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Si/O含量对DLC涂层腐蚀性能的影响
被引量：
5
1
作者
管筱竹
郑贺
+4 位作者
郭鹏
王振玉
柯培玲
西村一仁
汪爱英
《中国表面工程》
CSCD
北大核心
2024年第6期283-296,共14页
类金刚石碳(DLC)涂层兼具耐腐蚀和耐摩擦磨损等优点,是理想的海工装备零部件耐摩擦腐蚀防护材料之一。然而,DLC涂层在沉积过程中往往会出现大颗粒、针孔等缺陷,且短期腐蚀性能评价难以预测其长时间腐蚀防护性能,因此关键装备的长期可靠...
类金刚石碳(DLC)涂层兼具耐腐蚀和耐摩擦磨损等优点,是理想的海工装备零部件耐摩擦腐蚀防护材料之一。然而,DLC涂层在沉积过程中往往会出现大颗粒、针孔等缺陷,且短期腐蚀性能评价难以预测其长时间腐蚀防护性能,因此关键装备的长期可靠服役面临挑战。采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术,通过调控乙炔(C_(2)H_(2))和六甲基二硅氧烷(HMDSO)流量比,在17-4PH基体上实现不同Si/O含量掺杂DLC涂层的制备,系统研究Si/O含量对涂层组分、结构以及在3.5wt.%Na Cl溶液中短期(2 h)及长期(360 h)腐蚀行为。结果表明:随着HMDSO流量增加,涂层中Si(0at.%~7.6at.%)和O(2.21at.%~4.88at.%)元素含量均增加,但不改变涂层非晶结构特征。随着Si/O含量增加,涂层sp^(2)团簇尺寸降低,sp^(3)含量上升。短期腐蚀性能测试发现,随着Si/O含量增加,涂层的耐腐蚀性能提升,其中S4涂层(Si元素含量为7.6at.%)相比S1涂层(Si元素含量为0at.%)的腐蚀电流密度下降四倍。长时间(360 h)腐蚀测试中原位EIS结果也证实,涂层在整个浸泡周期均具有优异的耐腐蚀性,且随Si/O含量增加,耐腐蚀性能越优异。然而根据电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)的结果,所有涂层样品在腐蚀测试后均发现在测试液体中有微量铁离子,涂层和基体界面处存在轻微金属腐蚀。结合顺磁电子自旋共振波谱(ESR)仪的测试结果,高Si/O含量减少了涂层中缺陷结构,提升了整体致密性,且长时间浸泡后增加了涂层的缺陷密度。综上所述,在DLC涂层中掺杂Si/O元素,可提高涂层的抗腐蚀性能,这为海洋装备表面长期高性能腐蚀防护提供了一种新策略。
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关键词
Si/O-DLC涂层
腐蚀性能
长期腐蚀
致密性
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职称材料
氮表面改性非晶碳基涂层的摩擦及腐蚀行为
被引量：
5
2
作者
李昊
郑贺
+4 位作者
李淑钰
郭鹏
孙丽丽
柯培玲
汪爱英
《表面技术》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第5期61-69,共9页
目的在本征无氢非晶碳涂层表面进行掺N表面改性处理,研究其摩擦性能与海水腐蚀行为的演变规律,为海洋防护非晶碳涂层应用提供新思路。方法采用直流磁控溅射固体石墨靶制备非晶碳涂层,并在顶层进行N掺杂表面改性。改变Ar/N_(2)气流量比...
