真空冷喷涂致密Al_2O_3陶瓷涂层微观结构的研究

本文选用平均粒径为400nm的Al_2O_3陶瓷粉末,采用真空冷喷涂的方法在玻璃基体上制备了涂层,采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)以及高分辨透射电镜(HR-TEM)等方法对真空冷喷涂氧化铝涂层的微观结构进行了深入分析。结果表明,Al_2O_3颗粒主要是以单个颗粒作为沉积单元,喷涂颗粒高速碰撞基体和已沉积涂层,发生了晶粒细化及塑性变形,在涂层的局部能够观察到由于粒子的强烈撞击而形成的非晶组织。此外,由于粒子高速碰撞过程中发生塑性变形,涂层局部产生了高密度的位错。     

PS-PVD 热障涂层显微结构对耐侵蚀性能的影响研究

采用等离子喷涂物理气相沉积 ( PS-PVD ) 技术开展了热障涂层梯度结构调控研究，通过调整喷涂送粉速率， 在底部、中间和顶部沉积阶段制备了五种不同的热障涂层，对热障涂层的显微组织、粗糙度、孔隙率、耐熔盐腐 蚀和耐粒子冲蚀性能进行表征，阐明了显微结构变化对热障涂层耐侵蚀性能的影响。研究表明：送粉速率的变化 对PS-PVD热障涂层羽柱状结构的沉积有显著的影响，低送粉速率下，涂层底部结构比较致密，当送粉速率增大时， 由于粉末颗粒在喷涂过程气化不充分，未熔粒子增加，羽柱状顶部结构趋向致密结构转变，涂层顶部孔隙率下降， 表面粗糙度降低。送粉速率由底至顶梯度递增制备的涂层表现出较高的耐熔盐腐蚀性能和耐粒子冲蚀性能。     

基板预热温度对冷喷涂涂层组织及沉积行为的影响

采用冷气动力喷涂方法在不同温度的基板表面制备了304不锈钢涂层,研究了基板温度对冷喷涂涂层组织及沉积特性的影响。试验结果表明,不同基板温度制备的冷喷涂涂层组织及显微硬度相同,随基板温度的升高,涂层的沉积效率升高;基板表面的氧化膜存在一个临界厚度尺寸,在临界尺寸下,氧化膜易被撞击粒子击破清除,氧化膜的临界厚度为3～4μm。     

等离子喷涂工艺参数对 BSAS 基可磨耗环境障涂层组织性能影响

为满足陶瓷基复合材料表面可磨耗环境障一体化涂层的需求,采用大气等离子喷涂技术制备 BSAS+ 聚酯(BSAS+P) 涂层,研究喷涂工艺参数对涂层组织性能的影响。结果表明：涂层为典型的层状结构,内部存在一定数量的孔洞和微裂纹;在一定范围内,提高喷涂电流、氢气流量和载气流量,有利于提高粉末颗粒熔化程度,使其在基体表面平铺变形效果好,所得涂层具有合适的孔隙率和表面硬度。等离子喷涂 BSAS+P 涂层最佳工艺参数为：喷涂电流 550A、氩气流量 40NLPM、氢气流量10NLPM、载气流量2.5NLPM,得到涂层孔隙率为 13.7%,表面硬度为64.7HR45Y。采用上述工艺参数制得的涂层,与基体结合强度较高,并且在 1000℃下与 Si 3 N 4 球间的平均摩擦系数为 1.2,具有较好的可磨耗性能。     

