等离子喷涂Al_2O_3-TiO_2陶瓷涂层的显微组织及摩擦学性能

以Al_2O_3-TiO_2(x=0%,3%,13%,20%,40%,质量分数)复合陶瓷粉末为原料,采用等离子喷涂工艺在316L不锈钢基体表面制备5种陶瓷涂层。利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X线衍射仪(XRD)、荧光金相显微镜分析粉末和涂层形貌、微观结构、物相组成及涂层孔隙率;利用显微硬度计及摩擦磨损试验机测试涂层力学及摩擦学性能,观察试样磨损形貌,分析磨损机理。结果表明:涂层呈典型的等离子喷涂层状堆积特征,涂层与基体结合良好。随TiO_2含量增加,涂层主相由γ-Al_2O_3向Al_2TiO_5相过渡,涂层韧性升高,硬度和孔隙率降低。在大气环境下,低TiO_2含量的涂层(Al_2O_3、AT3)发生应力疲劳磨损,高TiO_2含量的涂层(AT13、AT20和AT40)发生应变疲劳磨损;而在水环境下,5种涂层均发生应力疲劳磨损。     

不同喷涂工艺对Cr~(3+)掺杂Al_2O_3陶瓷涂层相结构及发光性能影响研究

通过火焰喷涂工艺和等离子喷涂工艺制备了Cr~(3+)掺杂Al_2O_3陶瓷涂层。采用扫描电镜、X射线衍射、荧光光谱仪等方法表征了涂层的微观形貌、孔隙率、相结构及发光性能等。对比两种不同工艺制备的Cr~(3+)掺杂Al_2O_3陶瓷涂层性能结果表明:等离子喷涂制备的涂层形貌、颗粒熔化状态、厚度均一性均优于火焰喷涂涂层,但火焰喷涂工艺涂层的发光性能远优于等离子工艺涂层,其原因是火焰喷涂制备的涂层中Al_2O_3粒子的熔融状态更差,保留了更多的α-Al_2O_3相,未熔粒子部分将以喷涂原粉中稳定的α-Al_2O_3结构存在涂层中进而影响其光学性能。     

基于正交实验设计方法的APS喷涂Al_2O_3涂层性能的研究

采用正交实验方法研究了大气等离子喷涂工艺参数主气流量、喷涂功率和送粉量对Al2O3陶瓷涂层结合强度和显微硬度的影响,通过X射线衍射仪和扫描电子显微镜研究了粉末和涂层的组织结构,采用WDW-50微机控制电子万能试验机、HV-1000维氏硬度计测量了涂层的结合强度、截面硬度,结合涂层组织结构并应用极差和方差分析方法对实验结果进行了分析,得到了优化后的工艺参数。结果表明,涂层由熔融和未熔融区域混合而成,截面形貌凹凸咬合,以机械结合为主。影响大气等离子喷涂Al2O3涂层性能工艺参数的主次顺序依次为:喷涂功率、主气流量、送粉量,随着功率和主气流量的升高,涂层的结合强度和硬度均出现先增加后降低的趋势。大气等离子喷涂Al_2O_3最优工艺参数为喷涂功率44KW,主气流量40L/min,送粉量40g/min,制备的涂层结合强度52MPa,显微硬度1219.4HV0.3,孔隙率值为4.00%。     

Al2O3 含量对 YSZ 热障涂层性能的影响

Al_2O_3等氧化物对YSZ热障涂层的高温使用性能有一定的影响。本文用HVOF喷涂Ni Co Cr Al Y合金粘结层,APS喷涂YSZ陶瓷面层,制备了Al_2O_3含量为0.01~0.64wt%的YSZ涂层。比较了不同Al_2O_3含量的YSZ涂层在1100℃下的热震性能和抗烧结性能,并探讨Al_2O_3对涂层的影响机理。结果表明相较于高纯YSZ涂层,随着涂层中Al_2O_3含量升高,涂层的抗热震性能降低,且Al_2O_3促进YSZ涂层的烧结。Al_2O_3含量在小于0.01wt%-0.12wt%区间内时,对涂层抗热震和抗烧结性能有显著影响,含量继续增加至0.64%时,对性能影响减缓。显微组织观察与EDS检测结果表明涂层中Al_2O_3并未在熔融颗粒界面处偏聚,但在颗粒内部有局部偏析。由此推测,含Al_2O_3的YSZ涂层热震失效的原因可能是Al_2O_3在YSZ颗粒内部偏析,并影响涂层的烧结性能,导致裂纹容易萌生和扩展。     

