喷涂工艺对 SiC 基片上制备的 Si 粘结层组织及性能的影响

环境障涂层体系中 Si 粘结层的制备工艺对涂层性能有重要影响, 性能良好的 Si 粘结层可以有效提高环境 障涂层与 SiC 复合材料结合强度和改善涂层与基体热膨胀的匹配程度。 本文主要研究 Si 粘结层的制备工艺对涂 层组织及性能的影响, 采用大气等离子喷涂技术在 SiC 基片上制备 Si 粘结层, 研究喷涂电流对 Si 粘结层表面粗 糙度、 相组成与形貌、 与基体的结合强度和硬度的影响。 综合分析发现, 喷涂电流为 400 A 时, 颗粒熔融状态良 好, 涂层表面粗糙度 Ra 为 (3.15±0.35) μm, 截面孔隙率为 4.9%, 涂层结合优于其他三组工艺, 其平均结合强度 值为 16 MPa。     

熔盐处理对 SiC 陶瓷表面及其与 Si 涂层界面性能影响研究

环境障涂层体系中粘结层与基体的结合性能是评价其质量的重要指标之一。本文针对环境障涂层中硅粘结层与硅基陶瓷材料结合性能不理想的问题,采用Na2CO3和Na2SO4熔盐作为蚀刻剂对SiC陶瓷表面进行粗糙化处理,研究了SiC陶瓷表面熔盐处理后的显微形貌、粗糙度以及物相组成。采用真空等离子喷涂技术制备了Si涂层,采用划痕法、压痕法以及拉伸结合强度测试法表征了涂层-基体界面的性能,发现采用高温熔盐处理方法可以显著提高Si涂层与SiC陶瓷之间的界面结合性能。本工作初步验证了高温熔盐处理方法是一种有效的陶瓷表面粗糙化处理技术。     

等离子喷涂 Mo 包覆 Ni20Cr 自粘结粉末 制备的粘结层结合性能

针对如何提升金属粘结层结合强度的问题, 本研究提出了使用 Mo 包覆 Ni20Cr 复合粉末作为新型粘结层 材料的方法。 高熔点 Mo 包覆层可以减少喷涂过程中核芯元素的蒸发, 在大气等离子喷涂条件下获得超高温熔滴, 有助于涂层与基体以及涂层内部实现冶金结合。 采用机械合金化法制备了 Mo 包覆 Ni20Cr 复合粉末, 并在大气 等离子喷涂条件下制备涂层考察其结合强度。 通过一维传热模型预测了镍基合金熔滴碰撞在镍基合金、 奥氏体不 锈钢和低碳钢基体上实现铺展熔合冶金自结合所需要的温度, 采用 DPV-2000 测试系统对粒子飞行过程中的温度 进行测量, 使用扫描电子显微镜 (SEM) 对涂层的微观结构进行了表征。 粒子温度测量结果表明, 在大气等离子 喷涂条件下, Ni20Cr-Mo 熔滴可加热至 2620 ℃以上, 满足碰撞铺展过程中引起基体表面熔化而产生冶金结合的 温度条件。 涂层结合强度拉伸试验中所有试样都从胶中断裂, 涂层结合强度大于 76.1 MPa。 组织观察结果表明涂 层组织结构致密, 不仅大量粒子层界面间产生了冶金结合, 涂层与基体界面处也观察到一定深度的熔坑, 表明涂 层与基体以及涂层层间界面均实现了冶金结合, 由此显著提高了结合强度。     

人工关节用真空等离子喷涂Ti-HA涂层工艺研究

采用真空等离子体喷涂技术,在Ti基体上制备Ti-HA涂层,研究了喷涂工艺因素对涂层结构、性能的影响.结果发现,适当降低喷涂功率、减少氢气流量,有助于提高Ti涂层的粗糙度和HA涂层的结晶度.在优化的工艺参数下,可获得粗糙度大(Ra 26.0 μm)的Ti涂层和结晶度高(67%)的HA涂层.本文还在人工髋关节实物表面制备了可满足临床植入要求的Ti-HA涂层.     

