冷喷涂温度对Cu-Ti_(3)AlC_(2)复合涂层微观组织及摩擦学性能的影响

为改善铜合金运动部件表面的摩擦学性能,采用冷喷涂技术在铜合金基体上制备了Cu-Ti_(3)AlC_(2)复合涂层,并探究了喷涂温度对涂层微观组织及性能的影响。使用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对涂层表面与截面微观组织进行了表征,使用电子万能试验机、纳米压痕试验仪、往复式摩擦试验机分别测试了涂层的结合强度、显微硬度和摩擦学性能。研究表明,随着喷涂温度从600℃升高至800℃,Cu-Ti_(3)AlC_(2)复合涂层内部颗粒的变形量不断增大,颗粒间结合状态明显改善,结合强度提升约4倍,孔隙率降低23%,硬度增加71%,涂层磨损率降低53%。在800℃制备的Cu-Ti_(3)AlC_(2)复合涂层表现出最优的摩擦磨损性能,对其磨损机制进行了具体分析。结果表明,适当升高喷涂温度可有效提高涂层的致密度、力学性能和耐磨性能。

冷喷涂铜基陶瓷复合涂层沉积机理与结构性能优化研究进展

陶瓷颗粒与铜颗粒的热膨胀系数差异较大,故热喷涂的高温制备易导致涂层分层、开裂和失效。冷喷涂具有热输入低、不易氧化、沉积率高等特点,可以降低甚至避免高温冷却造成的相关缺陷,因此在制备高质量的铜基陶瓷复合涂层时的优势明显。本文首先对三种经典冷喷涂金属及金属合金涂层界面结合的基本概念和原理进行了概括,在此基础上对金属基陶瓷复合涂层的沉积机理进行了归纳总结;其次,从喷涂粉末制备工艺、喷涂前期基体状态和沉积过程工艺参数三个方面对铜基陶瓷复合涂层的组织结构和性能优化方法进行了梳理;最后,对冷喷涂铜基陶瓷复合涂层沉积技术和机理研究的发展方向进行了展望。

激光复合热喷涂技术制备陶瓷基涂层研究现状

当下我国航空航天、轨道交通、海洋钻探等先进制造业取得了迅猛发展,装备关键零部件面临高温、重载、强蚀等极端复杂的表界面问题,迫切需要开发新型表面涂层技术和先进材料体系解决工业界面临的困境。激光复合热喷涂技术具有热喷涂和激光熔覆2种工艺的优点,在制备低缺陷–强结合–高性能陶瓷基复合涂层方面具有独特优势,可以显著提升装备零部件表面的耐磨、耐蚀和抗氧化等性能。首先从涂层的组织形貌、腐蚀、抗氧化及抗热震性能方面阐述了激光重熔对等离子喷涂YSZ陶瓷涂层的影响机制。其次梳理了激光重熔工艺对等离子喷涂Al_(2)O_(3)基陶瓷涂层在显微结构、硬度、耐磨和抗热震性能方面的研究成果;总结了激光重熔对以Co-WC和NiCr-Cr_(3)C_(2)为典型材料体系的陶瓷/金属复合涂层结构和性能的影响;总结了激光重熔/原位辅助冷喷涂陶瓷基涂层(B4C/Ti+Al等)和原位辅助等离子喷涂陶瓷基涂层(WC基等)的组织和性能特点。最后指出,探寻更多涂层材料体系、研发激光复合热喷涂新技术和实现成形工艺自主智能优化等是激光复合热喷涂陶瓷基涂层技术未来的重点发展方向。

Sb-SnO_(2)掺杂量对Al_(2)O_(3)-13%TiO_(2)复合陶瓷涂层抗结垢性能的影响

以Al_(2)O_(3)-13%TiO_(2)(AT13)和纳米掺锑SnO_(2)(Sb-SnO_(2))粉体为原料,采用等离子喷涂工艺在4145H合金钢基体表面制备了掺杂不同质量分数(0~16%)Sb-SnO_(2)的AT13复合陶瓷涂层,研究了复合陶瓷涂层的表面性能、微观形貌、显微硬度、结合强度以及在地层采出水中的抗结垢性能,并与电镀铬层和未处理4145H合金钢进行对比。结果表明:与电镀铬层和未处理4145H合金钢相比,复合陶瓷涂层的水接触角较大,表面能较低,随着Sb-SnO_(2)掺杂量的增加,水接触角基本呈先增大后减小的趋势,表面能先减小后增大;复合陶瓷涂层具有大量的孔隙;随着Sb-SnO_(2)掺杂量的增加,硬度整体呈降低趋势,但均高于4145H合金钢和电镀铬层,单位面积结垢质量先减小后增大;掺杂质量分数10%Sb-SnO_(2)的复合陶瓷涂层具有最大的水接触角、最小的表面能、最小的单位面积结垢质量,平均结合强度为25.7 MPa。

