用颗粒冲击磨损试验评价热喷涂陶瓷涂层的粒子间结合

热喷涂层中扁平粒子同的结合决定涂层的性能。能评价粒子间结合的简单可靠的方法对于涂层的实际应用具有十分重要的意义。然而采用传统的试验方法如拉伸试验难以获得令人满意的结果。可“预料具有去结合机理的一层接一层去除粒子的试验方法将是有效的。实验证明通过控制测试条件，颗粒冲击磨损试验能够通过去结合机理有效地使涂层产生磨损。本论文提出了陶瓷涂层颗粒冲击磨损的模型，基于涂层受颗粒冲击磨损是因一层层的粒子通过去结合而产生的机理，建立了磨损速度与粒子间结合率的关系。定义为ACT-JP值(磨损速度的倒数)的特征值与粒子间结合率的实验相关性证明了粒子间结合对陶瓷涂层磨损的控制作用和利用颗粒冲击磨损试验评价粒子间结合的可行性。     

热喷涂方法对Al_2O_3涂层层状结构的影响

热喷涂层由扁平粒子组成，呈层状结构。气孔不可避免地存在于涂层中，而这些气孔包括通常所指的微米级气孔以及亚微米级的气孔。亚微米级气孔由扁平粒子间的未结合界面和扁平陶瓷粒子内所产生的显微裂纹构成。业已开发成功陶瓷涂层的电镀技术，并利用电镀的钢在涂层断面上的分布，揭示热喷涂Al2O3涂层的的真实气孔结构的方法。该方法的最重要之处在于直观地揭示热喷涂层的扁平陶瓷粒子间的未结合界面。本论文将电镀技术应用于传统的等离子、低气压等离子以及爆炸喷涂法喷制的Al2O3涂层，用扁平粒子间平均结合率和扁平粒子的平均厚度为结构参数定量地评价涂层结构。考察热喷涂方法对扁平粒子间结合的影响。     

热喷涂方法对Al2O3涂层层状结构的影响

热喷涂层由扁平粒子组成，呈层状结构。气孔不可避免地存在于涂层中，而这些气孔包括通常所指的微米级气孔以及亚微米级的气孔。亚散米级气孔由扁平粒子间的未结合界面和扁平陶瓷粒子内所产生的显微裂纹构成，业已开发成功陶瓷涂层的电镀技术，并利用电镀的铜在涂层断面上的分布，揭示热喷涂Al2O3涂展的的真实气孔结构的方法。该方法的最重要之处在于直观地揭示热喷涂层的扁平陶瓷粒子间的未结合界面。本论文将电镀技术应用于传统的等离子、低气压等离子以及爆炸喷涂法喷制的Al2O3涂层，用扁平粒子间平均结合率和扁平粒子的平均厚度为结构参数定量地评价涂层结构。考察热喷涂方法对扁平粒子间结合的影响。     

陶瓷-金属多层涂层不同温度循环冲击损伤特征与演化规律

目的 探讨环境温度对陶瓷-金属多层涂层冲击损伤的影响,获得不同温度条件下涂层的冲击损伤特征,揭示陶瓷-金属涂层在温度与循环冲击共同作用下的失效机理,为多层涂层的设计和使用提供参考.方法 首先使用可调温度的速度控制型单颗粒循环冲击设备,对陶瓷-金属多层涂层在不同温度(35、200、350、500℃)下进行垂直冲击试验.采...     

等离子喷涂Al2O3陶瓷涂层的冲蚀磨损特性

研究了在固体颗粒冲蚀条件下,不同冲击速度、不同磨料尺寸等因素对等离子喷涂Al2O3陶瓷涂层冲蚀磨损率的影响,并在不同条件下与20号钢进行了对比试验,分析了等离子喷涂Al2O3陶瓷涂层的冲蚀磨损特性及磨损机理,提出等离子喷涂Al2O3陶瓷涂层具有脆性特征的冲蚀磨损特性,它适用于细磨料低速冲蚀磨损条件.     