超音速等离子喷涂制备梯度功能热障涂层的特点

在国内最新研制成功的超音速等离子喷涂系统基础上,开发了国内外独创的“双通道、双温区”超音速等离子喷涂工艺,将高熔点陶瓷粉末和低熔点合金粉末分别送入等离子焰流的不同温度区,保证两种粉末分别达到各自的熔点,再均匀混合后以超音速喷射到基体形成涂层,克服了传统的“金属/陶瓷混合法”制备梯度热障涂层时,低熔点金属相过熔而引起的氧化、脆化问题。制备出的Ce-YSZ/NiCoCrAlY梯度功能热障涂层(FG-TBCs)组织结构均匀致密,陶瓷与金属组份呈连续梯度分布,显示出良好的韧性。在自行开发的多功能旋转式热震试验机上对约1 mm厚的涂层经1 200℃加热、淬水,200周次热震试验后,涂层表面仅出现了细微网状裂纹,裂纹垂直向下扩展最深350μm,止于梯度层中塑性金属区,未发现任何涂层剥落现象。     

304不锈钢表面冷喷涂TC4钛合金涂层性能研究

采用冷喷涂技术在304不锈钢表面制备了TC4钛合金涂层,通过扫描电子显微镜观察了涂层的形貌、组织结构,并利用电化学方法研究了涂层的腐蚀电化学特征。研究结果表明,冷喷涂制备的TC4钛合金涂层致密性存在较为明显的梯度现象,靠近基体的涂层密度明显高于表面;涂层喷涂过程没有出现明显氧化现象,与基体的结合强度可达20 MPa左右;涂层的耐腐蚀性能优于304不锈钢,可大大提升不锈钢材料在海洋环境中的耐点蚀性能。     

基体条件对等离子喷涂Sm2Zr2O7/NiCoCrAlY功能梯度热障涂层热冲击性能的影响

采用有限元分析软件ANSYS对等离子喷涂Sm2Zr2O7/NiCoCrAlY功能梯度热障涂层在金属基体材质类型、厚度、半径变化时涂层的冲击热应力进行了分析。结果表明,涂层热应力及其应力梯度随着金属基体热膨胀系数增加而增大。当基体厚度超过20 mm后,其对冲击热应力的影响基本可以忽略。涂层热应力随基体半径增加而增大,当超过18 mm后,基体半径对涂层应力影响不大。     

制备工艺方法对 NiCrFeMo 涂层组织和性能影响研究

采用等离子喷涂、 超音速火焰喷涂和冷喷涂工艺制备了 NiCrFeMo 涂层, 并对涂层的金相性能、 不同基体 材料下涂层的结合性能、 不同温度下涂层的耐磨性能进行了检测。 实验结果表明： 采用冷喷涂工艺制备的涂层孔 隙率最低, 对应涂层的结合强度最高, 但冷喷涂工艺制备的涂层对基体材料较为敏感, 而超音速火焰喷涂和等离 子喷涂受基体材料影响不大。 在室温下, 冷喷涂涂层显示出较优的耐磨性能, 在高温下超音速火焰喷涂涂层显示 出较优的耐磨性能。     

等离子喷涂CeO2改性La2Zr2O7纳米热障涂层高温性能研究

研究了不同Ce掺杂量对La2Zr2O7相结构稳定性的影响,确定了Ce原子掺杂量为5.45％的CeO2改性La2Zr2O7涂层（CLZ）.研究了采用大气等离子喷涂制备的涂层与原始粉末化学成分计量比偏离情况.经共沉淀制粉、喷雾干燥团聚造粒、大气等离子喷涂制备了Ce原子掺杂量为5.45％的新型纳米CLZ热障涂层,研究了涂层的长期组织结构稳定性、抗热震性以及失效机制.结果表明,CLZ涂层具有良好的长期组织结构稳定性,涂层在1150℃下热震循环寿命达到26次.涂层失效主要以层状撕裂为主.陶瓷层和粘结层热膨胀不匹配、粘结层发生氧化可能是导致CLZ涂层热震失效的主要原因.     