TiAl合金上陶瓷复合涂层高温稳定性试验研究

本文以四乙氧基硅烷和硝酸钾作为原料,采用空气喷涂技术在TiAl合金基体上制备水玻璃陶瓷涂层;同时还在TiAl合金基体上,采用电沉积法制备SiO2做中间层,再以硅酸四乙酯和硅酸钾作为原料,采用空气喷涂技术制备水玻璃陶瓷涂层,得到SiO_(2)^(-)玻璃陶瓷复合涂层,重点研究了两种涂层的抗高温氧化性能。结果表明,水玻璃陶瓷涂层和SiO_(2)^(-)玻璃陶瓷复合涂层使TiAl合金的抗高温氧化能力均有较大幅度的提升。氧化后质量并无大的改变,SiO_(2)^(-)玻璃陶瓷复合涂层仅出现1.13 mg/cm^(2)的增量,水玻璃陶瓷涂层的合金试样增量为14.4 mg/cm^(2),TiAl基体增量为84.8 mg/cm^(2)。随着TiAl基体上涂层厚度的增加,结合强度随之增加,涂层厚度相同时,SiO_(2)^(-)玻璃陶瓷复合涂层的结合强度要高于水玻璃陶瓷涂层。在涂层厚度为3.3μm时,水玻璃陶瓷涂层的结合强度为290.1 MPa,SiO_(2)^(-)玻璃陶瓷复合涂层的结合强度为350.8 MPa,后者比前者提高了20.69%。

热化学反应喷涂Al2O3基复合陶瓷涂层的制备及其性能

使用热化学反应热喷涂技术,在紫铜表面喷涂制备Al2O3基复合陶瓷涂层。利用XRD和SEM分析该复合陶瓷涂层物相组成和组织形貌,并对其热震性能、抗高温氧化性能和磨损性能进行测试。结果表明:采用热化学反应喷涂法在紫铜表面制备的陶瓷涂层内部生成陶瓷过渡相Al1.4Si0.3O2.7和Al1.9Si0.5O2.95等,在陶瓷涂层与Ni-Al过渡层间存在金属间化合物AlNi3;该复合陶瓷涂层熔化率较高,表面呈珊瑚状;涂层与紫铜基体结合牢靠,具有优异的高温抗氧化能力,其磨粒和粘着磨损比紫铜基体分别提高10倍和15倍。

防结渣复合陶瓷涂层在燃用准东煤锅炉上的应用研究

针对某台670t/h燃用准东煤锅炉出现的沾污、结渣问题,在水冷壁和屏式过热器区域受热面喷涂复合陶瓷涂层.采用热力计算方法,并结合复合陶瓷涂层试验数据,对水冷壁和过热器的吸热量进行计算,确定了水冷壁与过热器的最佳喷涂面积.结果表明:喷涂复合陶瓷涂层后,锅炉运行一年后的沾污、结渣情况得到明显改善,吹灰器月投运时间和减温水量分别减少了58.2%和75.2%,但由于水冷壁与过热器的吸热量比例失调,出现了过热汽温偏低问题;在水冷壁与过热器的最佳喷涂面积下过热汽温达到设计值,减温水量适中.

纳米复合陶瓷涂层激光熔覆后的组织与耐磨性能

研究了45#钢表面激光熔覆纳米Al2O3复合陶瓷涂层的微观组织结构、显微硬度和磨损特性。结果表明,激光熔覆层由-Al2O3和TiO2以及Al2O3纳米颗粒组成,在激光的作用下,消除了原来等离子喷涂层的片层状组织;纳米颗粒仍然保持纳米尺度,填充在涂层的大颗粒之间,起着桥连的作用;同时涂层气孔率的降低使涂层致密化程度得以提高,纳米Al2O3涂层的显微硬度较高,且其耐磨性能明显优于等离子Al2O3+13%TiO2喷涂层。

