冷喷涂制备铝基涂层研究进展及应用现状分析

系统介绍了近年来冷喷涂制备铝基涂层的现状,总结了Al-Ni、铝青铜、高铝青铜、Al-Al_(2)O_(3)、Al-Fe、铝基非晶涂层这几种铝基涂层体系在冷喷涂制备中所采用的工艺,对涂层的微观结构、力学性能以及耐腐蚀、耐磨损性能等进行了阐述,并对冷喷涂技术制备铝基涂层的研究发展和应用方向进行了展望。

电弧喷涂制备铝基涂层的组织与性能研究

采用铝基粉芯丝材和电弧喷涂技术制备了铝基涂层,并研究了涂层的显微组织和抗氧化、耐腐蚀等性能。铝基原始涂层主要物相有AlFe,AlFe3,Al2O3,AlFe0.25Ni0.77和AlNi等;经过800℃×1h热处理之后涂层中生成了高铝含量的新相Al13Ni4,Al86Fe14,Al5FeNi,提高了涂层的硬度。铝基涂层的抗氧化、耐腐蚀性能明显地优于相应的铁基涂层;其中Al-Fe-Ni-B铝基涂层抗氧化性能优良,接近于45CT;Al-Ni-Cr铝基涂层的耐腐蚀性能可与45CT相媲美。

电弧喷涂铝基涂层耐腐蚀性能

采用铝带制作粉芯线材,电弧喷涂方法制备铝基涂层。试验对比研究了铝基涂层、Fe-Al涂层和45CT涂层的抗氧化和耐腐蚀性能,以及铝基涂层、Fe-Al涂层和A304不锈钢的耐硫化氢腐蚀性能。试验结果表明,电弧喷涂铝基粉芯线材制备的涂层在650℃高温下具有优良的抗高温氧化性能;在涂盐和硫化氢耐腐蚀环境下,由于铝基涂层的硫化腐蚀反应仅发生在涂层表面,腐蚀层很薄,涂层内部几乎没有受到影响,因此铝基涂层具有优良的耐腐蚀性能。

电弧喷涂铝基涂层耐高温硫化腐蚀性能的研究

对电弧喷涂铝基涂层在600℃条件下的耐硫化氢腐蚀性能进行了研究,并与Fe-Al涂层和A304不锈钢的耐H2S腐蚀性能进行了对比。结果表明,铝基涂层的耐硫化氢腐蚀性能优于Fe-Al涂层和A304不锈钢。铝基涂层具有良好的耐H2S腐蚀性能的主要原因是涂层中的Al含量很高,在腐蚀过程中能优先生成Al的腐蚀产物以及涂层中含有多种铝的金属间化合物,能够阻碍硫原子向金属内部渗入,从而保证了铝基涂层具有良好的耐硫化腐蚀性能。

锌铝基涂层研究

用600目锌粉、铝粉为原料,通过特殊的机械-化学加工方法,制备了平均为小于0.1μm、直径为7～12μm的片状混合物作为达克罗涂层中的金属粉组成物,以铬酸水溶液与若干种添加剂搅拌混合后作溶剂。在国内外已报道的达克罗技术研究成果基础上,为扩大达克罗技术的应用范围,必须强化涂层致密度和涂层与基体的结合力。为此,在溶剂中加入了特制的强化剂,得到了一涂厚度为7～12μm,二涂厚度为17～20μm的涂层。按国家标准试验方法对该涂层进行了多项性能测试,其结果显示出,使用小于0.1μm的锌铝混合粉和特制强化剂,使涂层具有很小的腐蚀速度和良好的耐热性,尤其是在1%的HCl中表现出优异的耐蚀性,为达克罗技术在石油化工中实际应用提供了可行性。

航空发动机热端钛合金铝基涂层制备及抗高温氧化的研究进展

钛合金铝基耐高温氧化涂层包括渗铝涂层、Al-Si涂层、Al2O3涂层、TiAl金属间化合物涂层、Al-Zn涂层等.该文主要介绍了这些涂层的制备方法、组织结构,以及它们的高温抗氧化性能,对铝基涂层中存在的问题以及发展趋势进行了分析.