等离子喷涂纳米Al2O3/TiO2涂层耐磨性的研究

采用液相喷雾造粒的方法将纳米粒子团聚成微米级颗粒,并利用等离子喷涂技术制备出了含有纳米结构的陶瓷涂层。在MM200型环块磨损试验机上进行了常温干摩擦试验,比较了纳米结构涂层和传统陶瓷涂层的耐磨损性能,利用扫描电镜观察了磨损后的磨痕形貌。结果表明,纳米涂层的耐磨损性能明显好于传统陶瓷涂层,且随着磨损载荷的增大,纳米涂层和传统涂层的磨损机制的变化是不同的。传统涂层的磨损机理主要是微裂纹和颗粒的剥落,而相同条件下纳米涂层则由于涂层韧性的提高,几乎不存在微裂纹,主要表现为涂层的局部剥落和粘着。     

NiAl/NiCoCrAlY/8YSZ复合喷涂层的微观结构与性能研究

目的提高金属/陶瓷隔热涂层体系在海洋环境下的耐腐蚀性能。方法利用冷喷涂方法制备NiAl复合打底层和Ni CoCrAlY粘结层,与等离子喷涂制备的8YSZ陶瓷层构成适用于海洋环境的多层结构耐蚀隔热涂层体系。利用FE-SEM分别观察喷涂态粘结层和陶瓷层的表面、横截面形貌,通过EDS分析涂层元素分布;利用XRD分析表征涂层的物相组成;借助万能材料试验机,采用拉伸法测试涂层结合强度;利用热循环试验和焰流冲刷试验测试涂层的耐高温性能。结果微观分析表明,冷喷涂制备的NiAl复合打底层和Ni CoCrAlY粘结层形貌致密,涂层材料未发生明显氧化,颗粒变形程度不一,粘结层与基体间的结合强度约为18.4 MPa,粘结层与8YSZ陶瓷层界面结合紧密。陶瓷层物相结构和成分稳定,涂层经12次热震循环和1000个周期的高温焰流冲击后,表面未出现开裂、起皮和脱落。结论采用冷喷涂法和等离子喷涂法联合制备的耐蚀隔热复合涂层体系具备良好的耐热性和耐腐蚀性。冷喷涂制备的金属涂层结构致密,孔隙率低,与陶瓷层结合良好,能够有效提高涂层体系在腐蚀性环境中的耐蚀性能。NiAl复合涂层可以缓解Ni CoCrAlY粘结层和铝合金基材间的热匹配问题,增强涂层的结合性能。     

纳米掺杂Al2O3＋13wt% TiO2等离子喷涂涂层的抗磨损性能

采用纳米掺杂(5%～30%)方法制备出纳米包覆微米级粒子的AT13等离子喷涂粉末,并利用大气等离子喷涂技术制备出了含有纳米复相结构的陶瓷涂层.在MM-200型磨损试验机上进行了常温干摩擦试验,比较了纳米复相结构涂层和传统陶瓷涂层的耐磨性能,利用扫描电镜观察了磨损后的磨痕形貌.结果表明,纳米复相涂层的耐磨性能明显好于传统陶瓷涂层,且随着磨损载荷的增大,纳米复相涂层和传统涂层的磨损机制的变化是不同的,传统涂层的磨损机理主要是微裂纹和颗粒的剥落,而相同条件下纳米复相涂层则由于涂层韧性的提高,主要表现为涂层的粘着磨损与局部剥落,并对纳米掺杂等离子喷涂涂层对AT13涂层磨损机制的影响进行了探讨.     

热喷涂涂层结合强度的冲击测量法

讨论了一种新型快速定性评价热喷涂层结合强度的冲击测试方法,采用自由落体的落锤冲击设备对涂层进行冲击试验,并采用声发射技术进行动态监测,以定性分析涂层结合强度。首先用超音速等离子喷涂技术分别制备了组织致密,性能良好的Ni Cr金属、Cr_2O_3陶瓷涂层。采用90°和120°金刚石压头、120°及Ф2 mm球形硬质合金压头试验,其中120°硬质合金压头更适合冲击法测试涂层结合强度。随着冲击能量的提高,声发射的能量计数也不断提高,但是落锤高度超过400 mm后,能量计数变化不大,说明在400 mm时涂层发生了破坏。对基体金属、Ni Cr涂层、以及有无Co Cr Al Y为结合层的Cr_2O_3陶瓷涂层进行对比测试,发现声发射能量计数峰值随着涂层结合强度的增强而降低。     

TiC颗粒增强镍基合金复合涂层的摩擦学性能(英文)

运用等离子喷涂技术制备了TiC颗粒增强镍基合金复合涂层,分析了TiC颗粒增强镍基合金复合涂层的微观结构,研究了其摩擦磨损行为与机理。结果表明:TiC颗粒增强镍基合金复合涂层主要由γ-Ni,CrB,Cr7C3和TiC构成;复合涂层与基底材料间形成了厚度为9.4μm的过渡层,达到了冶金结合。当TiC颗粒含量为30%(体积分数)时,复合涂层的摩擦系数和磨损率均最低,即其摩擦系数为0.33,较纯镍基合金涂层降低了30%;其磨损率为0.3×10-3mm3/m,是纯镍基合金涂层的1/3。当载荷在6～10N的范围内时,复合涂层呈轻微磨损,其磨损机理主要为粘着磨损;当载荷达到12N时,复合涂层产生严重磨损,其磨损机制转变为硬质相的脱落和转移层的层脱剥落。     