等离子喷涂纳米复合陶瓷涂层的组织结构及其形成机理

以Al2O3-13%TiO2(质量分数)团聚体复合陶瓷粉末为材料,采用等离子喷涂工艺在TiAl合金表面制备纳米结构陶瓷涂层。用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析粉末和涂层形貌、微观结构及相组成,讨论涂层的微观组织形成机理。结果表明: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,部分熔化区又分为液相烧结区(亚微米A12O3粒子镶嵌在TiO2基质相的三维网状或骨骼状结构)和固相烧结区(经过一定程度长大但仍保持在纳米尺度的残留纳米粒子);等离子喷涂使部分α-A12O3以及全部θ-A12O3转变为亚稳态γ-A12O3;纳米结构复合陶瓷涂层中的完全熔化区、液相烧结区及固相烧结区分别由等离子喷涂过程中纳米团聚体粉末中温度高于A12O3熔点、介于TiO2熔点到A12O3熔点之间以及低于TiO2熔点区域沉积获得,纳米结构涂层中不同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。

热喷涂金属陶瓷复合涂层研究进展

从喷涂方法、粉末特性和工艺参数三个方面介绍了金属陶瓷复合涂层制备、组织结构及综合性能的最新研究进展。同时认为这三个方面综合控制着热喷涂过程中陶瓷相的分解、氧化以及复合粉末的沉积行为,并由此对复合涂层的组织结构、力学性能和摩擦磨损性能具有重要影响。在此基础上,选择合适的喷涂方法和复合粉末,优化喷涂工艺是获得优良性能的金属陶瓷复合涂层的关键。

反应等离子喷涂TiC/Fe-Ni金属陶瓷复合涂层的显微组织

采用前驱体碳化复合技术制备Ti-Fe-Ni-C系粉末,并通过反应等离子喷涂技术(RPS)原位合成并沉积了TiC/Fe-Ni基金属陶瓷复合涂层。利用XRD、SEM和EDS研究复合粉末和涂层的成分、组织结构,考察复合粉末的TiC含量及复合粉末粒度对涂层组织结构的影响。结果表明:采用前驱体碳化复合技术制备的反应喷涂复合粉末粒度均匀、无有害相生成;TiC/Fe-Ni复合涂层由不同含量TiC颗粒分布于晶粒内部而形成的晶内型复合强化片层叠加而成,基体主要为(Fe、Ni)固溶体,TiC颗粒呈纳米级;涂层TiC含量较高时,纳米级TiC颗粒弥散分布更均匀;喷涂粉末粒度较大时,片层厚度较大,孔隙率较高。

激光重熔纳米SiC复合陶瓷涂层组织和性能研究

研究了WC/Co-NiCrAl等离子复合陶瓷涂层、激光重熔等离子涂层、激光渗入纳米SiC涂层的组织结构、耐磨性能。结果证明 :在所定的工艺参数下 ,等离子喷涂层组织呈层片状 ,层间为机械结合界面 ;经激光重熔后 ,激光作用区涂层组织细化 ,孔隙率降低 ,耐磨性能是原等离子涂层的 1 3倍 ;渗入纳米SiC后 ,组织进一步细化 ,孔隙率进一步降低 ,SiC颗粒仍处于纳米尺度 ,分布在粗颗粒表面及粗颗粒之间 ,其耐磨性能是原等离子涂层的 2 .

金属基体激光熔覆陶瓷基复合涂层的裂纹成因及控制方法

参考了较多国内外有关文献,较为系统地分析了金属基体激光熔覆陶瓷基复合涂层裂纹的形成机理,总结出降低裂纹倾向的方法:选择合适的激光熔覆参数;激光熔覆时对金属基体进行预热或后热处理;采用添加中间过渡层或梯度涂层的方法;在金属基体激光熔覆陶瓷基复合材料中添加增韧、增塑元素。这些方法为控制金属基体激光熔覆陶瓷基复合涂层的裂纹形成提供了有益参考。

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。

Al_2O_3-TiB_2复合陶瓷涂层制备及耐液锌腐蚀性能

针对连续热镀锌生产线中浸锌零部件表面的腐蚀磨损问题,应用高能高速等离子喷涂设备制备了Al2O3-TiB2复合陶瓷涂层。测试了涂层的显微组织、显微硬度、结合强度及耐熔融锌液腐蚀性能。结果表明涂层显微组织中不存在相互贯通的孔隙、微裂纹和未熔化颗粒,孔隙分布均匀且孔径较小,孔隙率<3%。涂层与基体结合状态良好,结合强度达到56 MPa。经过30天的熔融锌液浸泡,涂层表面未见有点蚀、裂纹或剥落现象。Al2O3-TiB2复合陶瓷涂层高的致密性和较好的抗热震性能对涂层力学性能和耐熔融锌液腐蚀性能提高起到了重要作用。