颗粒增强铝基涂层的组织结构与摩擦学性能

选用常规微米尺度Al2O3粉体和纳米结构Al2O3-TiO2粉体作为硬质颗粒,采用等离子喷涂方法在45钢基体上制备了Al2O3/Al2O3-TiO2颗粒增强铝基复合涂层,采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和维氏硬度计观察和测试涂层的形貌、物相及显微硬度,通过滑动摩擦磨损试验分析涂层的摩擦学性能。结果显示,Al/Al2O3涂层的表面形貌和纯铝涂层非常相似,Al/Al2O3-TiO2涂层表面可以看到未熔、半熔和全熔的增强相存在。Al/Al2O3涂层的主要物相为Al和α-Al2O3,Al/Al2O3-TiO2涂层的主要物相为Al、α-Al2O3和TiO。随着增强相加入量的提高,Al/Al2O3涂层和Al/Al2O3-TiO2涂层的硬度不断提高;当添加量为30%时,硬度分别比未加增强相时提高了67%和76%。加入增强相的涂层的平均摩擦因数都有较大幅度的减小,加入30%Al2O3的Al/Al2O3涂层的磨损量比未加入增强相涂层的磨损量下降85.6%,Al/Al2O3-TiO2涂层的磨损量比未加入增强相涂层的磨损量下降74%左右,表明硬质颗粒Al2O3和Al2O3-TiO2的加入,可显著提高涂层的耐磨性。

机械锤击式铝基WC涂层制备方法及其参数影响规律研究

以6061铝合金为研究对象,探究用音圈电机驱动机械锤击方式制备铝基WC涂层的可行性,研究锤击参数及WC颗粒粒径对涂层制备的影响规律。结果表明:WC颗粒粒径对涂层制备影响极大,用15~20、45~50μmWC颗粒能有效的在6061铝合金上锤击得到WC涂层,2~4μmWC颗粒难以通过机械锤击方式得到相对致密的WC涂层,WC涂层覆盖率随锤击力增大先降后升,粗糙度随锤击力增大先升后降,与覆盖率呈负相关。15~20、45~50μmWC颗粒的机械锤击式铝基WC涂层覆盖率无明显差别,15~20μmWC涂层粗糙度明显低于45~50μmWC涂层。机械锤击式WC涂层是一种新颖、可控的涂层加工工艺。

Al_2O_3纳米粒子增强锌铝基耐蚀涂层的制备及性能研究

为解决锌铝基耐蚀涂层在高速、强摩擦等特殊服役条件下的使用问题,将A l2O3纳米粒子添加到锌铝基耐蚀涂层中进行改性,以提高涂层的硬度和耐蚀性。研究了A l2O3纳米粒子及其添加量对涂层硬度、摩擦系数、附着强度、耐冲击性能和耐腐蚀性能的影响,并对涂层的微观组织和成分进行了分析。结果表明,添加A l2O3纳米粒子可显著提高锌铝基耐蚀涂层的硬度和耐蚀性能,降低摩擦系数,且对涂层的附着强度和耐冲击性能无负面影响。A l2O3纳米粒子在涂层中的均匀分散是获得涂层优异综合性能的必要条件。

镁合金表面冷喷涂铝基非晶涂层组织和性能的研究

利用冷喷涂技术在镁合金表面制备铝基非晶涂层。通过电化学实验评价涂层的耐蚀性;通过扫描电镜、X射线衍射仪对涂层的组织和相结构进行分析。结果表明:涂层微观组织均匀致密,孔隙率为0.59%。涂层与基体之间界面清晰,且涂层与镁合金基体之间未出现元素扩散现象,为机械结合。涂层平均显微硬度为300 HV0.1o喷涂后粉末的非晶结构被被成功保留,非晶相含量约为48%。铝基非晶涂层和镁合金基体的自腐蚀电位分别为-0.8.-1.8V,自腐蚀电流密度分别为5.9xl0\2.5xl0-5A/cm2.

SiC纳米粒子增强锌铝基耐蚀涂层的制备及性能研究

为解决锌铝基耐蚀涂层在高速、强摩擦等特殊服役条件下的使用问题,探索性地添加SiC纳米粒子对锌铝基耐蚀涂层进行改性,以提高涂层的硬度和强度。研究了SiC纳米粒子及其添加量对涂层硬度、附着强度、耐冲击性能和耐腐蚀性能的影响,并对涂层的微观组织和成分进行了分析。结果表明,添加SiC纳米粒子可显著提高锌铝基耐蚀涂层的硬度,且没有对涂层的附着强度、耐冲击性能和耐腐蚀性能带来负面影响。SiC纳米粒子在涂层中的均匀分散是保障涂层综合性能优异的必要条件。

纳米改性锌铝基耐蚀涂层的制备及性能研究

将纳米TiO2硬质颗粒添加到锌铝基耐蚀涂层中,制得了纳米TiO2增强的锌铝基耐蚀涂层,讨论了同添加量对涂层的各项性能的影响.结果表明:在B组分中添加0.2%的十二烷基磺酸钠对提高TiO2的分散性最佳;每1000g涂液中添加1～1.5g TiO2纳米粒子可以保持涂层有较高的附着性能;涂层硬度随着纳米粒子的加入量的增加而增加;涂层的耐冲击性能很高;加入TiO2对涂层的耐蚀性能会产生微小的不利影响.

