等离子喷涂微、纳米Al2O3-13%TiO2涂层的高温摩擦磨损特性

为了研究Al2O3-13%TiO2涂层的高温摩擦磨损特性,为其在苛刻条件下的应用提供理论基础和试验依据,选用微米和纳米结构Al2O3-13%TiO2粉末,采用大气等离子喷涂技术在TC4钛合金表面制备2种陶瓷涂层。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计和纳米压痕仪对涂层的显微组织结构和力学性能进行表征和分析;利用MFT-5000型高温摩擦磨损试验机研究2种涂层在室温、350℃和650℃下的摩擦磨损特性并探讨其磨损机理。结果表明:微、纳米涂层的硬度分别为6.46 GPa和11.52 GPa,弹性模量分别为139.72 GPa和185.88GPa。温度升高,2种涂层的摩擦系数逐渐增大,磨损率先增大后减小。从常温到650℃,相比微米涂层,纳米涂层的磨损率分别降低了47.1%、58.1%和74.9%。微米涂层常温时的磨损机制主要是磨粒磨损,350℃和650℃时的磨损机制主要是脆性断裂;纳米涂层常温下的磨损机制主要是微区脆性断裂,350℃时主要是塑性变形和裂纹扩展引起的分层剥离,650℃时主要是氧化磨损和分层剥离。

激光熔覆316L微孔结构/Al2O3-13%TiO2复合涂层组织及性能

以纳米团聚体Al2O3-13%TiO2(质量分数)复合涂层粉末为原材料,采用激光熔覆工艺在Ni625合金基体表面制备316L微孔结构/Al2O3-13%TiO2复合涂层。通过扫描电镜(SEM)、XRD和线扫描仪分析涂层和微孔粘结层的界面形貌和界面元素的分布状态,研究微孔结构对涂层结合强度的影响。结果表明:界面间结合方式为机械结合;虽然界面之间未发生元素扩散现象,但在微孔粘结层“铆接”作用下,粘结层与陶瓷层间形成良好的结合,与直接激光熔覆Al2O3-13%TiO2涂层相比,316L微孔结构/Al2O3-13%TiO2复合涂层结合强度较高,提高8.7%;残余应力相对较低,减小13.6%,且表面涂层由α-A12O3、Rutile-TiO2和Al2Ti7O15组成,其中以稳态的α-A12O3相为主要组成相。

等离子喷涂纳米Al_2O_3-13%TiO_2涂层组织与性能

采用大气等离子喷涂方法制备了纳米结构Al_2O_3-13%TiO_2(质量分数,下同)涂层,进行了SRV滑动磨损试验,通过扫描电镜对涂层的断口显微组织及磨损表面形貌进行了观察,并测定了涂层的显微硬度。结果表明,该纳米涂层具有独特的显微组织结构特征,层片间具有冶金结合特征的界面较多,界面结合得到明显改善,其显微硬度明显高于微米涂层,具有优良的耐磨性能,其磨损面积仅为常规微米涂层的1/5,界面结合改善是耐磨性提高的主要原因。

激光重熔纳米Al_2O_3-13%TiO_2陶瓷涂层组织及性能

为了进一步提高等离子喷涂纳米Al2O3-13%TiO2(质量分数,下同)复合陶瓷涂层的性能,在γ-TiAl基体材料表面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)和显微硬度计分析了涂层形貌、微观结构和显微硬度,同时对涂层的磨损特性进行了考察。结果表明,等离子喷涂纳米陶瓷涂层由纳米颗粒完全熔化区和部分熔化区两部分组成,仍然具有等离子喷涂态的典型层状结构。经过激光重熔后,形成了致密细小的等轴晶重熔区、烧结区和残余等离子喷涂区,由于激光快速加热和快速冷却加工特点,在重熔区仍保留了部分来源于原等离子喷涂部分熔化区的残留纳米粒子。与常规等离子喷涂陶瓷涂层相比,纳米结构涂层可在一定程度上提高其硬度和耐磨性,经过激光重熔后其硬度和耐磨性进一步提高。

