CN112853254B - 一种非晶柱状结构涂层及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非晶柱状结构涂层及其制备方法和应用，涉及非晶合金涂层技术领域。该非晶柱状结构涂层的制备方法包括：采用等离子喷涂‑物理气相沉积技术将粉末状非晶合金材料喷涂到温度维持在5～20℃基体上，获得非晶柱状涂层。本申请可以继而实现快速冷却，保证涂层非晶化，继而得到非晶柱状结构涂层。制备获得的非晶柱状结构涂层具有类似鲨鱼表皮的沟槽结构，当其涂覆在基体表面时，一方面由于非晶的原子不规则排列具有良好的耐腐蚀性，让基体不受腐蚀；另一方面由于其具有的类似鲨鱼表皮的沟槽结构，能有效减低流体阻尼。其可以广泛应用于船舶、航空、航天、汽车或半导体领域中作为零部件的涂层。

Description

一种非晶柱状结构涂层及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及非晶合金涂层技术领域，具体而言，涉及一种非晶柱状结构涂层及其制备方法和应用。
背景技术
涂层是一种广泛涂覆在各种零部件表面，使零部件得到功能改性或强化的方法。在航空、航天、汽车、半导体等领域都有所应用，它能赋予零部件表面耐磨性、耐高温、耐腐蚀、抗氧化、防辐射等多种特殊功能，能显著提高产品的质量，延长产品的使用寿命，获得显著经济效益。
非晶合金被誉为21世纪最受关注的工程结构材料之一。非晶合金是利用快冷技术对熔融合金进行急冷凝固，合金在凝固时原子来不及有序周期性排列结晶，得到的固态合金结构呈长程无序，短程有序，没有位错、晶界、层错等缺陷存在的一种新型金属材料，其具有高强度、高硬度、高韧性、极高的耐磨耐腐蚀性能等优异性能，在航空、航天、船舶、汽车、电力、电子等诸多领域中具有较广阔的应用前景，如锆基非晶合金材料可用折叠屏手机的弯曲铰链结构。铁基非晶合金材料可用于变压器铁心，减少变压器空载损耗，使变压器性能得到有效提升，十分节能高效。铝基非晶合金材料可用于金属表面防护腐蚀，强化表面硬度，延长零部件的使用寿命，提升装备综合服役性能，节省能源和资源消耗。
非晶合金涂层优异的耐腐蚀性能是其应用于防护领域的一大优势，但对于工作条件要求高的场合就需要特定结构和性能的涂层才能让涂层应用价值最大化，特定的结构就会具有特定的性能，如美国学者Brian Dean等人(The effect of riblets inrectangular duct flow[J],《Applied Surface Science》,2012,p3936-3947)的研究，鲨鱼表皮的鲨鱼皮表具有特定的细小结构，即肤齿，它的形状像在流向上有序地排列的沟槽，沟槽的存在能抑制表面涡的横向迁移继而减少涡向外区喷射的趋势，最终减弱了涡的猝发、缠结及边界层外的湍流，且在沟槽表面形成的涡，保持在沟槽槽脊的上方，它使得沟槽槽谷产生低速流，槽脊间低速流的速度梯度小于平板上的速度梯度，这样就减小了大部分沟槽表面的剪切，在槽脊处的速度梯度较大，剪应力也相应较大，可这种剪应力分布的总阻力是减少的，总体上呈现减低海水产生的流体阻尼的效果，让鲨鱼在海洋中实现快游。目前国内外对于非晶合金涂层的制备所得到结构都是层状或致密状，如发明专利CN111154959A提出了非晶涂层制备方法及其应用，其对制备得到的非晶涂层采用了深冷处理的方法得到组织均匀致密状的非晶合金涂层；发明专利CN111593285A提出了耐海洋腐蚀Al-Ni-Nb非晶涂层材料及涂层制备方法和应用，其采用了高速电弧喷涂技术制备得到耐海洋腐蚀的层状涂层。以上层状或致密状结构的非晶合金涂层仅适用于一般的防护场合，如刀具防锈，对于工作条件苛刻的就需要特定的结构和性能兼备方可满足使用要求，如轮船的船底，常年浸泡在海水中，需要船底涂层防护材料具有良好的耐腐蚀性，且轮船在启动前进过程中，海水流体阻尼会对船底有阻碍作用，从而影响轮船的速度。而关于涂层表面具有沟槽结构的非晶柱状结构涂层的公开报道在当前国际上尚未出现。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种非晶柱状结构涂层及其制备方法和应用。
