基于响应曲面法的等离子喷涂Ni60CuMo涂层质量优化

采用表面工程技术对废旧铝合金活塞进行再制造,可有效延长铝合金活塞服役寿命,同时实现资源的节约与环境污染的降低。为此采用等离子喷涂技术在铝合金109(ZL109)表面制备了Ni60CuMo防护涂层,结合Box-Behnken响应曲面法设计实验对涂层质量进行优化,以孔隙率为响应值,分析了喷涂距离(D)、送粉速率(R)和喷涂功率(P_(1))对涂层孔隙率(P)的影响规律。结果表明:送粉速率对孔隙率的影响最大,在较低的送粉速率、较大的喷涂距离与较小的喷涂功率下涂层孔隙、裂纹更少,涂层质量更优。同时建立的孔隙率响应曲面模型有效,可以用于等离子喷涂Ni60CuMo涂层的质量优化。最低孔隙率的预测参数:喷涂距离D=131.58 mm,送粉速率R=37.01 g·min^(-1)和喷涂功率P 1=31.09 kW,能获得的最小孔隙率为2.5%。

等离子喷涂技术在工程陶瓷涂层制备中的应用现状及展望

等离子喷涂作为一种成熟的表面处理技术,具有适用范围广、生产效率高、涂层质量好的优点,在基体材料表面增强过程中扮演了愈发重要的角色。与此同时,越来越多的实例也证明:陶瓷涂层对提高基体材料的整体性能和服役寿命起到了关键作用。本文综述了大气等离子喷涂、超音速等离子喷涂、悬浮液等离子喷涂、真空等离子喷涂、低压等离子喷涂等常规等离子喷涂技术在制备陶瓷涂层方面的研究进展,总结了各种制备方法的优势与不足,并在此基础上对该领域的后续发展提出展望。

有限元探究表面曲率和基体厚度对等离子喷涂层残余应力影响

为探究基体表面曲率和基体厚度对等离子喷涂涂层残余应力的影响,文章建立不同表面曲率和基体厚度的模型,应用有限元方法,在控制喷涂工艺参数不变的情况下,对不同模型进行TC4钛合金表面喷涂NiCrAl涂层的仿真。结果表明,基体表面曲率及基体厚度均不会影响残余应力的整体分布规律,而对其大小有影响。涂层与基体结合面上残余应力分布呈边缘位置应力大,而中心位置上较小的规律。当基体表面曲率κ从0 mm^(-1)增加到1/9 mm^(-1)时,结合面边缘位置的残余应力值降低明显。在基体表面曲率相同的情况下,基体厚度增大可使结合面上残余应力极值明显降低。在文章的参数选择范围内,增大基体表面曲率、增加基体厚度均可减小结合面上的等效残余应力的极值,有助于提高涂层与基体的结合质量。

大气等离子喷涂Si/Mullite+BSAS/Yb_(2)Si_(2)O_(7)环境障涂层的制备与水氧腐蚀行为

以固相烧结法制备的Yb_(2)Si_(2)O_(7)粉体作为原材料,采用大气等离子喷涂工艺在SiC基体表面制备Si/Mullite+BSAS/Yb_(2)Si_(2)O_(7)三层结构环境障涂层。利用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射分析仪、纳米压痕试验机等设备研究涂层的显微组织、相结构和力学性能。结果表明:粉体材料由83%Yb_(2)Si_(2)O_(7)相和17%Yb_(2)SiO_(5)相(质量分数)组成,等离子喷涂获得的Yb_(2)Si_(2)O_(7)层孔隙率为(6.61±0.65)%,涂层结合强度达(22.82±3.55)MPa,涂层断裂韧度达(1.98±0.12)MPa·m1/2。此外,涂层1350℃条件下水氧耦合腐蚀测试结果显示Yb_(2)Si_(2)O_(7)单斜相含量先降低后提高,硅黏结层高温氧化形成的热生长氧化物SiO_(2)与Mullite+BSAS界面相容,未发现Mullite+BSAS与Yb_(2)Si_(2)O_(7)层互扩散现象,硅层的损耗是涂层使用寿命的主要限制环节。