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。

TiAl合金表面激光重熔Al_2O_3-13wt%TiO_2复合陶瓷涂层组织结构

采用等离子喷涂和激光重熔复合工艺在TiA l合金表面制备了A l2O3-13wt%TiO2复合陶瓷涂层。为了减少重熔层裂纹等缺陷,采用较低的激光功率和能量密度进行重熔。用扫描电镜(SEM),能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)分析了涂层形貌、微观结构和相组成。结果表明,经过激光重熔处理后,陶瓷涂层颗粒细化,片层状组织得以消失,致密性提高,获得了基本没有裂纹等缺陷的重熔层;激光重熔亚稳相-γA l2O3转变为稳定相-αA l2O3;由于陶瓷材料导热系数较低的影响,激光重熔时无法使整个陶瓷层实现重熔,重熔后的陶瓷涂层形成了晶粒细小的等轴晶重熔区、烧结区以及片层状残余等离子喷涂区。

不同喷涂工艺制备的Al_2O_3-13%TiO_2涂层表面自由能与冲蚀磨损性能研究

采用接触角测量仪和冲蚀磨损试验机等设备,研究超声速等离子喷涂与普通大气等离子喷涂两种技术制备的Al_2O_3-13%TiO_2涂层的表面自由能和冲蚀磨损性能,并对涂层的显微硬度、孔隙率及成分进行检测分析。研究结果表明,普通大气等离子喷涂技术制备的涂层,其表面和内部结构疏松,孔隙率及显微硬度分别为6.653%和836.93 HV0.1。而超声速等离子喷涂技术制备的涂层,孔隙率及显微硬度分别为3.467%和1 078.68 HV0.1,相比普通大气等离子喷涂而言,超声速等离子喷涂制备的涂层整体性能较为优异。通过对两种涂层的结构和表面自由能分析发现,超声速等离子喷涂Al_2O_3-13%TiO_2涂层由于结构致密、表面自由能较低而具有较为出色的冲蚀磨损性能。

等离子喷涂纳米Al_2O_3-13TiO_2陶瓷涂层研究

以常规和纳米团聚体Al2O3-13TiO2(ω/%,下同)复合陶瓷粉末为原料,采用等离子喷涂工艺在TiAl合金表面制备常规和纳米结构陶瓷涂层。用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)仪分析粉末和涂层形貌、微观结构及相组成,同时对纳米结构涂层的微观组织形成机制进行了讨论。结果表明:常规复合陶瓷涂层呈典型的等离子喷涂层状堆积特征;纳米结构复合陶瓷涂层由部分熔化区以及与常规等离子喷涂类似的片层状完全熔化区组成。根据组织结构的不同,部分熔化区又分为亚微米A12O3粒子镶嵌在TiO2基质相的三维网状或骨骼状结构的液相烧结区和经过一定长大但仍保持在纳米尺度的残留纳米粒子的固相烧结区,不同的部分熔化组织源于复合陶瓷粉末中A12O3与TiO2之间的熔点差异。由于等离子喷涂过程中涂层沉积时的快速凝固作用,不管是常规还是纳米涂层都以亚稳相γ-A12O3为主。

热处理对等离子喷涂Al_2O_3-13%TiO_2涂层结合强度的影响

在Q235钢基体上等离子喷涂NiCrAl粘结层和Al2O3-13%TiO2工作层,并在300～900℃对涂层进行大气、真空及氩气环境下的热处理,借助OM、SEM、XRD以及电子万能试验机等研究了加热温度、保温时间以及热处理气氛对涂层显微结构和结合强度的影响。结果表明:气氛对涂层结合强度的影响较小,保温时间的影响较大,加热温度的影响最显著;适当的热处理可以减小微裂纹尺寸,提高涂层的结合强度;经500℃保温6 h真空热处理的涂层与原始涂层相比,可以使其结合强度提高62.5%,达到31.2 MPa。