目的在本征无氢非晶碳涂层表面进行掺N表面改性处理,研究其摩擦性能与海水腐蚀行为的演变规律,为海洋防护非晶碳涂层应用提供新思路。方法采用直流磁控溅射固体石墨靶制备非晶碳涂层,并在顶层进行N掺杂表面改性。改变Ar/N_(2)气流量比来控制顶层掺N量,调控沉积时间,控制涂层厚度一致。SEM用于观测涂层厚度与截面形貌,XPS和Raman光谱仪分别用于表征涂层N掺杂量和碳键结构。涂层力学性能和动态摩擦因数则通过连续刚度模式纳米压痕仪和球盘式摩擦实验机测试得到。采用含有三电极体系的Gamry电化学工作站测量涂层的动电位极化曲线、电化学交流阻抗谱等电化学性能。结果对无氢非晶碳涂层进行表面改性,随顶层改性N含量的增加,sp^(2)—C易与N结合,导致sp^(2)相含量降低。随着N含量的增加,涂层的力学性能逐渐提升,当N质量分数为21%时,硬度与弹性模量达到最大值,分别为11.71 GPa和284.28 GPa;但当N质量分数最小(12%)时,涂层的断裂韧性与抗弹塑性变形能力最优。由于顶层引入掺N层后,sp^(2)润滑相减少,涂层摩擦因数显著上升,且随N含量的增大逐渐增大。在顶层引入N掺杂量较少的改性层有利于提高非晶碳的耐蚀性,但随N含量的增大,涂层表面的孔隙增多,腐蚀溶液渗透加速,涂层的耐蚀性迅速恶化。结论顶层少量N掺杂有利于改善非晶碳基涂层的力学性能和耐蚀性能。N含量过高时,涂层性能随着N含量的升高逐渐恶化。在海洋关键零部件表面制备微量N掺杂改性的非晶碳涂层有利于提高其防护性能。
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关键词
非晶碳
摩擦
腐蚀
磁控溅射
氮掺杂
表面改性
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职称材料
题名
Si/O含量对DLC涂层腐蚀性能的影响
被引量：
5
1
作者
管筱竹
郑贺
郭鹏
王振玉
柯培玲
西村一仁
汪爱英
机构
宁波
大学材料科学与化学工程学院
中国科学院
宁波
材料技术与工程研究所海洋关键材料重点实验室
宁波甬微集团有限公司
出处
《中国表面工程》
CSCD
北大核心
2024年第6期283-296,共14页
基金
国家重点研发计划(2022YFB3809000)
国家自然科学基金杰出青年基金(52025014)
宁波市重点研发计划(2023Z009,2023Z110)。
文摘
类金刚石碳(DLC)涂层兼具耐腐蚀和耐摩擦磨损等优点,是理想的海工装备零部件耐摩擦腐蚀防护材料之一。然而,DLC涂层在沉积过程中往往会出现大颗粒、针孔等缺陷,且短期腐蚀性能评价难以预测其长时间腐蚀防护性能,因此关键装备的长期可靠服役面临挑战。采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术,通过调控乙炔(C_(2)H_(2))和六甲基二硅氧烷(HMDSO)流量比,在17-4PH基体上实现不同Si/O含量掺杂DLC涂层的制备,系统研究Si/O含量对涂层组分、结构以及在3.5wt.%Na Cl溶液中短期(2 h)及长期(360 h)腐蚀行为。结果表明:随着HMDSO流量增加,涂层中Si(0at.%~7.6at.%)和O(2.21at.%~4.88at.%)元素含量均增加,但不改变涂层非晶结构特征。随着Si/O含量增加,涂层sp^(2)团簇尺寸降低,sp^(3)含量上升。短期腐蚀性能测试发现,随着Si/O含量增加,涂层的耐腐蚀性能提升,其中S4涂层(Si元素含量为7.6at.%)相比S1涂层(Si元素含量为0at.%)的腐蚀电流密度下降四倍。长时间(360 h)腐蚀测试中原位EIS结果也证实,涂层在整个浸泡周期均具有优异的耐腐蚀性,且随Si/O含量增加,耐腐蚀性能越优异。然而根据电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)的结果,所有涂层样品在腐蚀测试后均发现在测试液体中有微量铁离子,涂层和基体界面处存在轻微金属腐蚀。结合顺磁电子自旋共振波谱(ESR)仪的测试结果,高Si/O含量减少了涂层中缺陷结构,提升了整体致密性,且长时间浸泡后增加了涂层的缺陷密度。综上所述,在DLC涂层中掺杂Si/O元素,可提高涂层的抗腐蚀性能,这为海洋装备表面长期高性能腐蚀防护提供了一种新策略。