纳米羟基磷灰石/钛复合粒子冷喷沉积行为

运用冷喷涂技术在不同喷涂温度和不同硬度基体上沉积单个纳米羟基磷灰石/钛(nHA/Ti)复合粒子,研究喷涂温度与基体硬度对复合粒子冷喷沉积行为的影响规律。采用扫描电子显微镜(SEM)观察沉积后复合粒子的表面形貌及结合形态,结合能谱分析(EDS)沉积后复合粒子中HA的Ca/P比。结果表明,基体为Ti6Al4V和316L不锈钢基体时,粒子碰撞后发生了一定的塑性变形呈现中部隆起的扁平状,粒子周边出现了环形薄带。随着加速气体温度升高,复合粒子变形程度有所增加;基体为HA+Ti涂层基体时,碰撞后粒子呈现近球形嵌入至涂层基体中,随着加速气体温度升高,复合粒子嵌入至涂层基体中深度有所增加,粒子在基体表面粘附率增加。通过对沉积后复合粒子中HA的Ca/P比发现,冷喷沉积后复合粒子中的Ca/P比与原始粉末中基本相同。     

微米尺度与纳米尺度陶瓷颗粒等离子喷涂(APS)、超音速火焰喷涂(HVOF)、冷喷涂制备MCrAlY-Al_2O_3复合涂层的微结构与性能对比

陶瓷颗粒增强型金属基复合涂层在诸多工业领域都有需求,其中包括炼钢工业。本文中,MCr Al Y-Al2O3复合粉末通过球磨法制备,并且通过等离子喷涂、超音速火焰喷涂和冷喷涂分别制备了MCr Al Y-Al2O3复合涂层。实验结果显示,可以选用不优先使基体与Al2O3结合的复合粉末控制涂层中的Al2O3含量。涂层粉末的微结构在冷喷涂涂层和超音速火焰喷涂涂层中得到了良好的保留,这是因为喷涂粒子未熔化或部分熔化。然而,对于等离子喷涂的涂层,大多数Al2O3颗粒被隔离在层状界面,在条状界面上形成连续的氧化皮。经退火处理后,由元素扩散引起的条状界面的强化使得超音速火焰喷涂和大气等离子喷涂的涂层硬度增大。此外,冷喷涂涂层由于退火后加工硬化效果的消除,硬度增加不像超音速火焰喷涂和等离子喷涂涂层那样明显。     

冷喷涂技术及涂层处理工艺的研究进展

相比于热喷涂工艺,近年发展起来的冷喷涂具有明显的优势,冷喷涂工艺可以实现低温状态下的金属涂层沉积,这种工艺过程对粉末粒子结构几乎无热影响．而对粒子的加速效果很好,金属材料沉积过程中的氧化可以忽略。本文介绍了冷喷涂技术的原理和特点,总结了冷喷涂技术在涂层沉积机制、工艺参数和涂层后期热处理三方面的最新研究进展。涂层与基体的界面结合以及涂层之间的粒子结合都是以机械结合为主．由此导致涂层与基体的结合强度不高。如何对冷喷涂涂层进行热处理,使其结合强度有所提高,已成为冷喷涂技术研究的一个新方向。     

溶液前驱体等离子喷涂涂层微观结构影响因素研究

溶液前驱体等离子喷涂技术（SPPS）是以溶液前驱体替代常规等离子喷涂中的粉末,通过在等离子射流中形成细小陶瓷粒子,并沉积在基体上制备出具有独特结构涂层的新技术。溶液前驱体注入位置、溶液前驱体流量和喷涂距离显著影响涂层微观结构。分析表明：通过减小溶液前驱体注入位置、降低溶液前驱体流量可以保证更高比例溶液前驱体在等离子射流中发生充分反应,提高了涂层致密度。减小喷涂距离使更多在等离子射流中形成的陶瓷粒子以熔融态沉积在基体上,形成孔隙尺寸小及垂直裂纹密度高的YSZ涂层。     

