电爆喷涂FeCoCrNiAl_(x)高熵合金涂层的形成机制与性能

采用电爆喷涂技术在TC4钛合金表面制备FeCoCrNiAl_(x)(x=0,0.5,1.0,摩尔比,下同)涂层。使用XRD,SEM,EDS,显微硬度计以及摩擦磨损实验等材料分析手段,研究Al含量对高熵合金涂层物相结构、表面形貌、显微硬度和耐磨性能的影响。结果表明:涂层的晶粒尺寸为纳米级,均形成了简单的FCC,BCC及FCC+BCC结构固溶体。随Al元素的增加,物相结构由FCC相逐渐向BCC相转变。涂层表面平整、致密,没有明显的裂纹等缺陷,且各元素分布均匀,并没有发现元素偏聚现象。划痕测试表明,FeCoCrNiAl_(1.0)涂层出现失效的平均临界载荷为37.2 N;涂层与基体呈冶金结合。涂层的硬度和耐磨性与Al含量呈正相关关系,x=1.0时,平均显微硬度达到最大值531.8HV,约为基体的1.62倍;FeCoCrNiAl_(1.0)涂层的磨损量最小,耐磨性约为基体的3.9倍,磨损机制主要为磨粒磨损。

电爆喷涂制备管内多孔涂层及其形成机理

管内多孔涂层是增强传热性能和提高换热效率的有效途径。采用电爆喷涂制备管内多孔涂层,研究0.5 mm铜丝在不同初始电压下涂层的表面形貌、粗糙度和孔隙分布,并通过沉积能量和爆炸产物讨论微结构涂层的形成机理。结果表明:改变初始电压可以得到不同微观形貌的涂层。初始电压为14.0 kV时,得到最优多孔涂层,形成由小颗粒堆积而成的多孔结构,其表面积是未喷涂涂层管的4.47倍,孔隙率高达57.8%;15.2 kV时,由小熔池凝固后形成均匀的圆形多孔涂层,孔隙率为40.3%。涂层的形成主要取决于不同电压下爆炸时铜丝沉积的能量,它作为喷涂粒子的热动条件,决定了喷涂粒子的能量和粒径大小,不同状态的喷涂粒子与基管表面碰撞后或颗粒堆积或形成熔池,最终导致涂层微观形貌的差异。

管内约束碳化钨粉末电爆喷涂涂层的特性

为实现用碳化钨粉末作为喷涂材料制备电爆喷涂涂层,开发了一种连续送粉的管内约束电爆喷涂方法,试验研究了初始电压及喷涂距离对涂层特性的影响。结果表明:在一定的喷涂距离范围内,这种方法可以使碳化钨颗粒全部以熔融状态形成液相涂层,这类涂层致密度较高,与基体有较高的结合强度,当喷涂距离很小时,如1mm,涂层表面呈现气相沉积的特征。随着喷涂距离的增大,爆炸产物中部分熔融粒子开始凝固成固相颗粒,形成含有固相颗粒的涂层,这种涂层的致密度下降,与基体结合强度较低。随着初始电压的升高,获得液相涂层和含有固相颗粒的涂层的喷涂范围增大。

电爆喷涂技术在材料表面制备涂层的研究进展

综述了电爆喷涂技术在材料表面制备涂层的研究进展和应用。给出了电爆喷涂技术的特点,喷涂设备的工作原理以及喷涂材料的种类;详细讨论了放电参数、喷涂材料与基体材料的几何尺寸、喷涂室气压、复合涂层等因素对涂层质量的影响;列举了电爆喷涂技术的实际应用;进一步分析了将来需要研究的问题。

电爆喷涂中工艺参数对涂层性能的影响

电爆喷涂技术能够快速、方便地在玻璃等非金属表面制备金属涂层。通过对不同工艺参数下电爆喷涂实验样品的测试与分析,得到了工艺参数与涂层性能之间的关系。结果表明,电爆喷涂过程中,当电容器初始电压从10kV逐渐增大到20kV、金属丝直径由1mm逐渐减小到0.5mm、回路电感由10.8μH逐渐减小到3.9μH时,能够使金属丝的受热更加充分,爆炸产生的金属微粒的平均粒径更小,温度更高,飞行速度更快,因而形成的涂层更加致密、均匀,涂层电阻最小达到0.235mΩ。