本发明是这样实现的：
第一方面，本发明提供一种非晶柱状结构涂层的制备方法，其包括：采用等离子喷涂-物理气相沉积技术将粉末状非晶合金材料喷涂到温度维持在5～20℃基体上，获得非晶柱状涂层。
在可选的实施方式中，上述所述基体为Cu合金基体、不锈钢基体或Al合金基体。
在可选的实施方式中，所述粉末状非晶合金材料为Fe基合金材料或Al基合金材料；
优选地，所述粉末状非晶合金材料为Al92Ni2Y6非晶粉末；
优选地，所述粉末状非晶合金材料的粒径为200～300目。
在可选的实施方式中，所述等离子喷涂-物理气相沉积技术的工艺参数为：喷涂功率控制在50～60kW，氩气控制在30～40NLPM，氢气控制在60～70NLPM，送粉量为2.0～3.0g/min，走枪速度为500～700mm/s，每喷4～6次停8～12s，喷涂距离为1000～1100mm。
在可选的实施方式中，在将所述粉末状非晶合金材料喷涂到所述基体之前，还包括对所述基体进行预处理：对所述基体的表面除锈、清洗、喷砂和烘干；
优选地，采用砂纸对所述基体的表面除锈；
优选地，采用无水乙醇和丙酮的混合溶液进行超声波清洗；
优选地，所述喷砂使用的压强为0.2～0.4MPa。
第二方面，本发明提供一种非晶柱状结构涂层，其是采用如前述实施方式任一项所述的非晶柱状结构涂层的制备方法制备而成。
在可选的实施方式中，所述非晶柱状结构涂层的厚度为10～90μm，维氏硬度为106～396MPa。
第三方面，本发明提供如前述实施方式任一项所述的非晶柱状结构涂层在船舶、航空、航天、汽车或半导体的零部件涂层中的应用。
第四方面，本发明提供一种轮船，所述轮船的船底表面涂覆有如前述实施方式任一项所述的非晶柱状结构涂层。
本发明具有以下有益效果：
与现有制备的非晶合金涂层相比，本发明提供了一种非晶柱状结构涂层的制备方法，即采用等离子喷涂-物理气相沉积技术将粉末状的非晶合金材料熔融、气化，在高速射流中喷涂到具有较低温度(5～20℃)的基体上，从而实现快速冷却，保证涂层非晶化，继而得到非晶柱状结构涂层。采用上述非晶柱状结构涂层的制备方法制备获得的非晶柱状结构涂层具有类似鲨鱼表皮的沟槽结构，当其涂覆在基体表面时，一方面由于非晶的原子不规则排列具有良好的耐腐蚀性，让基体不受腐蚀；另一方面由于其具有的类似鲨鱼表皮的沟槽结构，能有效减低流体阻尼。该非晶柱状结构涂层可以广泛应用于船舶、航空、航天、汽车或半导体领域中作为零部件的涂层。尤其适用于船舶领域，由于轮船船底常年浸泡在海水中，需要船底涂层防护材料具有良好的耐腐蚀性，且轮船在启动前进过程中，海水流体阻尼会对船底有阻碍作用，从而影响轮船的速度。本申请提供的非晶柱状结构涂层具有沟槽结构的非晶柱状结构涂层不仅可以降低流体阻尼，而且能充分利用非晶合金材料的优异耐腐蚀性能，让非晶柱状机构涂层表面沟槽结构能长久保持，在船舶业有巨大的应用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为采用等离子喷涂-物理气相沉积技术制备得到的非晶合金涂层柱状结构的电子显微镜图，其中，1表示基体，2表示非晶柱状结构涂层；
图2为采用等离子喷涂-物理气相沉积技术制备得到的Al92Ni2Y6非晶合金涂层X射线衍射图谱；
图3为对比例1提供的涂层的电子显微镜图；
图4为对比例2提供的涂层的电子显微镜图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本申请提供了一种非晶柱状结构涂层的制备方法，其包括采用等离子喷涂-物理气相沉积技术将粉末状非晶合金材料喷涂到温度维持在5～20℃基体上，获得非晶柱状涂层。
