镁合金基体超音速等离子喷涂Al-Al_(2)O_(3)复合涂层组织与耐腐蚀性能研究

镁合金的耐腐蚀性能差,在工程应用中往往因腐蚀而发生失效,通过表面工程技术对镁合金进行表面改性或防护,是工程应用中采用的重要手段。本工作采用超音速等离子喷涂(Supersonic plasma spray,SPS)工艺在AZ61镁合金表面制备Al-Al_(2)O_(3)复合涂层,其中Al_(2)O_(3)的质量分数分别为30%、50%和70%(下文简称AA30、AA50、AA70)。研究了Al_(2)O_(3)含量对Al-Al_(2)O_(3)复合涂层微观组织、孔隙率、电化学性能以及盐雾耐腐蚀性能的影响。结果表明,涂层的表面呈现熔滴铺展堆叠形成的浪花状形貌,粉末熔化充分,涂层内部结合紧密,各涂层均由Al、α-Al_(2)O_(3)和γ-Al_(2)O_(3)三种物相组成。AA70涂层的孔隙率较AA30和AA50明显升高,达到了6.71%;电化学极化试验研究表明,各涂层比AZ61镁合金基体表现出更高的电极电位和较低的自腐蚀电流密度,AZ61镁合金基体自腐蚀电流密度为5.144 mA·m^(-2),而AA30、AA50和AA70的自腐蚀电流密度分别为2.950 mA·m^(-2)、3.084 mA·m^(-2)和2.496 mA·m^(-2),三种涂层相比母材AZ61表现出较低的电化学腐蚀速率。电化学阻抗测试结果表明,三种涂层的R ct达到了AZ61镁合金基体的两倍左右,显示出较低的阳极溶解活性。在盐雾试验中,AZ61镁合金基体产生大量的腐蚀产物和龟裂纹;涂层AA30和AA50由于腐蚀产物的积累产生了大量裂纹,在涂层与基体的界面处发生了电偶腐蚀,最终随着基体表面的腐蚀,涂层产生了剥落;涂层AA70腐蚀程度最小,表现出最佳的抗腐蚀性能。

超音速等离子喷涂Al-35Si-4Fe涂层制备工艺优化及摩擦学性能

为改善铝硅合金的摩擦学性能,以YL113铝硅合金为基体,喷涂功率、总气流量和喷涂距离为试验因素,显微硬度和孔隙率为考核指标,采用三因素三水平的正交试验法得到了超音速等离子喷涂Al-35Si-4Fe涂层的最佳制备工艺;研究了此工艺下涂层的摩擦学性能。结果表明:在喷涂功率65 kW,总气流量110 L min,喷涂距离95 mm时,涂层质量最佳,Al-35Si-4Fe涂层的显微硬度达到(465±24.4)HV_(0.2),涂层孔隙率为1.3%。试验条件下,Al-35Si-4Fe涂层的磨损机制以疲劳磨损为主,磨粒磨损为辅。Al-35Si-4Fe涂层的磨损率为1.88×10^(-4) mm^(3)(N·m),摩擦因数为0.37。优化后的Al-35Si-4Fe涂层能有效保护内部YL113铝硅合金,延长其使用寿命,并应对更加复杂的工况。

不同工艺参数下超音速等离子喷涂层界面结合行为及其分形特性

随着研究不断深入,分形几何可以用来描述涂层的表面形貌和复杂性,分形维数可实现形貌结构的定性描述向定量表征转变。为研究超音速等离子喷涂层界面结合行为与其分形维数之间的关系,采用对比试验研究喷涂距离、喷涂电流等工艺参数对涂层结合界面形貌和结合强度的影响,并引入分形理论对界面结合行为进行定量表征,进而探究结合界面形貌、结合强度、分形维数三者的对应关系。结果表明:相比于喷涂电流,喷涂距离对分形维数的影响更为显著。当喷涂距离为80 mm和100 mm时,随着喷涂电流从400 A增大到500 A,分形维数呈先减小后增大趋势,最小为1.1150;当喷涂距离为120 mm时,粒子在等离子焰流中的飞行时间增长,随电流增大,涂层界面分形维数则先增大后减小。界面分形维数与涂层结合强度之间存在着正相关的对应关系。当分形维数在一定范围内呈增大趋势时,涂层/基体结合界面处孔隙减少、结合强度增大。因此,涂层/基体结合行为的分形特性研究对评价涂层质量具有重要意义。