喷涂工艺参数对等离子喷涂CoCrAlTaY-Al_2O_3涂层的微观组织结构和力学性能的影响

为提高连续退火炉高温炉辊的表面质量,采用大气等离子喷涂技术制备了CoCrAlTaY-30%Al_2O_3涂层,研究了喷涂工艺参数对涂层微观组织结构、相组成和力学性能的影响。结果表明:等离子喷涂CoCrAlTaY-Al_2O_3涂层中两种典型组织Al_2O_3相和合金相交互存在并分散较均匀,涂层主要由Co合金、α-Al_2O_3、γ-Al_2O_3物相组成;喷涂功率、喷涂距离和主气流量均对涂层的微观组织和物相无明显影响;随着喷涂功率的提高,粉末粒子的熔化效果变好、孔隙率降低,在40 kW喷涂功率下,涂层的硬度最高,此时结合强度达到68 MPa;在80～140 mm喷涂距离范围内,粉末大部分已熔化,有少量的未熔颗粒存在,在喷涂距离为120 mm时涂层表面光滑致密,孔隙率较低,结合强度最大为78.6 MPa;主气流量为40L/min时,涂层的孔隙率最小而结合强度最大。等离子喷涂CoCrAlTaY-Al_2O_3涂层的最优工艺参数为喷涂功率40 kW、喷涂距离120 mm、主气流量40 L/min,得到的涂层孔隙率为3.689%、硬度为HV_(0.3) 664.9、拉伸强度78.6 MPa。     

喷涂距离对超音速火焰喷涂WC10Co4Cr涂层沉积效率及耐磨粒磨损性能的影响

以-45~+15μm WC10Co4Cr团聚烧结球形喷涂粉末为原料,采用GTV超音速火焰喷涂(HVOF)系统K2喷枪,通过改变喷涂距离(300、340和380 mm)制备3种涂层,应用金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜、显微硬度计等表征涂层结构和性能。结果表明:随喷涂距离减小,WC10Co4Cr涂层孔隙率降低、显微硬度增加、耐磨粒磨损性能增强,但粉末的沉积效率降低;喷涂距离为300~380 mm时,WC10Co4Cr涂层的物相组成均为WC、W2C及少量非晶相;喷涂距离为300~340 mm时,WC10Co4Cr涂层显微硬度和耐磨粒磨损性能变化较小;结合磨损区域中心位置的微观结构、涂层物理性能和表面粗糙度变化,探讨WC10Co4Cr涂层的磨粒磨损和喷涂距离的影响机制。     

喷涂参数对内送粉等离子喷枪制备YSZ涂层微观结构和性能的影响

为了进一步提高大气等离子喷涂YSZ热障涂层性能并降低其成产成本,开发了内送粉等离子喷枪.本文采用Spray Watch 2i在线监测系统测量了YSZ粉末粒子温度和飞行速度,采用实验室手段表征了涂层的微观结构、结合强度、弯曲性能和抗热震性能.研究结果表明,内送粉方式下喷涂距离对涂层微观结构和性能的影响规律与外送粉相似,而电流和主气流量表现出了独特的作用效果：随电流的增大,涂层综合性能先增加后降低,高电流下制备的涂层结合强度较低;在30～50 L/min范围内,增大主气流量可显著提高涂层结合强度.与外送粉最优参数制备YSZ涂层相比,内送粉时的功率消耗大幅降低,但粒子熔化效果明显增强,相同送粉速率下粉末沉积效率略有增加,涂层热循环寿命有所提高.     

超音速火焰喷涂WC-12Co涂层工艺优化

为了进一步优化JP5000超音速火焰喷涂WC-12Co涂层的制备工艺,本文采用四因素三水平正交实验方法研究了喷涂距离、煤油流量、氧气流量和送粉量等四个主要工艺参数对WC-12Co涂层孔隙率和显微硬度的影响。结果表明:煤油流量是影响涂层孔隙率和显微硬度的最显著因素,氧气流量与喷涂距离次之,送粉量的影响较小;本次试验得到的优化工艺参数为喷涂距离380mm、煤油流量22.5L/h、氧气流量2050SCFH、送粉量5.5r/min。在此工艺参数下制备的WC-12Co涂层,其孔隙率为0.33%,显微硬度为1392HV300。     