浸锌-热浸锌沉没辊专用喷涂粉末的制备及涂层性能

采用球磨-制粒-烧结法研制热浸锌沉没辊专用喷涂粉末,采用超音速火焰喷涂法(SFS)制备涂层,研究喷涂粉末及涂层性能。结果表明,所制备的粉末为圆球形,流动性好,沉积效率高,与常规WC-Co涂层粉末相比,热浸锌专用涂层粉末中含有大量的η相。本工作研制的喷涂粉末所制涂层与基体的结合强度大于62 MPa,涂层中孔隙度仅1.2%。涂层中粘结相以η相形式存在。对采用热浸锌专用喷涂粉末制备的涂层进行现场使用考察,其使用寿命为国内常规WC-Co涂层使用寿命的近4倍。     

大气等离子喷涂固体氧化物燃料电池用低温阴极材料

大气等离子喷涂由于能够快速制备具有可控微结构的功能涂层,在固体氧化物燃料电池(SOFCs)制造中具有广阔的应用前景。该技术使得低温运行(500～700℃)的SOFCs可通过在耐用低成本金属支撑体上直接喷涂得以制备。不过,目前商业应用的SOFCs所使用的标准阴极材料在较低运行温度下具有很高的极化电阻,因此,开发可替代的高性能低温阴极材料是推动金属支撑体应用的关键。在不锈钢基材上通过轴向注入大气等离子喷涂方法制备了镧锶钴铁氧化物(LSCF)涂层,并对涂层的厚度和微观结构进行了表征,同时采用X射线衍射(XRD)方法分析了等离子喷涂过程中涂层材料的分解和杂质相的产生。根据这些结果确定了能够制备LSCF涂层的等离子喷涂参数,以及可用于喷涂复合阴极涂层的条件范围。     

HVAFWC-Co-Cr涂层的研究和表征以及与电镀硬质铬涂层的对比

新型超音速火焰喷涂系统(HVAF)主要用于生产硬质合金和金属合金涂层。该过程类似于传统的超音速氧焰喷涂(HVOF)工艺,但采用空气代替氧气为助燃剂。因此,超音速火焰喷涂工艺的火焰温度更低(~2300K),从而最大限度地减低了喷涂材料的氧化和热失效。该工艺粒子飞行速度可达1000米/秒。本文对HVAF WC-CoCr涂层进行了研究,采用截面法对涂层显微组织形貌等特性进行了观测和讨论,对涂层的表面质量和相成分进行了分析。此外,还测量了涂层的硬度,通过电化学腐蚀试验表征了涂层的腐蚀行为。最后,将该涂层的检测结果与电镀硬铬涂层进行了比较和分析。     

真空等离子喷涂HA/Ta复合涂层

羟基磷灰石(HA)具有良好的生物相容性和骨传导能力,采用等离子体喷涂技术在钛合金等金属基材上制备的HA涂层材料已在临床医学上被广泛使用。但是,HA涂层与钛合金基材之间较低的结合强度影响了植入物在体内的长期使用。本文采用真空等离子体技术制备钽(Ta)掺杂的HA涂层,以期在保持其良好生物学性能的同时提高其结合强度。HA/Ta复合涂层的微观形貌、元素组成和相组成由SEM及配套的能谱仪(EDS)和XRD分析技术表征。按ASTMC-633标准对涂层的结合强度进行了测试。将涂层试样浸泡于模拟体液中以评估其生物活性。结果表明:Ta增强HA涂层具有粗糙的表面和层状结构,其结合强度随着Ta含量的增加而增加。掺60%Ta(H4T6)涂层的结合强度达到37.2MPa,约为HA涂层的1.9倍。模拟体液浸泡试验显示,掺钽HA涂层表面形成了类骨磷灰石,表明具有良好的生物活性。     

纳米及传统微米级热障涂层热循环过程中的组织演变研究

本文以超音速等离子喷涂方法沉积NiCoCrAlY金属粘结层,以普通大气等离子喷涂沉积纳米及微米级YSZ两种陶瓷表层,并对涂层进行热循环实验,对比研究不同结构热障涂层在热循环条件下的组织演变规律。结果表明：由于纳米团聚粉体的不充分熔化导致纳米涂层中存在较多的微裂纹和孔隙,微米、及纳米涂层的孔隙率分别为10%及15%,载荷300g下的显微硬度分别为776.1及606.9。两种结构的热障涂层在热循环过程中均出现了网状裂纹,但随着热循环次数的增加,这些微裂纹不断连接扩展,裂纹宽度不断增加,并且与纳米涂层相比,微米涂层裂纹的扩展和拓宽速度相对较快。纳米涂层由于孔隙率较高,热生长氧化物（TGO）生长速度较快,TGO的快速生长导致陶瓷层/金属粘接层界面的应力增大,使得横向裂纹（平行于陶瓷层/金属粘接层界面）萌生及扩展并引起涂层的剥落失效。     

Optimising the corrosion performance of pre-painted steels

Pre-painted steel is one of the most important structural material of the 20th century well known for its excellent corrosion resistance and wide ranging applications.A typical pre-painted steel usually consists of a layer of metal coating system,preferably zinc or zinc alloy coating and a combination of layers of inorganic - organic coatings usually referred to as paint system.The corrosion resistance of the metal coating as well as the paint system may vary considerably based on their composition and t...     