超音速等离子喷涂Al_(2)O_(3)与Al_(2)O_(3)-13%TiO_(2)涂层热震性能

采用超音速等离子喷涂工艺在不锈钢基体上制备了FeAl/Al_(2)O_(3)、FeCrAl/Al_(2)O_(3)、FeAl/Al_(2)O_(3)-13%TiO_(2)、FeCrAl/Al_(2)O_(3)-13%TiO_(2)四种涂层,通过扫描电镜表征微观结构,图像分析技术测量孔隙率,多峰法计算α-Al_(2)O_(3)质量分数,并测试了涂层的抗热震性能和结合强度。结果表明:超音速等离子喷涂制备的Al_(2)O_(3)涂层中α-Al_(2)O_(3)的质量分数约为40.3%~42.5%,涂层孔隙率约为3.47%~3.52%,制备的Al_(2)O_(3)-13%TiO_(2)涂层中α-Al_(2)O_(3)的质量分数约为24.0%~29.7%,涂层孔隙率约为3.12%~3.31%。水淬热震实验(800℃/保温30 min)表明,FeCrAl/Al_(2)O_(3)涂层的抗热震性能最优,FeCrAl/Al_(2)O_(3)-13%TiO_(2)涂层抗热震性能次之,FeAl/Al_(2)O_(3)涂层与FeAl/Al_(2)O_(3)-13%TiO_(2)涂层抗热震性能最差。

超音速等离子喷涂FeCrBSi涂层组织和残余应力分析

采用超音速等离子喷涂技术制备了FeCrBSi涂层,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和纳米压痕仪等研究了涂层的微观组织和力学性能。采用X射线应力仪对不同厚度及不同温度退火后涂层的表面残余应力进行测试。结果表明涂层表面的残余应力为拉应力,且随着涂层厚度的增加而增加;对试样进行退火处理可以有效地缓和涂层表面的残余应力,随着温度的升高涂层表面的残余应力不断降低,到260℃左右变为压应力;压应力值随着退火温度的升高而变大,但当温度升高到大约400℃以上时,保持在80 MPa左右。

超音速等离子喷涂层的组织及性能分析

用超音速等离子喷涂技术制备了NiCrBSi涂层,并对涂层的组织性能进行了综合分析.用扫描电镜和能谱仪分析了涂层的内部组织,用纳米压痕法测试了硬度和弹性模量,用拉伸试验法测试了涂层与基体的结合强度,用X射线应力仪测定了涂层沿厚度方向的残余应力的分布.结果表明,涂层内部比较均匀,具有较低的孔隙率和氧化物含量,涂层的纳米显微硬度达到15 GPa,纳米弹性模量达到200 GPa,涂层与基体的结合强度接近50 MPa,涂层具有很好的耐磨性和优异的力学性能.涂层内部分布着拉应力状态的残余应力,其随着距离涂层顶部距离的增加而逐渐降低.

超音速等离子喷涂WC/Co纳米结构涂层性能研究

采用超音速等离子喷涂设备分别制备了含纳米结构和普通结构的WC/Co涂层。研究了2种涂层的结合强度、显微硬度和摩擦磨损性能,并用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对涂层喂料(纳米WC/Co粉体)、涂层表面形貌和晶粒结构进行了分析。结果表明:含纳米结构涂层的性能优于普通的WC/Co喷涂涂层,纳米晶粒细晶强化是涂层性能提高的主要原因。

高效能超音速等离子喷涂粒子特性及涂层特点

超音速等离子喷涂技术是热喷涂技术的关键技术之一。从基础及应用的角度,研究了高效能超音速等离子(HEPJet)喷涂粒子的特性,探讨了高效能超音速等离子在制备Ni/Al等金属及其合金涂层、WC-Co金属陶瓷涂层、ZrO2等氧化物陶瓷涂层上的特点。结果表明,高效能超音速等离子喷涂系统具有焰流温度高、射流速度快等特点;制备的涂层粒子变形充分,涂层均匀,孔隙率低,结合强度高,涂层质量好;可将适用于喷涂的所有粉末材料制备成高质量涂层。

超音速等离子喷涂工艺参数对AlSi-20%Al/Ni涂层结合强度的影响

为使AlSi-20%Al/Ni超音速等离子喷涂涂层获得优良的结合性能,采用正交实验法研究了喷涂距离、喷涂电压、喷涂电流等喷涂工艺参数对结合强度的影响。利用X射线衍射、扫描电镜等手段对涂层的相组成和断口形貌进行分析,利用WDW-E100D微机控制式万能拉伸试验机对涂层结合强度进行测试。结果表明:涂层由AlSi和AlNi两相组成,影响AlSi-20%Al/Ni涂层结合强度工艺参数的主次顺序为喷涂距离、喷涂电压、喷涂电流,优化后的工艺参数为主气流量3.2m3/h,喷涂电流为380A,喷涂电压为130V,喷涂距离为90mm,在此参数下制备的涂层组织致密,其结合强度为65.5MPa。