等离子喷涂Al_2O_3/TiO_2纳米陶瓷复合涂层的微观结构及性能

采用等离子喷涂技术制备了不同成分的Al2O3/TiO2纳米陶瓷复合涂层,并利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、显微硬度计和摩擦磨损试验机等分析测试手段研究了纳米陶瓷复合涂层的微观结构与性能。结果表明:纳米陶瓷复合涂层中Al2O3以α-Al2O3和γ-Al2O3两相共存的形式存在,且γ-Al2O3的含量随喷涂功率的增加而增加,而涂层中的Ti02则以金红石型存在;其微结构为完全熔化区的片状微观组织和部分熔化区的纳米级颗粒共存的组织;等离子喷涂功率和TiO2含量对涂层的硬度和耐磨性能均有显著的影响。

纯铜表面反应热喷涂法制备Al2O3基复合陶瓷涂层

采用热喷涂技术,以Al-CuO为主反应体系,在纯铜表面制备Al2O3基复合陶瓷涂层。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)分析了复合陶瓷涂层的组成及组织形貌。结果表明,在涂层间及涂层内部有NiCu及AlxCuy化合物生成,其有助于增强涂层的结合性能,实现了复合陶瓷涂层与过渡层为机械、微区冶金和化学结合并存的结合方式。当喷距为150mm时,陶瓷涂层表面粒子融化率较高,粒子成扁平片状,同时Al的适当过量可以起到弥补喷涂过程中Al的损失并为体系提供良好液相环境的作用。

等离子喷涂纳米复合陶瓷涂层的研究

借助扫描电镜和能谱分析,观测了等离子喷涂Al2O3-13%TiO2+ZrO2+CeO2纳米复合陶瓷涂层的显微组织和微区成分;通过硬度检测和相分析,研究了250℃和500℃低温退火对涂层硬度、晶粒度、断裂韧性以及相组成的影响。结果表明,纳米涂层呈层状结构,空隙率较低,且具有较高的硬度和结合强度;上述低温退火虽降低了纳米陶瓷涂层的显微硬度,但使其断裂韧性明显提高,而且对涂层的相组成和晶粒度影响不大。

燃煤锅炉防结渣复合陶瓷涂层技术应用

针对某台260 t/h燃煤锅炉沾污结渣问题,在受热面喷涂防结渣复合陶瓷涂层,根据结渣部位,结合热力计算方法,得出最佳喷涂区域为从下二次风底部往上12 m的四周水冷壁,面积约为400 m2。喷漆后运行3个月的统计结果显示:锅炉的沾污结渣情况明显改善,炉膛温度显著降低,月吹灰频次下降95.5%,减温水量下降34.5%;但存在飞灰及炉渣含碳量增加问题。对此,可采用降低煤粉细度等方式改善。本文研究结果可为解决锅炉结渣问题提供较好途径。

激光原位合成Al_2O_3-TiO_2复合陶瓷涂层组织结构与性能

先利用火焰喷涂技术在中国低活化马氏体钢表面制备了CrFeAlTi涂层,然后通过激光原位反应技术在火焰喷涂涂层表面原位合成了Al_2O_3-TiO_2复合陶瓷涂层。分别采用体视显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、立式万能摩擦磨损试验机以及静态铅铋腐蚀实验装置等分析测试手段对涂层的形貌、微观组织结构、物相组成、显微硬度、干滑动摩擦磨损性能以及耐液态铅铋合金腐蚀性能等进行了研究。实验结果表明:激光原位合成的Al_2O_3-TiO_2复合陶瓷涂层表面整体平整、光滑、致密,基本没有凹坑、裂纹和孔隙等缺陷,与基体之间形成了良好的冶金结合。涂层内部存在完全结晶区和非结晶区,且界面明显。涂层表面主要物相为Al_2O_3,TiO_2,(Al.948Cr.052)_2O_3,Fe_2TiO_5和FeCr等。涂层截面平均显微硬度约为1864.2HV0.2,比基体CLAM钢提高了约3倍,且沿横截面方向呈平稳过渡的阶梯状分布。与基体CLAM钢相比,涂层具有良好的耐磨性能,其磨损量仅为基体的1/6,并且涂层在液态铅铋中表现出良好的耐腐蚀性能。