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。

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。

热化学反应法制备氧化铝基陶瓷涂层及性能研究

采用热化学反应法在Q235钢上制备氧化铝基陶瓷涂层,对涂层进行结构分析及性能测试。结果表明,涂层在600℃固化产生了新陶瓷相;涂层较致密,与基体结合良好;大大提高了基体的耐蚀性和耐磨性。

镁合金表面纳米Al_2O_3基陶瓷涂层的制备及其性能研究

为增强镁合金对环境的适应性,采用热化学反应法在MB2镁合金表面制备了纳米陶瓷涂层,采用XRD分析了其相结构,并测试了涂层的耐磨性、耐蚀性及耐热冲击性。结果表明,该涂层中有新相MgMn SiO4、Al2SiO5、Mg2SiO4和ZnAl2O4生成,耐热冲击性优异,相对于基体而言,其耐磨粒磨损性提高了1.22倍,耐黏着磨损性提高了1.89倍,耐盐蚀性能提高了13.7倍,耐酸蚀性能提高了13.4倍;对涂层进行环氧清漆封闭后,其耐酸性可提高37.7倍。

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。

热化学反应法制备Al_2O_3基陶瓷涂层及耐磨性能研究

采用热化学反应法在Q235钢表面制备Al2O3基陶瓷涂层,对涂层的形貌、涂层与基体的结合力、涂层的耐磨性进行了研究。结果表明,陶瓷涂层在600℃固化时有新相产生,增强了涂层与基体的结合强度;陶瓷涂层比较均匀且致密,涂层与基体之间已无明显界限;Al2O3基陶瓷涂层提高了Q235钢的耐磨性。

镁合金热化学反应热喷涂Al_2O_3基复相陶瓷涂层的性能

为了提高镁合金的耐磨、耐蚀等性能,以Al2O3+TiO2为陶瓷骨料,加入Al+B2O3+TiO2放热反应体系,采用氧乙炔火焰喷涂技术在AZ31B镁合金表面制备Al2O3基复相陶瓷涂层,研究了复合陶瓷涂层的形貌、致密性、相结构、热震性能、耐磨性和耐蚀性,并与普通热喷涂陶瓷涂层进行了比较。结果表明:热化学反应热喷涂层表面陶瓷粒子的熔化率较高,呈熔岩状;热化学反应热喷涂过程中发生热化学反应,涂层中有TiB2等新相生成;热化学反应热喷涂层的抗热震性、致密性、耐磨性、耐蚀性均优于普通热喷涂层,清漆封孔可使热化学反应热喷涂层的致密性大幅提高,几乎不发生腐蚀。

激光熔覆镍基金属陶瓷涂层组织与高温磨损性能的研究

通过显微组织观察及高温干摩擦磨损试验,对激光熔覆镍基金属陶瓷涂层及其高温干摩擦磨损性能进行了研究。结果表明,Ni21+20%WC+0.5%CeO2熔覆层组织细小,高温干摩擦磨损性能最好。

Al2O3基热化学反应法陶瓷涂层制备及耐蚀性能

采用热化学反应法在Q235钢表面制备具有保护性的Al2O3基陶瓷涂层。X射线衍射分析结果表明:陶瓷涂层在600℃有新相产生,增强了涂层与基体的结合力。扫描电镜结果表明:陶瓷涂层比较均匀致密,涂层与基体之间已无明显界限,涂层与基体结合良好。浸泡腐蚀试验结果表明,陶瓷涂层显著的提高了基体在各种腐蚀介质中的抗腐蚀能力。

镍基WC陶瓷涂层的干滑动摩擦磨损性能

为了改善制动器的制动性能 ,即提高它的耐磨性和摩擦系数 ,对 4种WC含量不同的镍基复合涂层的摩擦磨损性能进行了试验研究 ,并且利用扫描电子显微镜对复合涂层的磨损面进行了观察 ,在此基础上对其抗磨机理和WC含量对涂层摩擦磨损性能的影响进行了分析与讨论。试验结果表明 ,含WC硬质相的镍基复合涂层的耐磨性和摩擦系数都高于基体HT2 5 0 。