40Cr钢表面高焓等离子喷涂Cr_2O_3涂层的性能

采用SQC-100高焓等离子喷涂设备在启闭机活塞杆用40Cr钢表面制备Cr_2O_3涂层。对Cr_2O_3涂层的微观组织结构、显微硬度、孔隙率、结合强度、抗磨损性能、电化学性能等进行分析与测试,并分析Cr_2O_3涂层的磨损机理。结果表明:高焓等离子喷涂获得的Cr_2O_3涂层孔隙率为0.81%,平均显微硬度(HV0.2)达1 310.3,结合强度均值为60.6 MPa。摩擦磨损实验表明,Cr_2O_3涂层的质量损失仅为0.001 3 g,基体材料40Cr钢的质量损失为0.101 8 g,涂层的抗摩擦磨损性能为基体材料的78倍,涂层的磨损机理为磨粒磨损和粘着磨损。同时,Cr_2O_3涂层的抗电化学腐蚀能力优于基体材料。利用高焓等离子喷涂制备Cr_2O_3涂层具有优良好的应用前景。     

超音速等离子喷涂纳米防污陶瓷涂层研究

以NiCr合金为底层,含防污成分的纳米Al_2O_3-13%TiO_2为面层,采用超音速等离子喷涂方法制备纳米防污陶瓷涂层。研究了不同工艺对涂层截面形貌、孔隙率、显微硬度及结合强度的影响,探讨了涂层的防污性能,获得了较优的喷涂工艺参数:Ar流量3.6～3.8 m~3/h,H_2流量0.4 m~3/h,电流400～420A,电压150V,喷距100mm,送粉量30g/min。采用较优超音速等离子喷涂工艺制备的纳米防污陶瓷涂层孔隙率可达0.8%,HV_(0.3)≥987,结合强度≥35.15 MPa,并且抗海生物附着性能优良。     

TZM 基体上制备 Al2O3 涂层的热冲击性能研究

单节热离子燃料元件为了保证接收极与冷却剂NaK合金及与其接触的装置绝缘,采用等离子喷涂方法在接收极钼钛锆合金(Mo-0.5Ti-0.08Zr,通用牌号为TZM)表面制备了Al_2O_3绝缘涂层。本工作对比研究了经过不同次数的高温(20℃—1250℃—20℃)热冲击后TZM基体上Al_2O_3涂层的相组成、表面形貌、涂层基体的结合强度及涂层表面应力状态。结果表明,热冲击后氧化铝涂层由γ-Al_2O_3和α-Al_2O_3相混合全部变为α-Al_2O_3,涂层孔隙数量增多,涂层表面平整度下降,结合强度由21.1MPa下降到6.7MPa。涂层与基体的应力状态由拉应力转变为压应力。     

连接层和退火对 HVAF 喷涂Cr3C2-NiCr 涂层性能的影响

本文使用HVOF和HVAF技术在铜合金上喷涂Cr_3C_2-50wt%Ni Cr涂层,并就NiCr连接层和退火对HVAF喷涂层的耐磨性和耐腐蚀性进行研究。通过对涂层物相组成、显微结构、力学性能、摩擦磨损性能以及电化学动力学曲线进行测试。结果发现:HVAF喷涂层具有比HVOF更高的结合强度,且磨损体积差异较小,但致密的HVOF喷涂层其耐腐蚀性能优于HVAF喷涂层;NiCr连接层的添加提高了复合涂层的结合强度,且致密的连接层结构可阻碍腐蚀液向基体的侵蚀,使复合涂层的耐腐蚀性能提升;退火处理通过消除涂层内部缺陷提高组织致密性,使得耐腐蚀性增强,并且退火处理降低了涂层内部残余应力,导致涂层结合强度和耐磨性能提升;300℃磨损条件下,喷涂层的磨损机制包括黏着磨损、磨粒磨损和局部氧化磨损。     

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。     

工艺参数对高速火焰喷涂 NiCr-Cr3C2 涂层性能的影响

基于正交回归实验设计工艺参数的方法,本实验研究了喷涂距离、氧气流量和送粉量对高速火焰喷涂NiCr-Cr_3C_2涂层性能的影响,获得了喷涂工艺参数与涂层孔隙率、硬度、结合强度的关系。结果表明:喷涂距离、氧气流量和送粉量对涂层性能具有交互的影响,优化的喷涂距离、氧气流量和送粉量有利于获得性能较好的涂层。