冷喷涂制备非晶合金涂层的研究进展

综述了近年来冷喷涂制备非晶合金涂层的现状,总结了喷涂工艺参数对铁基、铝基、铜基及镍基等非晶合金涂层制备的影响,详细阐述了涂层晶化及沉积机制,并在冷喷涂涂层硬度、耐磨及防腐性能等方面进行了归纳,最后对冷喷涂技术在非晶合金制备的发展趋势进行了展望.     

热喷涂纳米粉体材料及其涂层制备

介绍了国外喷涂用纳米结构喂料的制备方法，以及采用几种先进的热喷涂技术制备的纳米结构涂层，并指出非晶/纳米晶涂层是该领域研究的重中之重。与传统喷涂层相比，纳米结构涂层在耐磨、防腐性能方面呈现出优异性能和良好的发展前景。     

激光辅助冷喷涂制备高硬度材料涂层的研究进展

冷喷涂是一种新型的低温固态涂层制备技术,在制备温度敏感、相变敏感、氧化敏感材料涂层方面表现出突出的优势。但单纯冷喷涂技术无法沉积高硬度材料,这极大地限制了冷喷涂的应用范围,为了解决该问题,激光技术被引入冷喷涂沉积过程中同步软化喷涂颗粒与基板,这不仅能使高硬度材料实现有效沉积,还能提高冷喷涂涂层的沉积效率、致密度和结合强度等,拓宽冷喷涂沉积材料的选择范围。阐述了激光辅助冷喷涂技术的原理、特点和优势,综述了该技术在沉积制备高硬度金属及金属基耐磨复合涂层的国内外研究现状。     

电沉积法制备纳米晶材料的研究进展

综述了纳米晶的特点，纳米晶材料电沉积制备的原理和方法，介绍了电沉积纳米晶镍及镍基材料的硬度、拉伸性能、应力、耐磨、耐蚀性及热稳定性等性能研究及其应用现状。认为100μm以下的纳米晶电沉积层的高耐蚀耐磨性在汽车发动机、液压活塞等零部件上将会进一步应用，纳米晶镀层的热稳定性还需改善。     

超音速火焰喷涂制备铁基非晶合金涂层的研究现状

非晶合金的短程有序,长程无序和不存在晶界、位错等晶体缺陷等特点,使其具有较高的强度以及优异的防腐耐磨性能,从而成为一种具有广阔应用前景的新型金属材料。 然而,由于非晶合金体系本身非晶形成能力和制备技术的限制,目前难以得到具有工程意义的大尺寸块体结构材料。为了充分利用其优异的性能和扩大其应用领域,众多学者对制备非晶合金涂层展开了广泛研究。以超音速火焰喷涂为代表的热喷涂技术由于具有加工工艺简单、热输入低、喷涂材料范围大、制备的涂层耐磨耐蚀性能好等优势成为了制备非晶合金的重要方式。目前,利用超音速火焰喷涂技术制备的非晶合金涂层主要有Fe基、Ni基和Mo基等。而在众多的非晶体系中,Fe基非晶合金涂层由于其优异的性能和低廉的成本受到了广泛关注。研究者们发现,制备性能优异的Fe基非晶合金涂层不仅需要合适的制备方法,同时合金系成分的合理选择以及制备过程中工艺参数的优化能够完善非晶合金本身的优良特性,保证非晶合金具有更好的非晶形成能力并提高涂层的质量及使用性能。 目前,通过超音速火焰喷涂的涂层孔隙度通常低于2%,在使用改进型空气超音速火焰喷涂系统后可以将涂层的孔隙度降低到0.3%以内,使得涂层更致密,减少涂层浸泡在腐蚀介质中由于孔隙造成的涂层破坏,延长涂层的使用寿命。另外,在深共晶规律、电子密度规律、热力学规律等经验规律的指导下,研究者们开发了很多成分多元的Fe基合金体系,使得制备的非晶合金涂层在耐磨耐蚀等性能上都有很大提升,例如七元合金体系中的Fe₄₀Cu₈Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Y₂在干摩擦磨损实验中,磨损量仅为相同条件下45号钢的四分之一,说明其具有优异的耐磨性能;八元合金体系中的Fe₆₃Cr₈Mo3.5Ni₅P₁₀B₄C₄Si2.5在进行3.5%(质量分数)NaCl溶液的电化学腐蚀实验后,比相同条件下304不锈钢涂层表面的腐蚀坑更少、更小,拥有更好的抗腐蚀性能。 本文对超音速火焰喷涂Fe基非晶合金的研究现状进行了综述,归纳总结了合金化学成分和喷涂参数对Fe基非晶合金涂层摩擦学性能和耐蚀性能的影响。并对超音速火焰喷涂制备性能优异的Fe基非晶合金涂层的研究前景进行了展望。     

