型的具有良好的腐蚀防护性能、生物活性和成骨诱导活性及与基 底间具有持续性高结合强度的涂层显得尤为重要。聚吡咯（PPy）作为一种典型 的导电高分子材料，其良好的生物相容性、优异的导电性及良好的防腐性能使其 成为一种具...In research and clinical application of metal bone implant material, coating technology can effectively improve the biological activity and enhance the bonding strength between implant and bone interface of metal implants. It also could inhibit the dissolution of metal ions, which lead to the perfect bone integration. while for the commonly used coating (such as hydroxyapatite coating) in clin...学位：理学硕士院系专业：材料学院_生物医学工程学号：3142014115014

The preparation of SPME coating using manganese oxide nanorod and its applications in the analysis of acrylamide in food samples

采用水热法合成氧化锰纳米棒,并以物理涂渍的方法固定于不锈钢丝上,制备获得氧化锰纳米棒固相萃取(SPME)涂层.该涂层对丙烯酰胺具有较好的富集能力,且具有较强的机械强度.实验通过优化萃取时间、萃取温度、解吸温度、解吸时间以及离子强度等影响萃取效率的实验条件,建立了利用该SPME与气相色谱-电子捕获检测器分析法,进行了薯片和饼干中丙烯酰胺含量的检测.结果显示,氧化锰纳米棒纤维涂层对于上述两种具有复杂基质样品中的丙烯酰胺具有较好的萃取能力,实验测得的薯片和饼干中丙烯酰胺的含量分别为2.43和1.31 mg g~(-1).Novel manganese oxide nanorods were synthesized using hydro-thermal method and applied as a coating material for solid phase microextraction(SPME). The extraction efficiency of acrylamide using the coating was investigated. Extraction conditions including extraction time, extraction temperature, desorption temperature, desorption time and ionic strength in the SPME of acrylamide were optimized. Under the optimized conditions, the SPME-GC-ECD method was successfully applied in the determination of acrylamide in potato chip and cookies samples. The detection results reveal the excellent extraction ability towards acrylamide in the two complex matrix samples. The obtained contents of acrylamide for the selected samples were found to be 2.43 and 1.31 mg g~(-1).厦门市科技局高校创新项目(编号:3502Z20143025);; 福建省科技重大专项(编号:2011YZ0001-1)资助项