电爆喷涂中粉末导体的能量沉积特性

电爆喷涂作为一种正在研究的新型表面改性技术,其喷涂原料形态、种类的多元化是促进该技术实现工程应用的重要因素。基于对传统丝电爆喷涂的研究认识,引入粉末导体作为喷涂原料进行电爆喷涂实验,并自主开发了一套针对粉末导体的连续电爆喷涂装置,对粉末电爆喷涂的能量沉积特性进行了初步研究。结果表明,随充电电压(8~13 kV)及粉末粒径(10~100μm)的变化,粉末电爆呈现两种能量沉积模式:平滑震荡模式(Ⅰ)和突变模式(Ⅱ)。在平滑震荡模式下,由于过早发生了沿粉末表面的旁路气体放电,粉末能量沉积低,受热程度不高,很难形成有效涂层;突变模式下,旁路气体放电被有效抑制,粉末能量沉积充分,更易得到均匀、致密的涂层。可通过同时提高充电电压和减小粒径的途径,实现粉末能量沉积模式由平滑震荡式向突变式转变,进而改善涂层质量。

电爆喷涂粒子的约束调控机制及对沉积行为的影响

采用对喷涂粒子进行槽内约束的电爆喷涂方法,研究了喷涂粒子在垂直槽中的约束调控机制及其沉积行为。结果表明:约束深度达20mm时,即喷涂距离为丝径的100倍时,仍可获得连续、均匀的涂层。约束宽度从6mm减小至2 mm,涂层表面呈现出由粗糙的"丘壑状"形貌向均匀的"薄饼状"形貌逐渐过渡的演变趋势,且涂层厚度显著提高;能量密度从57 J/mm^3提高至152 J/mm^3,同样可提高涂层厚度并改善涂层均匀性。对喷涂粒子进行收集,发现减小约束宽度和提高能量密度均可有效细化喷涂粒子并使喷涂粒子粒径分布更加均匀。分析认为,由焦耳加热导致的"热膨胀效应"和击穿电弧伴生的"压力效应"共同决定电爆冲击波和喷涂粒子的形成,并随能量密度和约束参数的变化,对喷涂粒子表现出不同的约束调控作用,使其沉积行为产生显著差异。

管内壁的粉末电爆喷涂工艺

开发了小口径管内壁连续送粉电爆喷涂设备,适用于内径最小为Φ50 mm的管内壁涂层的制备。使用多种粒径的Ni60A合金粉末进行了电爆喷涂试验,分析粉末粒径对涂层形成的影响。结果表明:在本试验参数范围内,粉末粒径越小、电压越高,电爆过程中能量沉积越多,获得的涂层结合强度越高。在加热阶段,放电回路中会产生旁路电流,该电流阻碍了能量向粉末上沉积。通过减小粉末粒径或增大初始充电电压可延迟旁路电流的发生,增加粉末上的能量沉积率。

粉末电爆喷涂方法制备Ti_(3)SiC_(2)涂层

在自制的连续送粉电爆喷涂设备上,以Ti_(3)SiC_(2)粉末为电爆喷涂材料制备了Ti_(3)SiC_(2)涂层。根据所制备涂层的表面形貌和截面特征,分析了充电电压、粉末粒径、石墨掺入量对电爆喷涂过程的影响。结果表明,粉末粒径为28μm,充电电压高于15 kV、掺入的石墨粉为10%时,涂层沉积率较高,均匀性较好。XRD分析表明,涂层由TiC与Ti_(3)SiC_(2)组成。采用胶结对偶试样拉伸试验法测定的涂层结合强度大于37 MPa。分析认为,掺和石墨粉可提高电爆时粉末的导电性,减少粉末粒子外边缘的沿面放电,使粉末获得更加充分的加热,有利于涂层的形成。

电热线爆定向喷涂制备stellite/WC复合涂层的特性

利用电热线爆定向喷涂方法在45钢基体上制备了stellite/WC复合涂层,运用扫描电镜及能谱分析对复合涂层的形貌、微观结构以及涂层的基体结合机理进行了分析,利用纳米硬度计测量了复合涂层的硬度和弹性模量.结果表明:涂层致密,无层状结构出现;喷涂过程中涂层颗粒在基体上的快速凝固使得涂层晶粒细小均匀,晶粒为200～500 nm;涂层与基体界面发生了元素扩散现象,为扩散-冶金结合;涂层硬度的最大值为18.6 GPa,模量的最大值为310 GPa,硬度和模量沿横截面都呈现先增加而后减小的变化趋势.

丝段式电热爆过程中的气隙击穿特性

金属丝段落入高压电场中发生电热爆,只能靠两端与电极之间的气体放电导入大电流完成。为系统认识气体放电过程中充电电压、电极间距与击穿气隙之间关系,改变初始充电电压和丝段初始长度,进行系列电热爆试验,同时,测量不同气隙时的放电电流。结果表明,金属丝段进入高压电场中后,存在单气隙放电和双气隙放电两种模式的气体放电。发生单气隙放电时气隙的击穿电压要比双气隙放电时气隙的击穿电压小。电极间距增大后,气隙的击穿电压增大。能够发生双气隙放电时对应丝段的最小长度,为适合电热爆发生的丝段最佳长度。