等离子喷涂-物理气相沉积(PS～PVD)最早是由瑞士苏尔寿美科公司开发的一种气相沉积涂层的低压等离子喷涂技术。PS-PVD是在非常成熟的低压等离子喷涂技术(LPPS)的基础上进行研发。与传统真空等离子喷涂(VPS)和低压等离子喷涂(LPPS)相比，此工艺在低于2mbar的环境下使用高能等离子喷枪进行工作。在此工况条件下产生的超常规等离子焰流特性，可以用来获得特殊及独特的涂层。PS-PVD一个非常关键特点是能够通过多种方法沉积涂层，不仅可以熔化粉末以液态形式堆积形成层状结构涂层，还可以气化粉末形成气相。
本申请中，通过等离子喷涂-物理气相沉积将粉末状非晶合金材料经熔融、气化等过程喷涂到基体上，在极高的冷却速率下获得非晶柱状涂层。
常用的非晶合金涂层材料有Fe基合金材料、Al基合金材料等，在这里以Al92Ni2Y6非晶粉末(元素下标数字为原子百分比)为原材料，其中粉末颗粒直径为200～300目，具体制备步骤如下：
S1、对基体进行预处理：对基体的表面除锈、清洗、喷砂和烘干；
将基体依次用砂纸除锈、无水乙醇和丙酮进行超声波除油、再用刚玉于0.2～0.4MPa下喷砂处理。
S2、采用等离子喷涂-物理气相沉积技术将粉末状非晶合金材料喷涂到温度维持在5～20℃基体上，获得非晶柱状涂层。
本申请中，基体可以为Cu合金基体、锈钢基体或Al合金基体。基体采用水冷却或液氮冷却以维持其具有较低的温度(5～20℃)，从而实现快速冷却，保证涂层非晶化，继而得到非晶柱状结构涂层。
其中，等离子喷涂-物理气相沉积技术的工艺参数条件是：喷涂功率控制在50～60kW，氩气控制在30～40NLPM(标准升每分钟)，氢气控制在60～70NLPM，送粉量为2.0～3.0g/min，走枪速度为500～700mm/s，每喷4～6次停8～12s，喷涂距离为1000～1100mm。
采用上述非晶柱状结构涂层的制备方法制备获得的非晶柱状结构涂层的厚度为10～90μm，维氏硬度为106～396MPa，且硬度随着厚度的增加而增加。该非晶柱状结构涂层表面具有类似鲨鱼表皮的沟槽结构，当其涂覆在基体表面时，一方面由于非晶的原子不规则排列具有良好的耐腐蚀性，让基体不受腐蚀；另一方面由于其具有的类似鲨鱼表皮的沟槽结构，能有效减低流体阻尼。
该非晶柱状结构涂层可以广泛应用于船舶、航空、航天、汽车或半导体领域中作为零部件的涂层。尤其适用于船舶领域，由于轮船船底常年浸泡在海水中，需要船底涂层防护材料具有良好的耐腐蚀性，且轮船在启动前进过程中，海水流体阻尼会对船底有阻碍作用，从而影响轮船的速度。
本申请提供的非晶柱状结构涂层具有沟槽结构的非晶柱状结构涂层不仅可以降低流体阻尼，而且能充分利用非晶合金材料的优异耐腐蚀性能，让非晶柱状机构涂层表面沟槽结构能长久保持，在船舶业有巨大的应用价值。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
对基体进行预处理，分别采用砂纸进行除锈抛光，使用无水乙醇和丙酮对基体表面进行超声波清洗，采用刚玉砂砾在0.2MPa气压下对基体表面进行喷砂处理，将预处理后的基体盖置在连接着水/液氮冷却管道的Cu合金冷却夹具上，并利用密封胶圈进行密封处理，让基体表面温度保持在15℃，然后采用等离子喷涂-物理气相沉积技术进行以Al92Ni2Y6为原料涂层喷涂，其中喷涂功率控制在57kW，氩气控制在35NLPM，氢气控制在60NLPM，送粉量在2.2g/min，走枪速度为560mm/s，喷涂距离为1000mm，每喷涂5遍停10s，最终获得本发明所提到的非晶柱状结构涂层，经过维氏硬度计的测量，硬度为339MPa。
为了验证本发明方法的可行性，本发明将按照实施例1制备得到的非晶合金涂层进行电子显微镜照片测试、X射线衍射测试和维氏显微硬度测量，得到的结果分别如图1和图2所示，电子显微镜照片显示涂层呈柱状结构，Al92Ni2Y6材料涂层的X射线衍射图谱表明其没有明显的晶化峰，非晶化程度极高。因此采用等离子喷涂-物理气相沉积技术制备非晶柱状结构涂层的方法是现实可行的。