微弧氧化电源占空比对陶瓷基自润滑复合涂层性能的影响

为提高柴油机铝合金活塞的可靠性和耐用性,在不同电源占空比下通过微弧氧化实验在铝合金基体上制备得到微弧氧化陶瓷层,利用电泳技术将MoS2微纳米粒子引入陶瓷层的孔隙中,制备得到陶瓷基自润滑复合涂层。研究微弧氧化电源占空比对陶瓷层和复合涂层微观形貌、厚度和表面粗糙度的影响,并利用往复式摩擦磨损试验机在干摩擦、油润滑条件下对复合涂层的摩擦学性能进行分析。结果表明:随占空比的提高,微弧氧化陶瓷层的厚度、表面粗糙度呈现先增加后减小的变化趋势;随占空比的提高,制备得到的复合涂层的摩擦因数先减小后增大,占空比为60%~70%得到的复合涂层摩擦因数最低,且复合涂层与基体结合状态好,抗磨自润滑性能显著。

添加CeO_2激光熔覆Ni基WC金属陶瓷涂层的高温干摩擦磨损性能

采用CO2横流激光器在21-4-N耐热钢表面熔覆添加0.5%CeO2的不同成分Ni基WC金属陶瓷复合层;对熔覆层进行了显微组织观察、显微硬度测量以及不同温度下的高温干摩擦磨损试验。结果表明,Ni21+25%WC+0.5%CeO2熔覆层组织均匀细小,高温下以粘着磨损和氧化磨损为主,干摩擦磨损性能优良。

超音速火焰喷涂4种典型WC基金属陶瓷涂层的组织和性能

采用超音速火焰喷涂工艺在碳钢表面制备WC-12Co、WC-10Co4Cr、WC-10Ni和WC-20Cr3C2-7Ni金属陶瓷涂层,对比研究了不同涂层的物相组成、硬度、耐磨性能和耐腐蚀性能。结果表明:WC-12Co、WC-10Co4Cr和WC-10Ni涂层中均生成了少量W2C脱碳相;4种涂层均很致密,且与基体结合良好;WC-10Co4Cr和WC-12Co涂层的硬度和耐磨性能相近且最好,WC-10Ni涂层的次之,WC-20Cr3C2-7Ni涂层的最差;WC-10Co4Cr涂层的耐腐蚀性能最好,WC-10Ni涂层略次之,WC-20Cr3C2-7Ni涂层的最差。WC-10Ni涂层的耐磨性能适中,耐腐蚀性能略低于WC-10Co4Cr涂层的,在正常服役条件下有望替代WC-10Co4Cr涂层用于机械零件表面磨损和腐蚀防护。

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。

可计及温度与层状结构影响的超高温陶瓷基复合材料涂层残余热应力理论表征模型

目的创建可计及温度与层状结构共同影响的超高温陶瓷基复合材料涂层与基体层因热不匹配导致的残余热应力的理论表征模型。方法基于经典的层合板理论与超高温陶瓷基复合材料热物理性能参数对温度的敏感性研究,引入温度和层状结构对涂层与基体层所受残余热应力的影响,形成各层残余热应力温度相关性的理论表征方法,并以ZrB_2-SiC复合材料涂层为例,利用该理论方法系统地研究了各种控制机制对残余热应力的影响及其随温度的演化规律。结果超高温陶瓷基复合材料涂层与基体层所受的残余热应力随着温度的变化而变化,涂层热膨胀系数与基体层热膨胀系数差别越大,变化幅度越大。当涂层材料热膨胀系数大于基体层材料热膨胀系数时,涂层材料遭受残余拉应力,基体层材料遭受残余压应力;随着涂层厚度的增加,涂层所受拉应力减小,而基体层所受压应力增大;当涂层材料热膨胀系数小于基体层材料热膨胀系数时,涂层材料遭受残余压应力,基体层材料遭受残余拉应力;随着涂层厚度的增加,涂层所受压应力减小,而基体层所受拉应力增大。低温下,各层所受残余热应力对层厚与每层材料组成的变化比较敏感,随着温度的升高,敏感性降低。结论对于涂层材料,应设计涂层材料的热膨胀系数小于基体层材料的热膨胀系数,使涂层遭受残余压应力,这不仅能够降低材料表面产生裂纹的危险,同时可以抑制表面已有缺陷的扩展。同时应当设计相对较小的涂层厚度,以增大涂层所受的残余压应力,降低基体层所受的残余拉应力,有效提高整体材料在不同温度下的强度性能。