铝基非晶材料研究与再制造应用前景

发现于20世纪60年代的铝基非晶合金作为一种低密度材料拥有着较高的比强度,而且与传统晶态材料相比,呈现出长程无序、短程有序的原子排列特点,其内部不存在晶界、位错等较易引发失效的缺陷结构,表现出高硬度和优异的防腐、耐磨等性能,受到了国内外众多学者的广泛关注.起初,这类材料由于受到制备工艺的限制,表现为非晶与纳米晶共存的结构.随着科技发展,科学家们开发了一系列具有完全非晶结构的铝基合金体系.这些材料在具有较高的机械强度的同时能够表现出良好的韧性,使人们对其非晶形成能力、制备方法及应用推广等方面产生了较大的兴趣.对铝基非晶合金非晶形成能力的研究,学者们通常基于块体非晶合金非晶形成能力的经验判据,以及其他一些新提出的判定方法,如蒸发焓、费米层电子态密度、原子扩散以及析出相熔点等.但是,由于铝基非晶合金过冷液相区间较窄以及Al元素化学活性较强,因此铝基非晶合金的非晶形成能力普遍较弱.虽然人们在元素种类及含量变化对铝基非晶合金非晶形成能力的影响等方面做了大量的研究工作,但是目前仍未形成具有普适性的或更加精确的铝基非晶形成能力判定方法,未来仍需借助高性能材料模拟计算和机器学习等技术来进行完善.铝基非晶合金非晶形成能力较弱,以及其对外界条件的影响较为敏感,导致其在制备过程中易发生晶化,从而使获得的材料尺寸维度普遍较低.目前,铝基非晶合金的常见制备方法可按照其形态(粉状、块体、涂层等)来进行划分.粉状铝基非晶合金的制备方法主要为气雾化法和机械合金化法;块体铝基非晶合金的制备方法主要为直接凝固法和粉末冶金法;涂层类铝基非晶合金的制备方法主要包括激光熔覆、爆炸喷涂、冷喷涂、超音速火焰喷涂和电弧喷涂.相对而言,铝基非晶涂层制备技术不会受到工件尺寸的限制,工艺简单、操作方便,且适合于户外大面积施工,在表面防护与再制造工程领域更具应用潜力.尤其是在大型舰船、飞机、海洋设施等高附加值零件的再制造领域里,铝基非晶涂层制备技术的大规模推广应用将会带来巨大的经济效益.本文介绍了铝基非晶合金的发展过程、非晶形成能力、制备方法等内容,总结了铝基非晶涂层在再制造领域的应用前景,并展望了铝基非晶合金的未来研究方向.     

用电热爆炸超高速喷涂法制备WC-Co合金涂层的研究

制备高性能表面耐磨涂层是抵抗工件磨损的有效途径.利用自行研制的电热爆炸超高速喷涂装置,进行了在大气环境下制备WC-Co硬质合金抗磨涂层的试验研究.分析了WC-Co金属陶瓷箔爆炸过程的电学变化特性,不同电压等级下的试验结果表明:爆炸箔的平均能量利用率约为30%,得到了亚微米级的超细晶涂层;涂层的平均显微硬度为原始喷涂材料硬度的1.1～1.5倍,最高可达2 220 HV;在涂层与基体结合面处形成了不同于涂层和基体组织的过渡层;晶粒直径最小可达70 nm,平均晶粒度级别数G=20.8.     