实施例2
对基体进行预处理，分别采用砂纸进行除锈抛光，使用无水乙醇和丙酮对基体表面进行超声波清洗，采用刚玉砂砾在0.3MPa气压下对基体表面进行喷砂处理，将预处理后的基体盖置在连接着水/液氮冷却管道的Cu合金冷却夹具上，并利用密封胶圈进行密封处理，让基体表面温度保持在20℃，然后采用等离子喷涂-物理气相沉积技术进行以Al92Ni2Y6为原料涂层喷涂，其中喷涂功率控制在53kW，氩气控制在38NLPM，氢气控制在70NLPM，送粉量在2.8g/min，走枪速度为550mm/s，喷涂距离为1000mm，每喷涂5遍停10s，最终获得本发明所提到的非晶柱状结构涂层，经过维氏硬度计的测量，硬度为294MPa。
实施例3
对基体进行预处理，分别采用砂纸进行除锈抛光，使用无水乙醇和丙酮对基体表面进行超声波清洗，采用刚玉砂砾在0.4MPa气压下对基体表面进行喷砂处理，将预处理后的基体盖置在连接着水/液氮冷却管道的Cu合金冷却夹具上，并利用密封胶圈进行密封处理，让基体表面温度保持在10℃，然后采用等离子喷涂-物理气相沉积技术进行以Al92Ni2Y6为原料涂层喷涂，其中喷涂功率控制在50kW，氩气控制在37NLPM，氢气控制在65NLPM，送粉量在2.5g/min，走枪速度为700mm/s，喷涂距离为1000mm，每喷涂5遍停10s，最终获得本发明所提到的非晶柱状结构涂层，经过维氏硬度计的测量，硬度为318MPa。
实施例4
对基体进行预处理，分别采用砂纸进行除锈抛光，使用无水乙醇和丙酮对基体表面进行超声波清洗，采用刚玉砂砾在0.4MPa气压下对基体表面进行喷砂处理，将预处理后的基体盖置在连接着水/液氮冷却管道的Cu合金冷却夹具上，并利用密封胶圈进行密封处理，让基体表面温度保持在10℃，然后采用等离子喷涂-物理气相沉积技术进行以Al92Ni2Y6为原料涂层喷涂，其中喷涂功率控制在60kW，氩气控制在30NLPM，氢气控制在68NLPM，送粉量在3.0g/min，走枪速度为650mm/s，喷涂距离为1000mm，每喷涂5遍停10s，最终获得本发明所提到的非晶柱状结构涂层，经过维氏硬度计的测量，硬度为328MPa。
实施例5
对基体进行预处理，分别采用砂纸进行除锈抛光，使用无水乙醇和丙酮对基体表面进行超声波清洗，采用刚玉砂砾在0.3MPa气压下对基体表面进行喷砂处理，将预处理后的基体盖置在连接着水/液氮冷却管道的Cu合金冷却夹具上，并利用密封胶圈进行密封处理，让基体表面温度保持在20℃，然后采用等离子喷涂-物理气相沉积技术进行以Al92Ni2Y6为原料涂层喷涂，其中喷涂功率控制在55kW，氩气控制在40NLPM，氢气控制在63NLPM，送粉量在2.0g/min，走枪速度为600mm/s，喷涂距离为1000mm，每喷涂5遍停10s，最终获得本发明所提到的非晶柱状结构涂层，经过维氏硬度计的测量，硬度为396MPa。
实施例6
对基体进行预处理，分别采用砂纸进行除锈抛光，使用无水乙醇和丙酮对基体表面进行超声波清洗，采用刚玉砂砾在0.2MPa气压下对基体表面进行喷砂处理，将预处理后的基体盖置在连接着水/液氮冷却管道的Cu合金冷却夹具上，并利用密封胶圈进行密封处理，让基体表面温度保持在5℃，然后采用等离子喷涂-物理气相沉积技术进行以Al92Ni2Y6为原料涂层喷涂，其中喷涂功率控制在51kW，氩气控制在32NLPM，氢气控制在60NLPM，送粉量在2.2g/min，走枪速度为550mm/s，喷涂距离为1000mm，每喷涂5遍停10s，最终获得本发明所提到的非晶柱状结构涂层，经过维氏硬度计的测量，硬度为219MPa。
对比例1
将实施例1中的基体不进行冷却，此时基体的温度为500℃。
请参阅图3，本对比例获得的涂层的结构为致密层状结构，经过维氏硬度计的测量，硬度为250MPa。