铝合金基体上等离子喷涂复相陶瓷涂层力学性能研究

针对铝活塞表面容易划伤的实际,利用机械球磨法和PVA造粒技术制备复合陶瓷粉末,采用等离子喷涂法在XGFH-3铝合金表面制备复合陶瓷涂层,涂层制备过程采用氧气送粉,不喷过渡层,测试了涂层结合强度、显微硬度、耐磨性等性能。结果表明,粉末球磨96h制备的涂层结合强度最高,达到了19.07MPa,复相陶瓷涂层的显微硬度最大值达到了HV0.11105,是基体的16倍,基体单位面积磨损量远高于喷涂试样,大约为涂层磨损量的8.5倍以上,最大达到了13.6倍。

等离子喷涂压电陶瓷涂层的基础研究

介绍了用等离子喷涂技术制备压电陶瓷涂层的工艺过程；用扫描电镜和Ｘ射线衍射仪分析了涂层的显微结构和相结构，测试了该涂层的压电应变常数；探讨了电弧电流对涂层成分、结构和电性能的影响。

等离子喷涂制备Co基TiC金属陶瓷涂层的微观形貌及耐高温腐蚀性能

采用等离子喷涂技术在GH586合金表面制备了一层Co基TiC金属陶瓷涂层。研究了TiC含量对Co基TiC金属陶瓷涂层显微组织及耐高温腐蚀性能的影响。结果表明:TiC陶瓷颗粒与Co基粉体有良好的润湿性,呈现相互包裹的结构,涂层结合紧密无缺陷;TiC的加入,提高了Co基TiC金属陶瓷涂层的耐磨性,但当TiC含量过高时,团聚现象严重,导致涂层的耐高温腐蚀性能降低;TiC质量分数为10%时,TiC颗粒在涂层中分布较为均匀,此时涂层的耐高温腐蚀性能和耐磨性都较优。

镍基WC陶瓷等离子喷涂涂层的干滑动摩擦磨损性能

研究了镍基WC陶瓷等离子喷涂涂层随载荷和速度变化的干滑动摩擦磨损性能 ,探讨了涂层的孔隙率、显微硬度及磨损面和磨损后涂层形貌与涂层的磨损机制之间的关系。研究表明 :镍基WC涂层与对磨材料相比具有优良的摩擦磨损性能 ,且随着摩擦速度的增加 ,磨损率增加的幅度很小 ,摩擦因数减小的幅度较大 ,随着摩擦载荷的增加 ,摩擦因数减小和磨损率增加的幅度较小。

等离子喷涂制备铁基复合陶瓷涂层的研究

以铝粉和氧化铁粉作原料,采用等离子反应合成技术制备出了金属颗粒增韧的FeAl2O4-Al2O3-Fe复合陶瓷涂层。研究分析了复合涂层的组织及其性能。结果表明:等离子反应合成得到了以层状基体相FeAl2O4与硬质相Al2O3为骨架,球状Fe相弥散分布于基体相上的复合涂层。复合涂层的断裂韧性和结合强度明显优于普通Al2O3涂层,特别是复合涂层的具有较高的耐磨性能。