等离子喷涂Al_2O_3-13%TiO_2复合陶瓷涂层的组织及热氧化性能的研究

采用大气等离子喷涂法在Q235钢上喷涂了常规微米、纳米Al2O3-13%TiO2复合涂层,对2种涂层进行了高温热氧化实验。利用XRD对比分析了2种涂层及其相应粉末的相组成,利用SEM观察了涂层的表面、截面形貌,并运用EDS对2种涂层的组分分布情况进行分析,比较2种涂层的不同结构及热氧化性能,初步探讨了涂层热氧化失效的原因。结果表明:2种粉末在喷涂之后,涂层中的α-Al2O3均有所减少,生成了γ-Al2O3,金红石TiO2相转变成了板钛矿型TiO2相,增加了涂层的内应力,加剧了裂纹的扩展;常规微米涂层中的孔洞细小但密集,纳米涂层中的孔洞较大但不密集,且大部分的气孔都存在于部分熔化区的内部;涂层在喷涂过程中所生成的气孔以及热氧化过程中由于热应力而产生的裂纹是造成涂层失效的直接原因。

等离子喷涂纳米Al_2O_3-13%TiO_2陶瓷涂层的组织结构与抗冲蚀性能

采用等离子喷涂方法分别制备了常规和纳米Al2O3-13%TiO2陶瓷涂层,用扫描电子显微镜分析了涂层的显微结构,并对涂层进行了抗冲蚀试验。结果表明:常规陶瓷涂层具有典型的片层状结构,但纳米陶瓷涂层片层状结构并不十分明显,且涂层裂纹数量明显减少;纳米陶瓷涂层中的显微结构的变化改善了涂层的韧性和结合性能;在冲蚀过程中,常规陶瓷涂层表面剥落严重,而纳米陶瓷涂层的冲蚀质量损失较小,抗冲蚀性能比常规陶瓷涂层提高了30%左右。

等离子喷涂纳米Al_2O_3-13%TiO_2涂层热学特性研究

采用大气等离子喷涂技术制备常规和纳米Al2O3-13%TiO2涂层,并利用XRD、SEM、TEM对其显微结构进行观察分析。通过热震试验和火焰喷烧试验,研究两种涂层的热冲击性能。结果表明:相同试验条件下纳米Al2O3-13%TiO2涂层的热震失效循环次数明显高于常规涂层,且热震温度越高表现越明显;Al2O3-13%TiO2陶瓷涂层可以显著提高钢板的抗火焰烧蚀能力,且纳米涂层具有更长抗烧蚀时间。

等离子喷涂纳米Al_2O_3-13%TiO_2陶瓷涂层的工艺研究

采用正交实验方法对等离子喷涂纳米Al2O3-13%TiO2陶瓷涂层的电压、电流及主气流量进行优化设计,并利用SEM、XRD对纳米Al2O3-13%TiO2复合粉和涂层进行检测和分析。结果表明,影响涂层热震性能的因素主次关系是电流>电压>主气流量;优化后的喷涂参数为电压60 V,电流450 A,主气流量40 L/min,优化后纳米涂层的熔融、涂覆状态有所改善。喷涂时涂层中生成了γ-Al2O3,增加了涂层内的孔隙率,同时,Rutile-TiO2相转变成Brookite-TiO2相,增加了涂层中的内应力,加剧了裂纹的扩展,降低了涂层的抗热震性能。

La_2O_3对等离子喷涂Al_2O_3-13%TiO_2涂层显微结构与性能的影响

利用大气等离子喷涂工艺制备了Al2O3-13%TiO2(质量分数,简称AT13)及添加不同含量La2O3的陶瓷涂层,通过X射线衍射仪和扫描电镜对涂层的显微结构进行了分析,采用正态和Weibull分布统计分析方法研究了涂层的显微硬度分布,并用块-环磨损试验研究了涂层的干滑动摩擦磨损行为。结果表明:La2O3改善了AT13涂层层片之间的结合,且不会使涂层的主相发生变化;添加La2O3对AT13涂层的显微硬度没有明显影响,但使硬度分布的分散性降低,涂层的耐磨性能得到明显提高,尤以含质量分数6%La2O3的最佳,磨损机制为脆性剥落磨损和粘着磨损。