Diamond coatings on tungsten carbide and their erosive wear properties

Diamond coatings up to ∼60-μm thick have been grown by microwave plasma CVD (MPCVD) on sintered tungsten carbide (WC) substrates, and their erosive wear properties are investigated under high velocity air–sand erosion testing. Two different sintered tungsten carbide (WC) substrates have been investigated and compared, the binder being either 6% Co or 5% Ni by weight. Significant differences in morphology, residual stress, adhesion and erosion performance are seen as a function of pre-deposition treatment, deposition conditions and the source of the substrates. Adherent coatings could be deposited to a thickness of ∼35 μm. They offer significantly better erosion resistance compared to uncoated substrates, with the erosion rate being lowered by up to a factor between ∼5 and 20 for particle test velocities of 148 and 63 m s⁻¹, respectively. The steady-state erosion rates of the coatings are a function of a gradual micro-chipping mechanism. However, the life of the coating is dependent on the progression of sub-surface damage promoted by sub-surface shear stresses associated with the particle impacts. It is thought that the coating debonding is driven by the shear stresses interacting with the grain boundary porosity at the substrate/coating interface.     

放电等离子烧结铁基非晶涂层的滑动与冲蚀磨损性能

目的研究放电等离子烧结的Fe_(48)Cr_(15)Mo_(14)Y_2C_(15)B_6非晶涂层在滑动和冲刷条件下的耐磨性。方法利用放电等离子烧结(SPS)技术,制备Fe基非晶态合金涂层。通过滑动磨损实验和冲蚀磨损试验,分别评价非晶涂层的滑动磨损性能和冲蚀磨损性能,并通过X射线衍射仪和扫描电子显微镜分析非晶涂层的组织结构以及磨损形貌。结果非晶涂层在滑动摩擦条件下,随着载荷由10 N增加至20 N,磨损率由0.089×10~(-3)mm~3/m上升到0.216×10~(-3)mm~3/m,但摩擦系数由0.841减小到0.778。非晶涂层在冲蚀磨损条件下的体积磨损率随着冲蚀角度(30°~90°)的增加,先增大后减小,45°时达到极大值(15.80 mm~3/h)。磨损表面形貌表明,铁基非晶的滑动磨损机制主要是疲劳磨损和粘着磨损,冲蚀磨损机制主要表现为构成涂层的粉末颗粒的脆性剥落。结论与常用AISI 52100轴承钢相比,SPS制备的非晶涂层在滑动摩擦条件下有着显著的低磨损率和低摩擦系数,但在冲蚀磨损条件下的耐磨性能较差。     

锌粉颗粒形状对机械沉积无结晶镀层结构的影响

以球状锌粉和片状锌粉为原始锌粉借助于机械镀工艺制备了无结晶锌防护层，运用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）观察了镀层的结构形貌；采用XRD技术分析了镀层的物相组成；采用贴滤纸法进行了镀层的孔隙率测试。研究结果表明，片状锌粉制备的镀层比球状锌粉制备的镀层表面要平滑、光亮。球状锌粉制备的镀层中锌粉颗粒呈紧密堆积，部分锌粉颗粒发生塑性变形；片状锌粉制备的镀层中的锌粉颗粒呈层片状叠加，镀层中锌粉颗粒没有发生明显塑性变形。两种形状锌粉制备的镀层均为锌基多相混合体系，镀层中没有固溶体、化合物等合金相产生，属于锌基复合镀层。锌粉颗粒形状对镀层中颗粒之间的结合机理没有显著影响，两种镀层中锌粉颗粒间均以机械咬合为主。     

Improvement of Adhesion and Cohesion in Plasma-Sprayed Ceramic Coatings by Heterogeneous Modification of Nonbonded Lamellar Interface Using High Strength Adhesive Infiltration

