热喷涂陶瓷层与金属粘结层的界面调控及其强度研究

热喷涂陶瓷涂层具有优异的耐磨、防腐、隔热等性能,能赋予金属/合金零部件良好的极端环境服役性能,被广泛应用于航空航天、军事、交通运输等领域机械零部件表面,是极端环境服役零部件表面防护的最佳选择之一。为减小基体与陶瓷涂层的应力梯度,喷涂陶瓷涂层过程中通常先在基体表面制备一层金属或合金粘结层。由于陶瓷的热膨胀系数、弹性模量、晶体结构等与金属或合金粘结层的差异较大,因此粘结层与陶瓷层的界面力学性能直接决定了整个材料的服役寿命,成为制约该领域快速发展的瓶颈之一。综述了热喷涂陶瓷层与粘结层界面的最新研究进展,介绍了双层结构涂层的耦合界面、双层结构涂层的原位氧化物钉扎界面、使界面模糊化的连续梯度过渡界面和纳米复合连续梯度过渡界面;系统地综述了通过制备工艺、界面结构和粘结层材料优化进行界面调控的研究;并对不同界面结构的涂层粘结强度进行对比分析;最后总结了热喷涂粘结层与陶瓷层界面研究现阶段面临的突出问题和未来的发展方向。

热处理对多层复合增韧涂层的微观结构及力学性能的影响

AT40陶瓷涂层与黏结层界面裂纹萌生、扩展是导致涂层失效的主要原因,制备多层陶瓷/金属低应力涂层为陶瓷涂层增韧的方法之一。利用APS(大气等离子喷涂)在Q235上制备AT40-NiAl-AT40-NiAl四层复合多层涂层并对复合多层进行热处理。使用SEM、EPMA、3PB等表征手段研究热处理对四层复合金属-陶瓷涂层的微观结构及涂层断裂韧性的影响。结果表明,热处理过程中陶瓷层-黏结层界面、陶瓷层富Al相富Ti相界面均发生了元素扩散;热处理后陶瓷层硬度增加30%,复合涂层断裂韧性提高。热处理过程中元素扩散形成的氧化物一方面在黏结层与陶瓷层之间形成钉扎效应增强黏结性,另一方面填充涂层中的孔隙、裂纹等缺陷提高涂层的硬度,降低裂纹扩展的面积从而提升涂层的断裂韧性。多层金属陶瓷沉积形成的复合陶瓷涂层及对其使用热处理的方法能有效提升AT40等陶瓷涂层的断裂韧性,对解决铁基零部件表面耐磨陶瓷容易脆断失效和扩展陶瓷涂层的应用范围提供了新的思路。