陶瓷基高温自润滑复合涂层的制备及摩擦学性能研究进展

摩擦磨损大多数情况下不利于机械设备,我国作为机械制造大国,降低摩擦磨损对工业进步及可持续发展有重大意义。陶瓷基高温自润滑复合涂层作为工业应用中常见体系之一,主要以硬质陶瓷为基体,并掺杂润滑材料作为第二相组成,使其一方面继承陶瓷相优异的高温稳定性及强度,另一方面提高在常见摩擦环境下的润滑性能,因此被广泛应用于船舶、航空航天、生物科技、高速列车等领域,受到研究人员的广泛关注与探索。本文以陶瓷基高温自润滑复合涂层为中心,首先阐述复合涂层及固体润滑材料的基本分类;其次综述不同制备方法的最新研究进展,重点关注工艺参数对制备陶瓷基高温自润滑涂层性能的影响及改善方法;然后归纳改善陶瓷基高温自润滑复合涂层表面摩擦学性能的关键因素,探讨了提升减摩耐磨性能的可行性和研究潜力;最后总结目前陶瓷基高温自润滑复合涂层存在的问题,主要有以下2点:(1)对复合涂层的物相分析仍以解释现象为主,没有完整的理论基础;(2)对不同制备工艺下复合涂层结构和摩擦学性能的改善手段较单一。因此提出相应的解决办法以及未来可能的发展方向:(1)研究陶瓷基体和不同润滑相、附加组元、高温环境的协同作用机理,建立系统的理论基础;(2)针对不同制备工艺的成型机理,重点研究工艺参数的协同作用对复合涂层微观结构形成的影响,扩展制备工艺的改善方法。

铝合金表面添加稀土激光熔覆Ni基WC金属陶瓷涂层研究

添加适量稀土氧化物,采用自配的熔覆材料在ZL108表面激光熔覆制备了Ni基WC金属陶瓷复合涂层,对熔覆层进行了显微组织分析、显微硬度测量以及室温下的干滑动摩擦磨损试验。结果表明,铝合金上激光熔覆Ni基WC金属陶瓷增强熔覆层无裂纹,组织细小、致密,WC颗粒增强相与基体之间结合良好。室温下熔覆层的磨损主要为显微切削和粘着磨损,干摩擦磨损性能优良。

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.

激光熔覆原位合成Fe基TiC金属陶瓷涂层室温干滑动摩擦磨损性能

采用CO2横流激光器在Q235钢表面熔覆制备了原位合成Fe基TiC金属陶瓷复合涂层;对熔覆层进行了显微组织观察、显微硬度测量以及室温下的干滑动摩擦磨损试验。结果表明,Fe基TiC金属陶瓷增强熔覆层组织致密,无缺陷,TiC粒子同基体之间结合良好。熔覆层室温下以区域选择性粘着磨损和显微切削为主,干摩擦磨损性能优良。

铝合金表面添加La_2O_3激光熔覆Ni基WC金属陶瓷涂层研究

添加适量La2O3,采用自配的熔覆材料在ZL108表面激光熔覆制备了Ni基WC金属陶瓷复合涂层,对熔覆层进行了显微组织和能谱分析、显微硬度测量以及室温下的干滑动摩擦磨损试验。结果表明,在铝合金表面激光熔覆处理时添加适量La2O3获得的Ni基WC金属陶瓷增强涂层无裂纹,组织细小,致密,WC颗粒增强相与基体之间结合良好。室温下熔覆层的磨损主要为显微切削和粘着磨损,干摩擦磨损性能优良。