The mechanical properties and related performance of thermally sprayed ceramic coatings are degraded by their relatively low adhesion and cohesion resulting from the limited bonding at substrate/splat interface and splat/splat interface. In this study, the influence of high strength adhesive infiltration on the microstructure and erosion performance of plasma-sprayed Al₂O₃ coatings was investigated to understand the improving mechanism of adhesion and cohesion through heterogeneous modification of nonbonded interfaces. Element distribution maps proved that the adhesive can be infiltrated from the coating surface to the coating/substrate interface through the inter-connected open pores including in-plane nonbonded area and microcracks in splats. Both adhesion and cohesion can be significantly improved by the heterogeneous modification of nonbonded lamellar interfaces of both splat/splat and splat/substrate through adhesive infiltration. The adhesive strength of the coating was increased from several MPa to ~50 MPa after adhesive infiltration. The erosion resistance at a large particle jet angle was improved by a factor of 3 due to the significant improvement of the lamellar cohesion, although the erosion resistance at a small particle jet angle was not significantly influenced.     

基于纳米划痕的电子束光刻胶微观力学性能研究

目的 研究不同厚度的ZEP-520电子束光刻胶胶层的韧性以及其与衬底间的结合强度等力学性能,为解决光刻胶层在使用过程中的开裂及脱落问题提供实验支持.方法 利用纳米划痕技术对不同厚度下的ZEP-520电子束光刻胶进行了划痕测试,分析了光刻胶开始破损和完全脱粘时的临界载荷,研究了胶层厚度与光刻胶韧性的定量关系,并以光刻胶胶层与硅基底的结合能评价了其结合强度.此外,在厚度为587 nm的光刻胶胶层上,利用电子束曝光技术成功制备了频率为10000线/mm的高质量正交光栅,采用几何相位分析法对栅格间距误差进行了定量表征.结果 ZEP-520光刻胶胶层的韧性、结合力以及结合能均随胶层厚度的增加而增加,结合能在光刻胶胶层厚度大于529 nm时,趋于定值0.17 J/m2.利用几何相位分析法测得所制备的光栅间距误差在1.3％以内,并且未存在开裂以及脱粘等现象.结论 在ZEP-520电子束光刻胶胶层微纳米成形过程中,适当增加光刻胶胶层厚度可以有效增强胶层韧性和其与衬底之间的结合力,缓解光刻胶胶层在使用过程中出现裂纹与脱落的现象.     

Erosion Performance of HVOF-Sprayed Cr3C2-NiCr Coatings

Cr₃C₂-NiCr coatings were deposited by high-velocity oxygen fuel (HVOF) spraying process under spray conditions of different flows of oxygen and propane gases, and spray distances. The orthogonal regression experimental design method was used for systematic investigation of the influence of spray parameters on the erosion performance of Cr₃C₂-NiCr coatings. Erosion tests were performed at different jet angles of abrasive particles. The erosion mechanism of Cr₃C₂-NiCr coatings was examined through the surface morphology and cross-sectional microstructure of the eroded coatings. The correlations of the carbide particle size and carbide content with the erosion rate were examined. It was found that the erosion occurred dominantly by spalling of splats from the lamellar interfaces. The spalling resulted from the propagation of cracks parallel to the interfaces between the lamellae exposed to the surface and underlying coating. The carbide particle size and content in the coating influenced significantly the erosion performance of Cr₃C₂-NiCr coatings.     

激光重熔对电弧喷涂含非晶相铁基涂层性能的影响

目的提高电弧喷涂含非晶相Fe基涂层的抗冲蚀及耐腐蚀性能。方法采用YAG脉冲激光器对电弧喷涂含非晶相Fe基涂层进行激光重熔处理。通过X-ray、SEM、冲蚀磨损和电化学等检测手段,研究该涂层重熔后的组织结构、冲蚀磨损性能和耐腐蚀性能。结果电弧喷涂含非晶相Fe基涂层经激光重熔后发生了晶化,并随着功率的增加,非晶含量降低,硬度也降低。重熔后,涂层与基体的结合方式由之前的机械咬合转变为冶金结合,涂层的致密度明显提高,组织缺陷减少。与喷涂层相比,0.3k W激光重熔涂层的抗冲蚀性能在30°攻角下可提高3倍,在90°攻角下可提高将近6倍。重熔层的冲蚀磨损机制在低冲角时以显微切削为主,高冲角时则以挤压破碎为主。随着激光功率的增加,重熔涂层的抗冲蚀性能降低。同时,在3.5%NaCl溶液中,重熔层的耐蚀性能随重熔激光功率的提高而提高,并且重熔层的腐蚀电流密度比喷涂层明显降低。结论激光重熔不但改善了电弧喷涂含非晶相Fe基涂层与基体间的结合状态,同时也增强了涂层的耐蚀和耐磨性能,是一种有效提升涂层性能的后处理工艺。