超音速等离子喷涂工艺对纳米Al_2O_3-13%TiO_2涂层的影响

采用四因素三水平正交试验,通过显微硬度和孔隙率两项指标的评估,对超音速等离子喷涂电流、电压、Ar气流量和喷涂距离4个工艺参数进行了优化设计。结果表明,4个因素对纳米Al2O3-13%TiO2涂层综合性能的影响主次顺序是:喷涂电压、Ar气流量、喷涂距离、喷涂电流,并最终确定了最优的喷涂参数。利用XRD、SEM等手段分析了纳米Al2O3-13%TiO2复合粉末和涂层的相结构和微观结构,采用显微硬度计和图像处理方法测定了涂层的显微硬度和孔隙率。最优工艺参数制备的涂层显微硬度值1208 HV,孔隙率为2.26%,拉伸法测定其结合强度为48 MPa。

超音速等离子喷涂工艺参数对Cr_2O_3涂层硬度的影响

目的研究影响超音速等离子喷涂Cr2O3涂层硬度的主要因素,制备出高硬度涂层。方法首先采用单变量法研究超音速等离子生成气体压力(空气压力)和喷涂距离对涂层显微结构的影响,然后采用正交试验研究喷涂电流、空气压力、喷涂距离对Cr2O3涂层硬度的影响。结果工艺参数对Cr2O3涂层硬度影响的主次顺序为:空气压力>喷涂电流>喷涂距离。结论获得高硬度涂层的最佳工艺参数组合为:空气压力0.4 MPa,喷涂电流270 A,喷涂距离200 mm。在该工艺条件下获得的涂层致密、均匀,孔隙率小。

氧化铝涂层的超音速等离子喷涂参数影响及硬度分析

目的初步明确超音速等离子喷涂参数对涂层的影响规律,优化工艺参数。方法采用超音速等离子喷涂技术制备Al2O3陶瓷涂层,对涂层进行表征,分析喷涂电流I、等离子发生气体压力Pair、喷距d对涂层显微结构的影响。基于涂层显微硬度HV设计工艺优化试验,建立喷涂参数与显微硬度之间的回归方程。结果 I=260 A或Pair=0.55 MPa时,涂层是α-Al2O3和γ-Al2O3双相复合结构;I=340 A或Pair=0.35 MPa时,涂层几乎全由γ-Al2O3相组成,基本不含有未熔颗粒;喷距变化对涂层相组成的影响不显著。I或d增大,或者Pair降低,显微硬度都呈增大趋势。结论在实验范围内,超音速等离子喷涂Al2O3涂层的显微硬度最优工艺是:Pair=0.35 MPa,I=340 A,d=230 mm。

超音速等离子喷涂Cr_2O_3涂层的显微组织及耐磨性能

采用超音速等离子喷涂技术在45钢基体上喷涂制备Cr2O3陶瓷涂层。利用XRD、SEM、显微硬度仪及Image-pro Plus图形软件对涂层进行表征与分析及孔隙率计算,并通过摩擦磨损试验评价涂层的耐磨性能。结果表明:原始粉末和涂层的物相主要变化为衍射峰宽化,可能是发生了非晶化。超音速等离子喷涂工艺能够制备致密、均匀的Cr2O3涂层。电流为335 A时,涂层的孔隙率为1.8%,显微硬度为1907 HV0.3,涂层中的孔隙主要为类球状孔隙和少量的横向缝隙。电流对涂层的表面形貌具有很大的影响。电流为335 A时,涂层表现出优异的耐磨性能。

超音速等离子喷涂参数对粒子速度温度的影响

采用高效能超音速等离子喷涂系统,选用纯Al2O3粉末,研究了电功率、电流、电压、气体流量、送粉量对飞行粒子速度和温度的影响。研究结果表明:Al2O3粒子的温度、速度随功率的增大分别呈持续上升与先增大后下降的趋势;在相同功率时,电流对粒子速度、温度的影响大于电压的影响;加大主气流量,粒子速度和温度均先增大后减小;增大送粉量,粒子速度先增大后减小,而粒子温度则一直减小。最后结合涂层的形貌、孔隙率、显微硬度,优化出最佳的喷涂参数。

超音速等离子喷涂Al_2O_3涂层制备及工艺优化

采用超音速等离子喷涂技术制备了Al2O3陶瓷涂层,利用XRD、SEM对涂层进行表征与分析。根据Box-Behnken二阶响应曲面法,基于涂层厚度h设计了三因素三水平的工艺优化试验,建立了喷涂电流I、等离子发生气体压力Pair、喷距d与响应输出值之间的数学模型。结果表明:涂层与基体结合界面良好,涂层致密且孔隙率极低;大颗粒在超音速等离子射流中熔化不充分而保留原始α-Al2O3相,工艺适用粉末要求粒径小且分布较窄,得到了沉积厚度的最终响应曲面法拟合方程。I或d增大,或Pair降低,h都呈增大趋势,最优工艺为Pair=3.5 MPa,I=340 A和d=230 mm。