Al_2O_3-13%TiO_2复合陶瓷涂层厚度的电刷镀参数敏感性分析

采用电刷镀技术在油墨刮刀刀口制备Al2O3-13%TiO2复合陶瓷(AT13)涂层,借助系统分析中的多因素敏感性分析方法,建立无量纲形式的敏感度函数,计算敏感度因子,对影响涂层厚度的工艺参数进行敏感性分析,找出影响厚度的最大敏感因素,并与中心组合设计实验的方差分析结果进行比较。结果表明:镀头运动速度对涂层厚度影响最大(敏感因子SV*=4.352 8),电流次之(S I*=0.289 3),电压的影响程度最小(SV*=0.249 2)。敏感性分析的结果与方差分析结果一致,可以作为优化电刷镀制备复合陶瓷涂层参数的1种新方法。

电刷镀Al_2O_3-13%TiO_2复合陶瓷涂层厚度的灰关联度分析

针对电刷镀制作Al2O3-13%TiO2复合陶瓷(AT13)涂层制作过程中工艺参数的控制,应用灰关联度法分析电刷镀工艺参数对涂层厚度的影响,根据试验结果生成各工艺参数的处理数据系列,建立涂层厚度关于各个参数的绝对灰关联矩阵,利用优势分析原则确定各工艺参数对涂层厚度的影响程度。结果表明,镀头运动速度、电流、电压的关联度均大于0.5,其中镀头运动速度关联度较大(ε13=0.9637),是主要影响因素。灰关联度分析结果与方差分析结果一致,可以作为优化电刷镀制备复合陶瓷涂层参数的一种新方法。

正交试验法优化大气等离子喷涂Al_2O_3-13wt.%TiO_2涂层的工艺参数

基于涂层显微硬度和磨损抗力,利用正交试验设计方法对45号钢基体表面等离子喷涂Al2O3-13wt.%TiO2(AT13)涂层的工艺参数进行优化.在保持喷涂距离80 mm、送粉量2.4 kg.h-1的条件下,研究了工艺参数主气流量(氩气)、电弧电流、电弧电压对涂层性能的影响.结果表明,主气流量是影响涂层组织、性能的最主要因素,电流、电压次之.在本试验条件下,喷涂AT13陶瓷涂层的优化工艺参数为:主气流量45 slm,电流550 A,电压65 V.

等离子喷涂微米和纳米Al_2O_3-13wt%TiO_2涂层的防护性能

以微米和纳米Al2O3-13wt%TiO2为粉末材料,采用大气等离子喷涂在Q235钢基体表面制备了Al2O3-13wt%TiO2涂层,对涂层的显微结构、相组成和显微硬度等基本性能进行了表征,并对两种涂层的耐SiC砂粒磨损和耐电化学腐蚀防护性能进行了对比研究.结果表明,与微米粉末相比,纳米粉末作为热喷涂材料需要更高的喷涂功率才能获得致密的纳米和微米复合涂层;纳米粉末制备的涂层的显微硬度、耐砂粒磨损和电化学腐蚀性能均明显优于微米粉末制备的涂层,表明纳米粉末制备的涂层具有更优良的防护性能.

激光重熔Al_2O_3-13% TiO_2复合陶瓷涂层抗冲蚀性能

为了进一步提高TiAl合金表面等离子喷涂Al2O3-13%TiO2(质量分数,下同)复合陶瓷涂层的抗冲蚀性能,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抗冲蚀性能的影响,并讨论了陶瓷涂层的冲蚀机理。结果表明,激光重熔处理会形成致密细小的等轴晶重熔区,导致涂层有更好的抗冲蚀性能。激光重熔试样仍表现为典型的脆性冲蚀特性,以近表面的裂纹萌生和扩展,最终导致重熔层破碎、晶粒剥离为主。

等离子喷涂Al_2O_3-13%TiO_2涂层组织和冲蚀性能的研究

利用大气等离子喷涂技术(APS)在Q235钢基体上制备微米级Al_2O_3-13%TiO_2涂层,研究不同电流下涂层组织形貌、成分、显微硬度、冲蚀性能。研究表明,电流在400A时涂层组织形貌较好,无明显裂纹,显微硬度达1 376 HV。电流增加或者减小都会降低涂层的显微硬度,且电流过高涂层裂纹增多。涂层以30°冲蚀角时主要表现为切削磨损,增加冲蚀角度冲蚀磨损会增大,脆性断裂现象会更明显。冲蚀角度为90°时冲蚀量最大,主要表现为脆性断裂。