关键词
Si/O-DLC涂层
腐蚀性能
长期腐蚀
致密性
Keywords
Si/O-DLC coating
corrosion resistance
long-term corrosion
compactness
分类号
TG156 [金属学及工艺—热处理]
TB114 [理学—概率论与数理统计]
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职称材料
题名
氮表面改性非晶碳基涂层的摩擦及腐蚀行为
被引量：
5
2
作者
李昊
郑贺
李淑钰
郭鹏
孙丽丽
柯培玲
汪爱英
机构
中国科学院
宁波
材料技术与工程研究所
中国科学院
宁波
材料技术与工程研究所
中国科学院大学材料与光电研究中心
宁波甬微集团有限公司
出处
《表面技术》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第5期61-69,共9页
基金
中国科学院A类战略性先导科技专项(XDA22010303)
中国科学院-韩国国家科技理事会协议项目(174433KYSB20200021)
+1 种基金
王宽诚率先人才计划卢嘉锡国际团队(GJTD-2019-13)
中科院创新团队(292020000008)。
文摘
目的在本征无氢非晶碳涂层表面进行掺N表面改性处理,研究其摩擦性能与海水腐蚀行为的演变规律,为海洋防护非晶碳涂层应用提供新思路。方法采用直流磁控溅射固体石墨靶制备非晶碳涂层,并在顶层进行N掺杂表面改性。改变Ar/N_(2)气流量比来控制顶层掺N量,调控沉积时间,控制涂层厚度一致。SEM用于观测涂层厚度与截面形貌,XPS和Raman光谱仪分别用于表征涂层N掺杂量和碳键结构。涂层力学性能和动态摩擦因数则通过连续刚度模式纳米压痕仪和球盘式摩擦实验机测试得到。采用含有三电极体系的Gamry电化学工作站测量涂层的动电位极化曲线、电化学交流阻抗谱等电化学性能。结果对无氢非晶碳涂层进行表面改性,随顶层改性N含量的增加,sp^(2)—C易与N结合,导致sp^(2)相含量降低。随着N含量的增加,涂层的力学性能逐渐提升,当N质量分数为21%时,硬度与弹性模量达到最大值,分别为11.71 GPa和284.28 GPa;但当N质量分数最小(12%)时,涂层的断裂韧性与抗弹塑性变形能力最优。由于顶层引入掺N层后,sp^(2)润滑相减少,涂层摩擦因数显著上升,且随N含量的增大逐渐增大。在顶层引入N掺杂量较少的改性层有利于提高非晶碳的耐蚀性,但随N含量的增大,涂层表面的孔隙增多,腐蚀溶液渗透加速,涂层的耐蚀性迅速恶化。结论顶层少量N掺杂有利于改善非晶碳基涂层的力学性能和耐蚀性能。N含量过高时,涂层性能随着N含量的升高逐渐恶化。在海洋关键零部件表面制备微量N掺杂改性的非晶碳涂层有利于提高其防护性能。
关键词
非晶碳
摩擦
腐蚀
磁控溅射
氮掺杂
表面改性
Keywords
amorphous carbon
friction
corrosion
magnetron sputtering
nitrogen doping
surface modification
分类号
TG172 [金属学及工艺—金属表面处理]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
Si/O含量对DLC涂层腐蚀性能的影响
管筱竹
郑贺
郭鹏
王振玉
柯培玲
西村一仁
汪爱英
《中国表面工程》
CSCD
北大核心
2024
5
在线阅读
下载PDF
职称材料
2
氮表面改性非晶碳基涂层的摩擦及腐蚀行为
李昊
郑贺
李淑钰
郭鹏
孙丽丽
柯培玲
汪爱英
《表面技术》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022
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