激光熔覆陶瓷及其复合涂层的材料体系

分析了激光熔覆陶瓷及其复合涂层的国内外研究与发展现状,对激光熔覆耐磨涂层、耐蚀涂层、热障涂层、抗氧化涂层和生物材料涂层的材料体系、性能特点与应用前景进行了综述。     

红外激光划痕涂层的应力应变理论分析

为研究涂层的热应力和应变与涂层结合强度之间的关系,对红外激光划痕后的涂层的热应力应变进行了理论分析,建立了涂层的热应力理论模型和应变公式.红外激光划痕涂层的试验结果表明,激光划痕后涂层在沿其厚度方向上的应变量有明显的突变过程,突变点的位置即是涂层从基体脱离下来的临界位置;激光划痕时涂层的剥离应力随涂层的温度增大而增大,并会呈现出两个阶段过程变化,进而说明了两个阶段之间的转折点反映了涂层结合强度的大小.     

伪装涂层激光反射特性检测与实验研究

通过分析伪装涂层防激光半主动制导的隐身机理,提出了降低涂层激光反射率并同时控制涂层表面激光空间反射特性的激光伪装技术途径。结合伪装涂层研究对激光反射特性测量的实际需要,分析了半球反射率和双向反射系数的测量原理、方法和特点,利用设计研制的测量装置实验研究了伪装涂层的激光反射特性。结果表明,利用所述方法能够准确、客观测量伪装涂层的激光反射特性,可用于指导涂层激光吸收剂的配方设计和涂层表面工艺控制研究。     

涂料拉开法附着力专用夹具的研制

涂层附着力是评价涂层质量的一项重要指标,是保证涂层满足各种性能要求的基本前提。涂层附着力包括界面结合力和涂层内聚力,这两者的大小决定了涂层附着力的牢固性。针对目前存在的问题,对GB/T 5210—2006测试方法提出的夹具提出了改进措施,进而提高了试验方法的精度,保证了试验结果的重复性和再现性。     

圆柱型涂层/基底系统中的激光超声表面波

为了分析圆柱型涂层/基底系统中声表面波的特点及其传播特性,以热弹激发机理为基础建立了脉冲激光在圆柱型涂层/基底系统中激发超声表面波的有限元程序。在此基础上,计算了激光在铝(涂层)/镍(基底)和镍(涂层)/铝(基底)系统中激发的超声表面波波形,它们分别对应了硬涂层系统和软涂层系统。结果表明,圆柱型涂层/基底系统中的超声表面波是色散的,并且其色散特性由弯曲柱面引起的几何色散和涂层/基底系统引起的色散共同决定,这使得圆柱型涂层系统中色散特性远比板状涂层系统杂,不存在简单的正常和反常色散规律。     

红外智能梯度隐身涂层

分析了热融合型红外隐身涂层用于战场的限制条件,提出了具有较好环境适应性的红外隐身材料的设计理念;从涂料性能和涂层结构两方面给出了隐身涂层的改进措施,采用梯度功能涂层的设计方法实现了目标温度的逐级补偿调控,研发了红外智能梯度隐身涂层(IIGSC).该涂层实现了对目标温度的逐级补偿控温,使热隐身性能更加优越,环境温度适应性更好.首次提出隐身涂层的灵敏度和环境适应性,对隐身涂层的灵敏性进行了强化研究,同时对隐身性能进行了评价,隐身效率可达59.5%.     

重防护涂层天然暴露试验研究

采用天然暴露试验方法，对钢基体金属热喷涂涂层和复合涂层耐大气腐蚀性能进行了研究。借助于扫描电镜和Ｘ射线衍射仪对涂层及腐蚀产物进行了形貌和结构分析。研究结果表明：热喷涂Ａｌ涂层和复合涂层适用皇恶劣环境中工作的军事电子装备钢结构件的长效防护。     

TC4表面激光熔覆TiAl合金涂层的工艺和组织性能

为了实现TC4钛合金表面TiAl合金涂层的大面积制备及实际应用,采用激光熔覆的方法在TC4钛基体上制备单道和搭接的TiAl合金涂层。通过表面形貌和界面特征分析了涂层的熔覆质量,对涂层的物相组成与显微组织进行研究,测试了熔覆层界面及搭接层之间的硬度分布。结果表明,涂层与基体之间属于冶金结合,涂层内部没有裂纹和孔隙等缺陷,涂层中Ti/Al主要以TiAl(γ)、Ti₃Al(α₂)以及与微量元素的化合物形式存在,涂层主要由双态组织和片层组织组成,测试得到单道熔覆涂层和搭接涂层平均硬度是基体的1.44倍以上,多道搭接涂层的组织分布相比单道涂层更加均匀;涂层可进行大范围的多道搭接熔覆,证明了TiAl涂层对TC4基体表面改性方法可行性。该研究对于实现涂层的实际应用具有重要意义。     