超音速等离子喷涂超细WC-12Co涂层的性能

采用超音速等离子喷涂系统,分别制备了超细WC–12Co涂层和普通WC–12Co涂层。研究了喷涂粒子在射流中的特性,分析了涂层形貌、成分和相组成,并对两涂层的常规性能(结合强度、显微硬度、孔隙率和耐冲蚀性能)进行了表征。结果表明,超细WC–12Co喷涂粒子在束流中速度更快(500m/s),两涂层中WC相的氧化、失碳和分解程度比普通等离子喷涂时低。相比之下,超细WC–12Co涂层显微硬度(1350HV0.3)和结合强度(65MPa)更高,孔隙率(0.6%)更低,耐冲蚀磨损性能相当。

超音速等离子喷涂Mo-W涂层的力学性能

采用超音速等离子喷涂技术在45CrNiMoVA钢表面制备了Mo-W合金涂层,利用场发射扫描显微镜(SEM)、电子能谱仪(EDS)、维氏显微硬度计分析测试了涂层组织、硬度,利用球-盘式摩擦磨损试验机研究了磨损载荷及频率对Mo-W合金涂层摩擦学性能的影响。结果表明:质量比为3:1的Mo、W机械混合粉喷涂后涂层中Mo、W元素质量比接近3:1。涂层组织致密,与基体结合为机械结合,表面平均显微硬度为563.2 HV0.1。Mo-W涂层的显微硬度、耐磨性和减摩性比基体45CrNiMoVA钢有所提高,且载荷越大,涂层的耐磨性和减摩性优势越明显。Mo-W涂层与Si3N4陶瓷的摩擦磨损机制以磨料磨损和氧化磨损为主。当磨损载荷变大和磨损频率变高时,疲劳剥落磨损表现明显。

超音速等离子喷涂Mo及Mo+30%(NiCrBSi)涂层的耐磨性能研究

采用超音速等离子喷涂在Al10Si合金基体上制备纯Mo和Mo+30%(NiCrBSi)涂层试样,通过对涂层微观组织、显微硬度、结合强度和环块滑动摩擦磨损等试验表明,在边界润滑条件下,含Mo涂层表现出良好的耐磨和减摩性能。Mo+30%(NiCrBSi)涂层综合性能优于纯Mo涂层,涂层中的Ni Cr固溶体对涂层具有固溶强化作用及铬的硼化物(Cr2B)、碳化物(Cr3C2)等硬质相的弥散强化,提高了涂层的硬度,起到了耐磨支撑作用。

高效能超音速等离子喷涂技术的研究与开发应用

根据“高效能、超音速”等离子喷涂枪的设计指导思想 ,对超音速等离子喷涂枪的枪体、水路、气路、阴阳极结构及送粉结构进行了全新设计 ,利用等离子体物理学、流体力学和工程热力学的理论设计了独特的单阳极Laval喷嘴。通过对该喷涂枪和制备的涂层性能测试研究表明 ,该喷涂枪实现了低功率 (<80kW)、小气体流量 (<6m3/h)条件下的高效能超音速等离子喷涂 ,在有效喷涂距离内的粒子飞行速度达 4 5 0m/s。喷枪的主要性能指标 :焰流速度、粉末沉积效率、涂层与能耗比、电极的性价比均达到或超过了美国TAFA公司的PlazJet高能高速等离子喷涂枪。制备陶瓷涂层的结合强度、孔隙率、显微硬度等性能明显优于METCO .9M普通等离子喷涂 ,但运行成本仅为国外超音速PlazJet等离子喷涂的一半。高效能超音速等离子喷涂技术在工业、国防。

基于正交试验法的超音速等离子喷涂钼涂层组织及性能研究

为了探索电磁轨道炮轨道材料45Cr Ni Mo VA钢表面耐磨强化的可能,运用超音速等离子喷涂技术在45Cr Ni Mo VA钢表面制备了钼涂层,结合正交试验法对喷涂参数进行了优化,研究了喷涂参数对涂层性能的影响规律、综合性能最佳时涂层的组织和性能。结果表明:喷涂电压115 V、喷涂电流380 A、氩气流量130 L/min、喷涂距离100 mm时涂层具有最佳综合性能,其导电率为6.01%IACS,表观孔隙率低至0.12%,显微硬度及内聚强度分别高达482.3HV0.1和52.1 MPa;涂层在轻载荷低频率(5 N、5 Hz)下的磨损率略低于基体,但在重载荷高频率(20 N、20 Hz)下的磨损率仅为基体50%左右,表现出良好的耐磨性能,其磨损机理均为粘着磨损和氧化磨损。