等离子喷涂Cr3C2/NiCr金属陶瓷基高温润滑涂层的摩擦学行为研究

目的探讨和研究Cr3C2/NiCr-Ag-MoO3-CaF2和Cr3C2/NiCr-CaF2金属陶瓷涂层与ZrO2配副在宽温域(室温~800℃)内的摩擦磨损行为和磨损机理。方法以Cr3C2/NiCr作为基底材料,CaF2、Ag、MoO3作为固体润滑剂,采用大气等离子喷涂技术在718高温合金钢基体表面,制备Cr3C2/NiCr-Ag-MoO3-CaF2和Cr3C2/NiCr-CaF2金属陶瓷涂层。采用UMT-3高温摩擦磨损实验机评价涂层从室温~800℃的摩擦磨损性能,采用显微硬度计和万能材料实验机测试涂层的显微硬度和粘结强度,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和拉曼光谱仪分析涂层的显微结构、物相组成和磨痕的微观形貌。结果Cr3C2/NiCr-CaF2和Cr3C2/NiCr-Ag-MoO3-CaF2金属陶瓷涂层结构致密,显微硬度和结合强度均随着固体润滑剂含量的增加而有所下降,结合强度分别为46.45、36.65MPa,显微硬度分别为524.61HV0.3、478.29HV0.3。涂层的摩擦系数和磨损率均随着温度的升高而降低,800℃时Cr3C2/NiCr-CaF2和Cr3C2/NiCr-Ag-MoO3-CaF2涂层的摩擦系数和磨损率最低,最低摩擦系数分别为0.30和0.19,最低磨损率分别为3.84×10^-5、2.89×10^-5mm^3/(N·m)。结论CaF2可以改善600℃以上的摩擦学性能,Ag、CaF2、MoO3在涂层磨损表面发生摩擦化学反应生成的钼酸银和钼酸钙,可以有效地改善Cr3C2/NiCr涂层在600℃以上的摩擦学性能。

陶瓷基复合材料可磨耗环境障涂层制备及性能

随着碳化硅陶瓷基复材制备的涡轮外环的逐步应用,与其匹配的可磨耗涂层技术需求迫切。本工作采用大气等离子喷涂技术,制备4层结构的BSAS(Ba_(0.75)Sr_(0.25)Al_2Si_2O_8)-聚酯基可磨耗环境障涂层(A/EBCs),探究工艺参数对可磨耗面层孔隙率的影响规律以及涂层在1300℃下的相结构和组织演变。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、透射电镜(TEM)对涂层相结构、微观组织及成分进行分析表征。结果表明:BSAS-聚酯基可磨耗面层的孔隙率为26.4%~36.8%,BSAS-聚酯粒子温度敏感的参量是主气(氩气)流量、辅气(氢气)流量和喷涂距离,速度敏感的参量是主气(氩气)流量;其中主气(氩气)流量同时对BSAS-聚酯的粒子温度和速度具有反向影响作用。该可磨耗面层在1300℃高温氧化300 h保持单斜相结构,组织和成分稳定,局部析出球状非晶氧化硅颗粒。采用高温高速刮削实验对涂层可磨耗性能进行评价,涂层表面发现纳米高温合金微粒黏附,叶片高度磨损比(IDR)为20%,达到可磨耗封严涂层使用要求。

热处理对等离子喷涂BSAS环境障涂层性能影响

采用自制的固相烧结BSAS粉体,利用大气等离子喷涂工艺在SiC基体表面制备Si/Mullite+BSAS/BSAS三层结构环境障涂层。通过扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射分析仪等研究环境障涂层在不同热处理温度下涂层的相结构、显微组织演变规律。结果表明:喷涂态BSAS涂层主要由单斜结构BAS相和非晶相组成;经过1100℃热处理后,涂层内部非晶相转变为六方结构BAS相;1200℃热处理后六方结构BAS相逐渐向单斜结构BAS相转变,在1300℃热处理后单斜结构BAS相的含量达到最大;随着热处理温度的进一步上升,出现鳞石英结构的SiO_(2)相和高钡含量的Ba3SiO5相以及副钡长石结构BAS相,1400℃热处理过程中发现硅液滴渗出的现象。

等离子喷涂-激光重熔陶瓷涂层存在问题及改进措施

等离子喷涂是目前国内、外最常用的金属表面陶瓷涂层技术,但涂层的组织呈粗大的片层状、孔隙度较高、裂纹较多,且涂层与基材间为机械结合.等离子喷涂层的激光重熔为这一技术难题的解决提供了一条新的途径,使陶瓷材料的优异性能充分发挥出来.为此,综述了国内、外激光表面重熔等离子喷涂陶瓷涂层的研究现状,总结了等离子喷涂陶瓷涂层激光重熔后的组织特征与性能特点,分析了激光重熔过程中存在裂纹和剥落等问题的原因,提出了这些问题的解决途径,并展望了该项技术的应用前景.