金刚石粒子增强锌铝基耐蚀涂层的制备及其性能

为解决锌铝基耐蚀涂层在高速、强摩擦等特殊服役条件下硬度低、耐磨减摩性能差等问题,尝试通过添加金刚石粒子对其进行强化。研究了金刚石粒子及其添加量对涂层硬度、摩擦因数、耐磨性能、腐蚀电流密度和微观组织的影响。结果表明:添加1‰～7‰的金刚石粒子来强化传统锌铝基耐蚀涂层是可行的,不但能够显著提高涂层的硬度和摩擦学性能,而且没有对涂层的耐蚀性造成不利影响。

铝基硅酸盐陶瓷涂层耐蚀性能的研究

以正硅酸乙酯为主要原料,用溶胶-凝胶法在纯铝基体上制备出了均匀的硅酸盐陶瓷涂层,通过阳极极化曲线、硝酸腐蚀试验、海水浸泡试验及努氏硬度的测量研究了陶瓷涂层的耐腐蚀性能和耐磨性。结果表明,该涂层能显著提高基体的耐腐蚀性能、硬度及耐磨性能。

HVAF制备铝基非晶合金涂层及其腐蚀行为研究

[目的]为提升2024铝合金表面的耐蚀性能,开展先进涂层制备技术及其腐蚀行为研究。[方法]采用空气超音速火焰喷涂(HVAF)制备铝基非晶合金涂层。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对非晶涂层及2024铝合金基体的成分、微观结构进行分析。采用电化学工作站监测非晶涂层和铝合金基体在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的腐蚀行为,并借助扫描电子显微镜对腐蚀形貌进行观察。[结果]结果表明:HVAF工艺较高的喷涂速度有效降低了涂层的孔隙率(0.35%);同时,较高的喷涂速度使得熔化颗粒的冷却速度高于非晶形成所需的临界冷却速率,极大增加了涂层的非晶含量(高达81.3%)。在质量分数为3.5%的NaCl溶液中,铝基非晶合金涂层的耐蚀性能优于2024铝合金基体,其钝化电流密度为8×10^-6 A/cm^2,点蚀电位约为-0.30 VSCE,低频下的阻抗值约为2024铝合金基体的4倍。铝基非晶合金涂层的腐蚀机制为均匀腐蚀,而2024铝合金基体为点蚀。[结论]HVAF工艺可制备具有高非晶相含量、低孔隙率的铝基非晶合金涂层,能明显改善铝基非晶合金涂层的耐蚀性能。

微合金化对铝基非晶合金涂层耐蚀性能的影响

为获得具备优异耐蚀能力的铝基非晶合金表面防护涂层,通过微合金化调控方法设计了铝基非晶合金的成分体系(Al86Ni6Y4.5Co2La1.5)100-x(M)x,(M:Cr、Mo、Ti),并采用超音速火焰喷涂(HVAF)工艺制备出相同成分的非晶合金涂层分析其耐蚀性能。结果表明:微量添加原子数分数0.5%的Mo、Cr元素时,铝基非晶合金的玻璃形成能力未见大幅度降低,仍具备完全非晶结构,但点蚀电位提高到-175~200 mV,较本征合金Al86Ni6Y4.5Co2La1.5增大了约50~80 mV,而腐蚀电流密度降低约1.5个数量级,同时Mo、Cr元素的添加扩大了合金的钝化区间,可起到缓蚀作用;采用优化成分制备出的铝基非晶合金涂层,孔隙率仅为0.5%,在质量分数3.5%NaCl溶液中表现出优异的耐蚀性能,且具有明显的自钝化行为及较宽的钝化区间。