新型宽频带吸波涂层研究

本文介绍了一种在简单吸波涂层Dallenbach涂层中插入频率选择表面而构成的新型复合吸波涂层;采用等效电路法和传输线理论分析了这种涂层的吸收性能,证明其性能大大优于简单吸波涂层。     

红外隐身涂层发射率预测模型

针对红外隐身涂层发射率受颜料形状和涂层微结构等参数影响的问题,建立了基于有效介质理论和Kubelka-Munk理论的红外隐身涂层发射率预测模型.采用了Maxwell-Garnett有效介质近似模型,以Al作为颜料粒子,计算得到了含有空气和球形Al粒子的涂层等效折射率与波长的关系.从电磁波与颜料相互作用的机理出发,对涂层结构材料内部的后向散射效应进行了研究,结合几何光学理论计算了涂层的散射系数和吸收系数,以ZnS作为颜料粒子,定量分析了颜料形状和微结构参数对涂层发射率的影响,得出了涂层发射率与颜料粒子半径、体积百分比、等效折射率的关系.计算结果表明:该模型对红外隐身涂层的制备具有一定的指导作用.     

抗X射线复合涂层环境适应性研究

介绍应用等离子喷涂设备制备抗X射线复合涂层的工艺方法，并针对复合涂层的环境适应性问题，研究了降低涂层材料氧化、热应力集中和减小基材变形的技术措施。定量分析了复合涂层的化学成分，测量了复合涂层之间的结合力等参数，并给出了复合涂层高低温、湿热、震动等环境适应性的实验结果数据。研究结果表明，抗X射线复合涂层可以达到实用化要求。     

ZL102合金表面激光熔覆Al-Si+Al2O3复合涂层的组织和磨损性能

采用5 kW横流CO2激光器，在ZL102合金表面熔覆Al2O3颗粒增强的Al-Si合金复合涂层，探索了激光熔覆工艺参数对涂层质量的影响，分析了涂层的微观组织，测试了涂层的硬度和磨损性能。结果表明，在优化工艺参数下可以获得连续均匀、无气孔和裂纹的涂层，涂层的组织是在α固溶体和α固溶体+Si共晶的基体上均匀地分布着Al2O3颗粒，Al2O3颗粒尺寸在10～20 μm之间，与涂层基体结合紧密。涂层与基材之间呈典型的外延生长界面，形成了良好的冶金结合。涂层的硬度在Hv190～260之间，比基材提高了约2倍，涂层的耐磨性能比基材提高了约4倍。     

激光表面熔覆制备纳米结构涂层的研究进展

激光表面熔覆制备纳米结构涂层是一种新型的纳米表面涂层技术.综述了国内外近年来激光熔覆制备纳米结构涂层的研究进展.从熔覆对象的角度介绍了激光熔覆制备纳米结构涂层的主要技术,熔覆对象可分为纳米粉末和预制纳米结构涂层.而纳米粉末主要有纯纳米粉末、纳米/微米混合粉末和构造纳米粉末等;预制纳米结构涂层可分为热喷涂纳米结构涂层、纳米复合镀层以及溶胶一凝胶(sol-gel)纳米结构涂层等.阐述了激光熔覆制备纳米结构涂层存在的主要问题,并提出了当前的主要发展趋势:激光熔覆原位生成纳米结构涂层、激光熔覆纳米/微米构造复合粉末以及激光熔覆制备纳米结构涂层过程的数值模拟等.     

Ti6Al4V表面激光熔覆生物陶瓷复合涂层研究

针对Ti6Al4V合金在作为医用植入体中存在耐磨性及生物活性差的问题,采用激光熔覆制备表面羟基磷灰石HA/TC4复合生物陶瓷涂层。综合利用基体的力学性能和涂层的生物性能,具有显著优势。通过设计复合涂层的成分配比和优化激光加工工艺参数,在Ti6Al4V合金表面制备了成型良好、无冶金缺陷的单道和多道搭接生物复合涂层。对表面复合涂层的微观组织及性能进行了研究,结果表明涂层中生成了α-Ti、Ti3P、Ti O、Ca Ti O3和β-Ca3(PO4)2等相。涂层的摩擦系数低于基体,磨痕宽度小于基体,表明复合涂层具有优良的耐磨特性。模拟体液在涂层表面的接触角小于在钛基体表面接触角,表明激光熔覆涂层改善了基体的表面润湿性。     

