化学气相沉积钽涂层表面膜层生长动力学机制及耐蚀性能研究
批准号:
52061019
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
35.0 万元
负责人:
蔡宏中
依托单位:
学科分类:
金属材料使役行为与表面工程
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
蔡宏中
中文摘要
难熔金属钽涂层已经成为我国航空、航天、海洋及新能源领域实现跨越式发展的关键耐腐蚀材料之一。钽涂层的耐腐蚀性能强烈依赖于晶粒取向和表面物理化学特性。然而,该涂层存在严重的选择性腐蚀,制约了其在相关领域的推广和应用。本项目基于缺陷工程的表面热动力学调控理论,提出一种等离子刻蚀表面调控钽涂层耐腐蚀性能的方法。通过热力学解析和分子动力学模拟,明确化学气相沉积(CVD)Ta涂层的沉积行为;采用第一性原理计算,阐明涂层的晶粒取向对表面活性的影响规律。通过实验研究,获得等离子刻蚀参数对CVD;Ta涂层的精细结构、表面状态与耐蚀性的内在作用机制。最终,结合理论计算和实验结果,确定涂层的结构特性、电化学特性和原子位置交互输运过程,构建表面多层结构模型,揭示CVDTa涂层表面微观结构的热动力学缺陷调控机制。本研究可为高性能CVDTa涂层的可控制备提供技术及理论支撑。
英文摘要
Tantalum coating has become one of the key corrosion-resistant materials in the field of aviation, aerospace, ocean and new energy. The corrosion resistance of the tantalum coating strongly depends on grain orientation and surface physical and chemical properties. However, the coating has serious selective corrosion, which restricts its application in related fields. Based on the theory of surface thermokinetic control of defect engineering, this project proposes a method to control the corrosion resistance of tantalum coating by plasma etching. Through thermodynamic analysis and molecular dynamics simulation to determine the deposition behavior of CVD Ta coating; by using the first-principles calculations to clarify the effect of grain orientation on the surface activity of the coating. The intrinsic mechanism of plasma etching parameters on the fine structure, surface state and corrosion resistance of CVD Ta coatings was obtained through experimental study. Finally, combined with the theoretical calculation and experimental results, the structural characteristics, electrochemical characteristics and atomic position interaction transport process of the coating are determined, and the surface multi-layer structure model is constructed to reveal the thermodynamic defect control mechanism of the surface microstructure of CVD Ta coating. This study can provide technical and theoretical support for controllable preparation of high performance CVD Ta coating.
钽具有优异的耐腐蚀性能,可以抵抗除了氢氟酸之外的所有强酸的腐蚀,被广泛应用于耐腐蚀领域,化学气相沉积技术是制备钽涂层的主要方法之一。沉积工艺对钽涂层的晶粒尺寸、晶体取向、表面形貌等均有显著的影响,进而影响涂层的耐蚀性能,由于不同晶面的活性不同,易造成钽涂层不同区域耐蚀性能产生差异,局部存在优先腐蚀现象,从而造成整个涂层的快速失效。本项目通过对钽涂层的沉积过程控制和表面活性调控,从而提升整个钽涂层耐腐蚀性能,主要研究了钽涂层的化学气相沉积反应过程热力学、沉积动力学、微观组织结构、力学性能和耐蚀性能;构建了涂层表面空位影响表面能、表面活性和扩散特性的热力学模型;采用优化的阳极氧化及等离子刻蚀工艺提升了钽涂层耐蚀性能。主要研究结果如下:钽涂层的临界反应温度为881℃,适合于钽涂层沉积的工艺参数范围为沉积温度1100-1300℃, 化学气相沉积钽涂层主要呈现(110)、(200)和(211)晶面取向,其中(200)晶面取向的织构系数最高(110)晶面化学活性最弱。阳极氧化有利于增加氧化层厚度,化电压20V,氧化时间60min,等离子刻蚀有利于氧化膜层的生成,刻蚀能量1000eV,刻蚀时间30s条件下,获得氧化膜的致密度、耐蚀性能最优。本项目的研究成果可为化学气相沉积钽涂层的可控制备和应用提供理论及实验支撑。
CVD法制备铱/氧化铪复合超高温抗氧化涂层的应用基础研究
-
批准号:51361014
-
项目类别:地区科学基金项目
-
资助金额:50.0万元
-
批准年份:2013
-
负责人:蔡宏中
-
依托单位:
国内基金
海外基金