工艺参数对超音速火焰喷涂Fe基非晶涂层性能的影响

Fe基非晶涂层具有优异的耐磨、耐蚀性能,以及较高的性价比,适合在表面防护涂层领域广泛应用。本文通过正交试验研究了煤油流量、氧气流量、送粉速率、喷涂距离对超音速火焰喷涂制备的Fe基非晶涂层的孔隙率、硬度、耐磨性能的影响。采用图像法、显微硬度计和摩擦磨损试验机分别对Fe基非晶涂层的孔隙率、硬度、耐磨性能进行了表征。采用X射线衍射仪和扫描电镜分别对涂层的相组成和显微结构进行了表征。通过极差分析法分析得出以涂层孔隙率最低为目标的优化制备工艺,最佳喷涂工艺参数为:煤油流量0.41 L/min,氧气流量830 L/min,喷涂距离430 mm,送粉速率40 g/min。结果表明:送粉速率和氧气流量对涂层孔隙率影响较大,进而影响涂层的硬度及耐磨性能。孔隙率随着氧气流量和送粉速率的增加而增加,随着煤油流量和喷涂距离的增加而降低。制备的Fe基非晶涂层硬度达到1158.9HV0.2,孔隙率为1.22%,磨损实验的质量损失量只有316L不锈钢的一半。     

冷喷涂金属涂层的耐腐蚀性能的提升方法

沉积温度低的特点使冷喷涂可避免喷涂金属粉末的氧化及对基材的热影响,是制备高致密金属涂层的有效 方法,在耐腐蚀金属涂层制备方面具有广阔的应用前景。然而在粒子高速碰撞沉积过程中,容易因粒子的塑性变 形程度不足而在粒子界面形成孔隙,相互连通的孔隙导致涂层不能隔绝腐蚀介质的渗入,因此不具备长效腐蚀防 护作用。对此,本文首先介绍了冷喷涂金属涂层的显微组织特点;其次,重点从基于热作用、力作用和热力耦合 作用的原位处理或后处理总结了改善冷喷涂金属涂层内部粒子间结合质量,进而提升金属涂层耐腐蚀性能的方法, 包括原位喷丸辅助冷喷涂方法、热处理、激光重熔、搅拌摩擦处理与热轧处理等,最后,针对当前冷喷涂耐腐蚀 涂层的发展现状,总结了亟待解决的问题和发展方向。     

In-flight particle characterization and coating formation under low pressure plasma spray condition

Yttria-stabilized zirconia( YSZ) coatings were deposited by low pressure plasma spray( LPPS) in 1.0× 10~4 Pa,1.5 × 10~4 Pa,and 2.5 × 10~4 Pa. Both in-flight particle diagnostic detected by DPV-2000 system and ANSYS-FLUENT software were used to study the connection between the parameters of flying particles and the coating formation,which might help to recognize the relationship between the operation parameters and the coatings quality. The results of simulation showed that particles in a lower spray pressure could achieve a higher velocity. The particle velocity was around 380 m/s at a distance of 35 cm from the nozzle at 1.0 × 10~4 Pa while only 300 m/s at 2.5 × 10~4 Pa in actual measurement.The results showed that the velocity of particles increased with decreasing the spray pressure,which might enhance the flattening rate of coatings and thereby decreased the porosity. The deposited YSZ coating with the lowest porosity can be gained under 1.0 × 10~4 Pa condition.     