HA 生物活性陶瓷涂层的爆炸喷涂与等离子喷涂

采用爆炸喷涂与等离子喷涂两种工艺制备ＨＡ生物活性陶瓷涂层，并对两种层进行对比研究．采有ＸＲＤ、ＳＥＭ等方法分析涂层的物相组成和显微结构．发现爆炸喷涂的涂层结构致密、结晶程度较高；等离子喷涂的涂层则具有较高的孔隙率，涂层非晶化现象明显．经适当温度热处理，两种涂层的结晶程度均可明显提高．

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。

激光熔覆纳米Al_2O_3等离子喷涂陶瓷涂层

采用X射线衍射仪、扫描电镜和显微硬度计研究了45#钢表面激光熔覆纳米Al2O3改性Al2O3+13%TiO2(质量分数)陶瓷涂层的相组成、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,激光重熔区亚稳相γ Al2O3转变成稳定相α Al2O3,熔覆层由粗颗粒α Al2O3和TiO2以及纳米α Al2O颗粒组成,在激光的作用下,等离子喷涂层的片层状结构得以消除;纳米Al2O3颗粒仍然保持在纳米尺度,填充在涂层的大颗粒之间,使涂层致密化程度得以提高,因此纳米Al2O3改性涂层的显微硬度较高,且其耐磨性能明显优于等离子喷涂层。

喷涂功率对真空等离子喷涂羟基磷灰石涂层的影响

本文采用真空等离子喷涂设备（VacuumPlasmaSprnySystem），在不偷呐涂功率下制备了羟基磷灰石涂层，研究了热喷涂功率对羟基磷灰石涂层材料学特征的影响．实验中，使用X射线衍射仪，测定了涂层的相组成．使用扫描电子电镜，观察了羟基磷灰石涂层的表面形貌．研究结果表明，热喷涂功率对羟基磷灰石涂层的结构有着重大的影响．一方面，随着热喷涂功率的提高，涂层的非晶化加剧，涂层中非晶态的羟基磷灰石含量不断增大．另一方面，随着热喷涂功率的提高，羟基磷灰石粉末的熔化状态变好，颗粒之间的结合能力加强；涂层的显微结构明显改善．

等离子喷涂ZrO_2/Al_2O_3陶瓷涂层的摩擦磨损性能

采用等离子喷涂技术在20钢基体上制备不同ZrO2含量的ZrO2/Al2O3陶瓷涂层,在QG–700型高温气氛摩擦磨损试验机上测试了涂层的室温干滑动摩擦磨损性能,用JSM–5160LV型电镜(SEM)对涂层磨损表面和磨屑进行微观形貌观察。结果表明:40ZAT涂层的摩擦学性能较10ZAT与20ZAT涂层的有所改善;ZrO2含量对等离子喷涂ZrO2/Al2O3陶瓷涂层的磨损性能具有一定的影响;涂层的磨损机理为微观断裂引起的剥落磨损。

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。

Fe基非晶合金涂层的等离子喷涂制备工艺研究

一种 Fe基非晶合金粉末 (含 Si,B,Cr,Ni等 )被用于大气等离子喷涂试验 ,结果表明 ,采用等离子喷涂工艺成功地制备出了一种高非晶含量的 Fe基非晶合金涂层 ,涂层各区域的组织均匀一致 ,涂层由变形良好的带状粒子相互搭接堆积而成 ,涂层致密度高 ,孔隙率低 ,氧化物含量较少 ,并具有很高的硬度 ,显微硬度在 5 30～ 790 Hv0 .1范围内 ,涂层与基材结合良好 ,结合强度可达 2 7MPa以上 。