激光熔覆制备抗冲蚀磨损镍基复合涂层的研究进展

冲蚀磨损是材料在流体或含固体颗粒流体的冲击作用下造成的表面磨损现象,在传统材料表面熔覆粉末可以有效改善其表面性能,抑制材料损伤速度,降低制造成本.采用激光熔覆制备的涂层具有结合强度高、对基材的稀释率低和热影响程度小等优点,用于解决恶劣环境下服役零件的冲蚀磨损问题,具有很好的应用前景.熔覆材料主要包括铁基、钴基、镍基三个体系.其中,铁基涂层抗磨性好、成本低,但涂层易产生裂纹缺陷,自溶性、抗氧化性差;钴基涂层耐磨耐蚀性好,但是价格昂贵;镍基涂层抗高温氧化性和耐磨耐蚀性好,价格适宜,综合起来优势明显,应用前景广阔.国内外很多研究人员通过调整镍基合金粉末的成分和激光熔覆的工艺参数改善涂层的性能,如向镍粉中加入硬质陶瓷颗粒或者合适的元素等提高镍基复合涂层的性能.主要硬质颗粒包括WC、Al2 O3、SiC、TiC等.一些学者通过加入镍铝金属间化合物来提高涂层的耐蚀性能;一些学者向涂层中加入稀土元素以生成稳定的化合物;一些学者研究工艺参数对涂层性能的影响.此外,还有一些学者通过在渣浆泵、抽油泵、水轮机等零件上制备镍基涂层,显著提升工件的耐磨耐蚀性能.本文综述了激光熔覆镍基复合涂层的研究进展,指出了目前研究存在的问题,并对未来的研究方向进行了展望,为镍基复合涂层的深入研究和在冲蚀磨损工况条件下的推广应用提供参考.     

新一代环氧润滑耐磨涂层研制与应用中需解决的若干问题

采用粘涂技术在零件表面制备固体润滑耐磨涂层的方法在润滑减摩方面有着广泛的应用,环氧润滑耐磨涂层以其独有的优势在该领域内占据主要地位.材料科学、表面技术及计算机分析技术的发展,为新一代环氧润滑耐磨涂层的研制提供了良好的基础.开发新的涂层材料、优化涂层厚度和涂层结构、完善与开发新的涂层工艺、实现固/液润滑相互促进是提高新一代环氧润滑耐磨涂层工作性能的重要途径.     

热喷涂Fe基非晶/纳米晶涂层的研究进展

分别介绍了等离子喷涂、高速火焰喷涂、活性燃烧高速燃气喷涂以及电弧喷涂技术制备Fe基非晶/纳米晶涂层的研究现状,分析比较了各自的特点、工艺方法、优缺点等,并展望了其发展前景。     

Ti-Al双丝超音速电弧喷涂涂层的滑动磨损特性研究

为了提高铝合金(LY12)的表面耐磨性,采用钛、铝金属丝材和SAS-Ⅰ型超音速电弧喷涂设备,利用二次回归正交试验方法、有润滑滑动磨损试验、涂层显微组织和磨损表面形貌观察、XRD分析,定量分析了喷涂电压和喷涂距离对涂层滑动磨损体积的影响规律,并进行了喷涂工艺参数的优化及其与基体滑动磨损的对比试验.结果表明:在特定的磨损和喷涂条件下,当喷涂距离较小时,随喷涂电压的增大,涂层的体积磨损量逐渐减小;随着喷涂距离的增加,涂层的体积磨损量随喷涂电压的升高逐渐增大,并且喷涂距离越大,涂层的体积磨损量随喷涂电压增大的速率愈大.当喷涂电压比较低时,涂层的体积磨损量随喷涂距离的增大而降低,但是,随喷涂电压的逐渐升高,涂层的体积磨损量随喷涂距离的增大逐渐上升,并且,喷涂电压愈高,其随喷涂距离而增加的速率越快.当喷涂电压和喷涂距离分别为26V和0 236m时,涂层具有最佳的耐滑动磨损性能,根据该工艺参数制成的涂层,其滑动磨损体积仅为LY12铝合金的1/38.84.即在适当的工艺条件下,Ti-Al双丝超音速电弧喷涂涂层对LY12铝合金具有显著的表面耐磨强化作用.     

海洋环境下热喷涂锌、铝及其合金涂层防腐蚀机理研究概况

综述了国内外几十年来在不同海水环境中对热喷涂锌铝及其合金涂层防护性能和机理研究的成果.热喷涂锌铝及其合金涂层在海洋环境中具有优良的长效防护性能,锌具有优良的电化学保护性,铝具有比锌更好的化学稳定性,锌铝合金既保留了锌的电化学特点,又具有铝的化学稳定性能.指出了今后的研究重点应该是金属与有机复合层在浪花飞溅区苛刻腐蚀环境下界面的腐蚀规律和腐蚀机理的探讨,对金属与有机复合层界面的腐蚀原因在理论上做出了本质的解释,并能预测涂层体系的防腐蚀寿命.     