镁合金表面冷喷涂铝合金与铝基复合涂层组织和耐蚀性研究

为提高镁合金表面耐蚀性,用冷喷涂技术在ZM5镁合金表面制备AA5083铝合金涂层与AA5083/20vol.%Al_2O_3铝基复合涂层。采用光学显微镜、扫描电镜(SEM)和显微硬度测试仪等分析手段研究涂层形貌组织和性能,并结合电化学测试技术对涂层的抗腐蚀性能进行了评价。评价结果表明:冷喷涂铝合金涂层组织致密,铝基复合涂层中Al_2O_3与AA5083颗粒分布均匀;2种涂层显微硬度均大于ZM5镁合金基体且抗腐蚀性能优于ZM5镁合金,腐蚀电位相比镁合金基体有所提高,腐蚀电流相比镁合金基体降低一个数量级。利用冷喷涂技术制备的AA5083铝合金涂层与AA5083/20vol.%Al_2O_3铝基复合涂层,组织致密,涂层硬度较高,均可显著提高镁合金表面耐蚀性。

铝基陶瓷复合涂层表面粗糙度控制工艺研究

采用大功率电弧喷涂技术制备新型铝基陶瓷复合涂层,开展喷涂压力与涂层表面粗糙度对应关系研究.实验结果表明：喷涂压力与涂层表面粗糙度总体呈反比关系;当喷涂压力低于0.25MPa 后,涂层结合强度骤减,孔隙率增大;当喷涂压力在0.25 ～ 0.5MPa 时,涂层表面粗糙度与喷涂压力近似呈线性关系,可通过工艺控制量化定制涂层表面粗糙度;当喷涂压力大于0.5MPa 后,涂层表面粗糙度、结合强度与孔隙率逐渐趋于稳定.

电弧喷涂含陶瓷颗粒铝基复合涂层的微结构和性能

采用5052半硬铝带分别包覆Al_2O_3、SiC、B_4C、TiC陶瓷颗粒制备的粉芯丝材进行电弧喷涂试验,制备了含陶瓷颗粒的铝基复合涂层。利用光学显微镜、XRD分析了涂层的微观组织和相结构,测试了复合涂层的显微硬度、耐磨性及耐腐蚀性。研究结果表明,制备的铝基复合涂层中含有一定数量的未熔陶瓷颗粒,涂层较为致密,无明显缺陷。含陶瓷铝基涂层的物相主要由Al和所添加的陶瓷相构成,其中在含B_4C陶瓷涂层中还存在Al_3BC、Al_4C_3和AlB_2等新相。陶瓷颗粒的加入有利于提高铝基复合涂层的显微硬度,其中B_4C的加入使涂层中基体相显微硬度提高了1.5倍,这是由于B_4C陶瓷和Al反应生成Al_3BC、Al_4C_3和AlB_2硬质相。复合涂层的耐磨性均优于纯铝涂层,摩擦磨损的形式主要为粘着磨损。动电位极化腐蚀试验表明,含SiC和TiC陶瓷涂层具有较低的腐蚀电流,耐蚀性较好,含SiC陶瓷的复合涂层出现了明显的钝化现象。

Al_(2)O_(3)溶胶对铝基磷酸盐涂层组织及性能的影响

为提高铝基磷酸盐涂层的耐腐蚀性能和力学性能,通过在铝基磷酸盐涂料中添加Al_(2)O_(3),溶胶,经空气喷涂与热固化得到Al_(2)O_(3)颗粒增强铝基磷酸盐复合涂层,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、胶粘拉脱法、维氏硬度、电化学腐蚀试验和模拟海水浸泡试验考察Al_(2)O_(3),溶胶含量对复合涂层微观组织、力学性能和耐腐蚀性能的影响。结果表明:Al_(2)O_(3),溶胶在涂层500℃热固化的物相演化为Al_(2)O_(3)溶胶-AlOOH-Al_(2)O_(3)(γ相),生成的Al_(2)O_(3),颗粒在涂层呈弥散分布;随Al_(2)O_(3),溶胶含量从0增加到4%,复合涂层的孔隙减少,致密性提高,Al_(2)O_(3)颗粒弥散强化作用得到发挥,涂层结合强度由15 MPa提高为25 MPa,硬度由38 HV提高为65 HV;添加Al_(2)O_(3)溶胶制备得到的铝基磷酸盐复合涂层耐腐蚀性能明显提高,自腐蚀电流密度由2.38×10^(-7)A/cm^(2)下降至2.79×10^(-8)A/cm^(2),极化电阻由1.95×10^(4) Ω提升至4.73×10^(5)Ω。