可以看出，当不对基体进行冷却时，基体温度较高，此时无法获得柱状结构的涂层，且对比例1的硬度远小于实施例1的硬度。
对比例2
将实施例1中的粉末状非晶合金材料改变为Si粉。
请参阅图4，本对比例获得的涂层的结构为致密层状涂层，经过维氏硬度计的测量，硬度为390MPa。
可以看出，当选择非金属材料进行喷涂时，虽然可以获得硬度较高的涂层，但是该对比例获得的涂层结构与实施例1不同，为致密的层状涂层，无法获得非晶且柱状结构的涂层。
综上所述，本发明提供了一种非晶柱状结构涂层的制备方法，即采用等离子喷涂-物理气相沉积技术将粉末状的非晶合金材料熔融、气化，在高速射流中喷涂到具有较低温度(5～20℃)的基体上，从而实现快速冷却，保证涂层非晶化，继而得到非晶柱状结构涂层。采用上述非晶柱状结构涂层的制备方法制备获得的非晶柱状结构涂层具有类似鲨鱼表皮的沟槽结构，当其涂覆在基体表面时，一方面由于非晶的原子不规则排列具有良好的耐腐蚀性，让基体不受腐蚀；另一方面由于其具有的类似鲨鱼表皮的沟槽结构，能有效减低流体阻尼。该非晶柱状结构涂层可以广泛应用于船舶、航空、航天、汽车或半导体领域中作为零部件的涂层。尤其适用于船舶领域，由于轮船船底常年浸泡在海水中，需要船底涂层防护材料具有良好的耐腐蚀性，且轮船在启动前进过程中，海水流体阻尼会对船底有阻碍作用，从而影响轮船的速度。本申请提供的非晶柱状结构涂层具有沟槽结构的非晶柱状结构涂层不仅可以降低流体阻尼，而且能充分利用非晶合金材料的优异耐腐蚀性能，让非晶柱状机构涂层表面沟槽结构能长久保持，在船舶业有巨大的应用价值。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种非晶柱状结构涂层的制备方法，其特征在于，其包括：
采用等离子喷涂-物理气相沉积技术将粉末状非晶合金材料喷涂到温度维持在5~20℃基体上，获得非晶柱状涂层；其中，所述粉末状非晶合金材料为Al92 Ni2 Y6 非晶粉末，所述等离子喷涂-物理气相沉积技术的工艺参数为：喷涂功率控制在50~60kW，氩气控制在30~40NLPM，氢气控制在60~70 NLPM，送粉量为2.0~3.0g/min，走枪速度为500~700mm/s，每喷4~6次停8~12s，喷涂距离为1000~1100mm。
2.根据权利要求1所述的非晶柱状结构涂层的制备方法，其特征在于，所述基体采用水冷却或液氮冷却。
3.根据权利要求1所述的非晶柱状结构涂层的制备方法，其特征在于，所述基体为Cu合金基体、不锈钢基体或Al合金基体。
4.根据权利要求1所述的非晶柱状结构涂层的制备方法，其特征在于，所述粉末状非晶合金材料的粒径为200~300目。
5.根据权利要求1所述的非晶柱状结构涂层的制备方法，其特征在于，在将所述粉末状非晶合金材料喷涂到所述基体之前，还包括对所述基体进行预处理：对所述基体的表面除锈、清洗、喷砂和烘干。
6.根据权利要求5所述的非晶柱状结构涂层的制备方法，其特征在于，采用砂纸对所述基体的表面除锈。
7.根据权利要求5所述的非晶柱状结构涂层的制备方法，其特征在于，采用无水乙醇和丙酮的混合溶液进行超声波清洗。
8.根据权利要求5所述的非晶柱状结构涂层的制备方法，其特征在于，所述喷砂使用的压强为0.2~0.4MPa。
9.一种非晶柱状结构涂层，其特征在于，其是采用如权利要求1~8任一项所述的非晶柱状结构涂层的制备方法制备而成。
10.根据权利要求9所述的非晶柱状结构涂层，其特征在于，所述非晶柱状结构涂层的厚度为10~90μm，维氏硬度为106~396MPa。
11.如权利要求9~10任一项所述的非晶柱状结构涂层在船舶、航空、航天、汽车或半导体的零部件涂层中的应用。
12.一种轮船，其特征在于，所述轮船的船底表面涂覆有如权利要求9~10任一项所述的非晶柱状结构涂层。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115142016A (zh) * 2021-09-08 2022-10-04 武汉苏泊尔炊具有限公司 非晶合金涂层及其制备方法