超音速火焰喷涂技术研究进展

介绍了一种新型的超音速火焰喷涂技术--活性燃烧高速燃气喷涂(AC-HVAF),该工艺的喷涂过程对喷涂材料的氧化及热退化影响非常小,可以制备出极低氧化物含量和极高致密度的涂层,该涂层具有优越的耐磨损和耐腐蚀能力,同时其喷涂速度和沉积效率均优于传统超音速火焰喷涂(HVOF).     

Fe3Al-Al2O3陶瓷梯度涂层性能研究

利用等离子喷涂制备了不同成分设计的多种Fe3Al-Al2O3陶瓷复合涂层，采用金相显微镜、SEM、XRD及电子探针等手段，研究了涂层的微观组织及成分分布，并对涂层的结合强度、显微硬度及抗热震性能进行了试验研究。结果表明，Fe3Al过渡层的引入可有效地改善涂层的质量，Fe3Al金属间化合物是钢基体上制备陶瓷涂层较为理想的过渡材料。涂层成分的梯度化有利于涂层结合强度和抗热震性能的提高。     

等离子沉积氧化锆涂层显微组织及性能研究

目的以氧化锆粉末作为喷涂材料,使用等离子喷涂的方式制备出性能优异的氧化锆涂层。方法通过不同的工艺参数来对涂层的显微组织及性能进行优化,分别利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射分析仪(XRD)等方法,研究了工艺参数对涂层显微组织影响,并通过高温氧化测试来研究涂层的抗高温性能。结果在其他喷涂条件固定的情况下,涂层的厚度与喷涂时送粉量有关,送粉量越高则涂层厚度越大;当改变喷涂距离时,涂层的致密度则随着喷涂距离的增加而降低;在高温氧化40h后,涂层表面没有发生明显变化。结论通过等离子喷涂制备的氧化锆涂层具有较好的致密度,孔隙率最低仅为3.24%;涂层具有良好的热稳定性,能够长时间在高温下稳定使用。     

热喷涂生物陶瓷涂层的研究进展

采用热喷涂技术在金属(合金)基材表面制备的生物陶瓷涂层, 兼具金属材料较高力学强度和陶瓷材料优良生物学性能, 作为骨植入材料的研究和应用备受关注。本文介绍骨植入涂层材料的研究概况, 重点阐述热喷涂羟基磷灰石(HA)涂层的研究现状, 并概述新型生物活性硅酸钙陶瓷涂层的研究进展。     

Formation of highly oriented hydroxyapatite in hydroxyapatite/titanium composite coating by radio-frequency thermal plasma spraying

Highly oriented hydroxyapatite (HA) coatings with excellent adhesion were successfully obtained on titanium (Ti) and titanium alloy through a radio-frequency thermal plasma spraying method. The ratio of HA and Ti powders supplied into the plasma was precisely controlled by two microfeeders so as to change the composition from Ti-rich to HA-rich toward the upper layer of the formed coatings. The bond (tensile) strength of the HA/Ti composite coatings was ca. 40–50 MPa. XRD patterns showed that the topmost HA layer of the coatings had an apatite structure with (00l) preferred orientation. The degree of this orientation showed a tendency to increase with an increase in the substrate temperature during spraying.     

Ti-6Al-4V合金基体等离子喷涂生物活性羟基磷灰涂层的研究进展

系统阐述了在钛合金(Ti-6Al-4V)表面等离子喷涂羟基磷灰石(HA)涂层的研究进展.描述了等离子喷涂制备HA涂层的工艺过程、微观形貌和化学组成.综述几种综合性能较高的复合型涂层:HA/BG(生物活性玻璃)复合涂层,HA/ZrO2复合增强型涂层,HA/Ti涂层,HA/Ti-6Al-4V梯度涂层;并对HA涂层发展趋势进行了展望.     

含TiB2陶瓷相热喷涂涂层的研究进展

TiB2具有高耐磨、高耐腐蚀、耐高温、抗氧化等优异性能,但由于高脆性和材料制备的困难性,使其用作结构材料还很难.通过各种工艺制备含有TiB2陶瓷相的涂层既可充分发挥材料的优异特性,满足工件所需的耐磨耐高温耐腐蚀等性能,又节省了材料节约了成本.本研究介绍了先进陶瓷材料TiB2的主要结构性能以及目前制备TiB2涂层的主要方法,着重介绍了有关国内外热喷涂法制备含TiB2陶瓷相涂层的研究进展和成果,并对不同热喷涂工艺的特点与发展趋势做了分析和讨论,最后阐述了TiB2涂层的成功应用情况及其广阔的发展前景.