纳米氧化锆热障涂层高温性能演变研究

采用大气等离子喷涂技术制备了纳米氧化锆热障涂层。利用FESEM、XRD和拉曼光谱开展了纳米氧化锆热障涂层的微观组织和物相组成的高温演变研究。微观组织分析结果表明,纳米氧化锆热障涂层始终保持着独特的“纳米-微米”双态结构,而其中纳米晶粒大小随着服役温度和服役时间的增加而增大,但仍保持纳米结构;物相分析结果表明,纳米氧化锆热障涂层主要由非平衡四方相组成,并不随服役环境的变化而变化;而拉曼峰形状及位置的变化则进一步揭示了高温服役环境会造成涂层组织缺陷减少和声子散射降低,从而导致热导率的上升。     

多孔Ti-3Zr-2Sn-3Mo-25Nb钛合金表面活性次级微孔涂层的构建及其成骨诱导性能研究

为提高多孔医用钛合金的生物活性,以实现快速骨整合,首先利用微弧氧化法(MAO)在多孔Ti-3Zr-2Sn-3Mo-25Nb(TLM)合金表面制备出含Ca、P的次级微孔涂层,并在此涂层表面通过水热处理生成羟基磷灰石(HA),得到活性次级微孔涂层。采用X射线衍射、电子扫描显微镜和能谱仪分析了活性次级微孔涂层的相组成、微观形貌和元素特征,通过接触角测试实验对比研究了TLM钛合金表面改性前后的亲水性变化,并进一步通过动物实验研究了经表面活性次级微孔层改性后的多孔TLM钛合金的骨整合性能。结果表明,微弧氧化处理可在多孔TLM表面形成规整的含Ca、P相的次级微孔层,水热处理后微孔层的亲水性增强,且具有良好的成骨诱导性能。     

超低压等离子喷涂YSZ涂层显微组织结构研究

采用超低压等离子喷涂技术(Plasma Spray-Physical Vapor Deposition,PS-PVD)制备了YSZ涂层,对涂层的显微组织结构进行了分析,并对比了粘结层表面不同预处理对于YSZ涂层生长趋势的影响规律。研究结果表明:MCrAlY涂层致密,孔隙率为1.5%,结合强度达83.2MPa;YSZ涂层呈现明显的柱状晶结构。粘结层表面粗糙度对柱状晶生长方向影响较大,表面粗糙度越小,柱状晶生长方向越趋于一致,基本沿法向生长。在超低压状态下,涂层不存在"遮蔽效应",可实现异型面涂层制备。     

热喷涂铁基材料在印刷业耐磨防护上的应用

与典型的耐磨防护材料（如金属陶瓷）相比,铁基材料不仅对人体更健康、更具有环境友好性,而且在材料成本和加工费用方面,其经济效益也更明显。当喷涂粉末的粒度非常细时（小于15um）,所获得的涂层表面更光滑,而且能获得相对较薄的、致密的、接近净成形的涂层。这就会降低涂层材料及加工的费用。本研究采用大气等离子（APS）喷涂粒度为...     

反应等离子喷涂TiN复相涂层的组织与性能研究

采用工业纯钛粉,利用反应等离子喷涂技术,在45钢表面原位合成TiN复相涂层。利用X射线衍射仪分析了涂层的物相组成,采用扫描电镜观察涂层的组织结构、显微压痕、断口和磨损形貌,采用能谱仪分析压痕微区成分,测试了涂层的显微硬度和耐磨性能。结果表明:复相涂层由TiN、TiN0.3、Ti3O组成;涂层具有典型的层状组织结构,且层与层之间、层与基体之间结合较好;涂层的显微硬度为983~1 254 HV0.1;显微压痕形状清晰、规则,且压痕周围无翘边现象;断口形貌说明涂层具有一定的韧性,为介于陶瓷材料与韧性材料之间的混合断裂机制;涂层在低载荷时耐磨性能最佳。