CN114480994B (zh) * 2022-01-27 2022-11-08 沈阳工业大学 提高Zr基非晶合金深冷循环诱导回春能力的装置及工艺
CN115011905A (zh) * 2022-07-12 2022-09-06 广东省科学院新材料研究所 一种热障涂层及其制备方法和应用
CN117070873A (zh) * 2023-10-10 2023-11-17 中国海洋大学 制备微沟槽减阻表面的热喷涂工艺

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104870692A (zh) * 2012-12-21 2015-08-26 埃克森美孚研究工程公司 具有改进的磨耗和磨损性能的低摩擦涂层及其制备方法
CN107338433A (zh) * 2017-07-11 2017-11-10 西安建筑科技大学 一种镁合金表面非晶合金涂层的制备方法
CN111893479A (zh) * 2020-07-31 2020-11-06 西安建筑科技大学 一种利用冷喷涂制备嵌入式复合非晶涂层的方法及复合材料

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110005920A1 (en) * 2009-07-13 2011-01-13 Seagate Technology Llc Low Temperature Deposition of Amorphous Thin Films
DE102018112353A1 (de) * 2018-05-23 2019-11-28 Forschungszentrum Jülich GmbH Verfahren zur Beschichtung eines Substrates mit einer Hohlraumstruktur

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104870692A (zh) * 2012-12-21 2015-08-26 埃克森美孚研究工程公司 具有改进的磨耗和磨损性能的低摩擦涂层及其制备方法
CN107338433A (zh) * 2017-07-11 2017-11-10 西安建筑科技大学 一种镁合金表面非晶合金涂层的制备方法
CN111893479A (zh) * 2020-07-31 2020-11-06 西安建筑科技大学 一种利用冷喷涂制备嵌入式复合非晶涂层的方法及复合材料

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Dong Lin 等."Infiltration thermodynamics in wrinkle-pores of thermal sprayed coatings".《Applied Surface Science》.2020,第543卷第148847-1-148847-13页. *
Xiaofeng Zhang 等."Structural evolution of Al-modified PS-PVD 7YSZ TBCs in thermal cycling".《Ceramics International》.2019,第45卷第7560-7567页. *
张小锋等.等离子喷涂-物理气相沉积Si/莫来石/Yb_2SiO_5环境障涂层.《无机材料学报》.2018,第33卷(第03期),第325-330页. *
邓子谦等.等离子喷涂-物理气相沉积射流中粒子状态和分布.《中国表面工程》.2017,第30卷(第03期),第81-88页. *

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