Fracture Behavior of Cold Sprayed 304 Stainless Steel Coating During Cold Rolling

 The fracture behavior of cold sprayed 304 stainless steel coating in cold rolling process was studied. The 304 stainless steel coatings were deposited on low carbon steel substrate by cold gas dynamic spray (CGDS) and then cold rolled, respectively. The fracture morphology of the coatings was observed and analyzed, and the crack distributions along the longitudinal rolling direction of the coatings were also investigated and discussed. The results showed that the cohesive strength of the cold sprayed 304 stainless steel coating was too low to be cold rolled. Microcracks were formed in the as-sprayed coatings and ran perpendicularly to the rolling direction. The spacing distance between these cracks decreased with the increase of the cold rolling reduction. In addition, it was also found that the initial crack generated at the surface of the coating and propagated from the surface to the interface along the weakly bonded particles. A theoretical analysis was developed for the coating fracture. It gave a critical minimum cohesive bonding strength of the coating for non-breaking in cold rolling process. The crack propagation manner of the cold rolled coatings was also discussed.     

利用热喷涂技术制备二氧化钛光催化涂层研究现状与展望

纳米二氧化钛(TiO_2)因稳定、廉价、无毒等优势,成为研究与应用最广泛的光催化剂。为了解决颗粒状催化剂难以回收、易于造成二次污染等缺点,制备TiO_2涂层是较为理想的选择。热喷涂技术具有成本低、效率高、容易实现大面积制备等优势,在Ti O2涂层制备研究中得到广泛关注。基于此,本文综述了等离子喷涂、火焰喷涂、超音速火焰喷涂、冷喷涂技术在制备纳米TiO_2涂层方面的研究现状,并分析了影响TiO_2涂层光催化性能的关键制备因素,讨论了多种热喷涂技术在涂层微观结构控制与性能调控方面的研究现状,并对未来发展做了展望。     

基于正交试验的热障涂层性能变化规律研究

热障涂层广泛应用于燃气轮机、飞机发动机等装备上,其性能直接影响装备的使用寿命。本文采用大气等离子喷涂工艺,在GH4169高温合金表面依次制备NiCoCrAlY金属粘结层和ZrO_2-8%wtY_2O_3陶瓷层。采用扫描电镜和残余应力测试仪对样品的表面形貌、孔隙率以及表面的残余应力进行测试。通过正交试验研究喷涂工艺参数对热障陶瓷层厚度、孔隙率以及残余应力的影响,实验结果表明,对陶瓷层厚度的影响因素从大到小顺序依次为氢气流量,电流,氩气流量,喷涂距离;在相同的制备时间内,陶瓷层的厚度随着电流与氢气流量的增大而明显的增大;随着氩气流量与喷涂距离的增大,陶瓷层的厚度随之减小;对陶瓷层孔隙率的影响因素从大到小顺序依次为喷涂距离,氢气流量,电流,氩气流量。当氩气流量从30 slpm/min增加到40 slpm/min时,氢气流量从5slpm/min增加到10 slpm/min时,孔隙率随之增大;当氩气流量从40 slpm/min增加到50 slpm/min时,氢气流量从10 slpm/min增加到15 slpm/min时,孔隙率随之减小。当喷涂距离从5 mm增加到10 mm时,孔隙率随之减小,而当喷涂距离从10 mm增加到15 mm时,孔隙率急剧升高,而随着电流的增大,孔隙率减小。电流、氢气流量以及氩气流量对涂层残余应力造成很大影响,随着电流以及氢气流量的增大,氩气流量的减小,涂层表面的残余应力急剧上升。     

喷涂工艺参数对铝硅氮化硼封严涂层组织及性能的影响

采用大气等离子喷涂方法制备了铝硅氮化硼封严涂层,通过对涂层显微结构、硬度、结合强度和飞行粒子状态的研究,分析了喷涂工艺参数(功率22～34kW、送粉量30～50g/min及喷涂距离90～150mm)的变化对涂层组织和性能的影响规律。研究结果表明:随着功率的增加,飞行粒子温度和速度均增加,涂层的孔隙率和BN含量降低,硬度和结合强度提高;随送粉量增加,粒子温度和速度均减小,涂层孔隙率和BN含量增加,硬度和结合强度降低;随着喷涂距离的增加,粒子飞行速度降低的影响大于温度升高的影响,导致涂层孔隙率和BN含量提高,硬度和结合强度降低。