硅酸盐基耐高温涂层的制备及发射率研究

以水溶性无机硅酸盐为基料,以不锈钢粉为填料,制备了硅酸盐基耐高温涂层,通过正交试验,优化了获得最低发射率涂层的制备工艺.对涂层的发射率和耐热性能进行了测试,采用IR和SEM表征了涂层的结构和微观形貌.结果表明:涂层的耐热温度达600℃主要因为高键能的Si-O键及Si-O-Si键的形成,600℃热老化前后涂层在3～5 (m波段的发射率分别为0.40和0.50,发射率的升高是因为热老化后涂层表面致密度的降低.     

激光强化冲击技术中涂层厚度的理论研究

在激光冲击强化技术中,充当能量转换体的涂层厚度问题是影响激光冲击强化效果的关键技术之一。许多研究者认为激光冲击强化处理技术中的涂层应有一个最佳值。涂层过厚,剩余涂层会对激光冲击波产生损耗;涂层过薄,又使金属表面产生气化,二者均会影响激光冲击强化效果。本文从激光与涂层相互作用的物理机理,研究推导了激光冲击涂层的理论厚度计算公式,并从工件表面状态、涂层和约束层等相关环境因素出发,讨论了它们对涂层厚度理论计算的影响,得到了具体工况条件下激光冲击涂层厚度的理论估算公式。     

激光重熔对喷射电沉积纳米镍涂层组织与性能的影响

为了提高喷射电沉积纳米镍涂层的性能,采用激光重熔工艺对涂层进行处理,研究了激光重熔对涂层微观组织和性能的影响。用扫描电镜(SEM),X射线衍射仪(XRD)和显微硬度计分析了涂层表面形貌、微观结构和显微硬度,同时对涂层的腐蚀特性进行了考察。结果表明,在优化的工艺参数下,喷射电沉积制备的镍涂层表面比较平整,结合致密,由平均尺寸为13.7 nm的纳米晶颗粒组成,但涂层中仍存在一些孔隙及其他缺陷;经过激光重熔后,熔融区内的晶粒尺寸明显减小,使涂层致密化程度得以提高并使涂层与基体由机械结合变为冶金结合,因此激光重熔处理后涂层的显微硬度明显提高,且其耐腐蚀性能明显优于原喷射电沉积镍涂层。     

激光重熔等离子喷涂自润滑复合涂层研究

为获得高副接触情况下具有抗疫劳的自润滑涂层,采用包覆的Ni包TiB2和Ni包石墨超细微粉,在9Cr18不锈钢表面,利用激光重熔等离子喷涂方法制备金属陶瓷自润滑复合涂层。研究了涂层制备的工艺方法、组织特征、界面形态及其形成机制,分析了涂层的耐磨性、抗疲劳性、自润滑性、组成物质及元素分布。结果表明,激光重熔等离子喷涂Ni包TiB2/Ni包石墨涂层,能够大大改善等离子喷涂层的组织结构,获得组织均匀致密,与基体结合强度高,同时含有硬质相和润滑相的复合涂层,在一定程度上减小了涂层的干摩擦系数,提高了涂层的耐磨性和抗疲劳性。     

达克罗涂覆工艺应用探讨

达克罗涂层是一种优秀的耐高温、高湿、高盐雾的防腐蚀涂层。本文详细叙述了达克罗涂覆工艺的特点、达克罗涂层防腐蚀机理、达克罗涂覆工艺过程，并对达克罗涂层的导电性和硬度做了探讨。     

EPDM基红外隐身涂层耐热性及使用寿命预测研究

从发射率变化的角度建立了红外隐身涂层失效的评价标准.根据Arrhenius公式研究了涂层寿命的估算方法.采用IR-2型发射率测试仪,测试了低红外发射率EPDM/Cu涂层在不同温度下发射率的变化,得出了涂层的最高耐受温度,并预测了涂层在不同Ma数的飞机蒙皮上的使用寿命.结果表明:涂层的最高耐受温度为523 K;涂层在1 Ma和1.5 Ma的蒙皮上的寿命分别可以达到4.91×103h和3.78×104h.理论计算结果与实验结论比较符合,这表明此预测方法在实际应用中有一定的普遍性,能够比较准确地预测红外隐身涂层的使用寿命.