铝合金表面纳米Al_2O_3-40%TiO_2复相陶瓷涂层力学与摩擦学性能

为提高铝合金零部件的耐磨性能,运用等离子喷涂技术在7005铝合金表面制备纳米Al2O3-40%TiO2(NAT40)复相陶瓷涂层,分析该涂层的微观结构,测试其主要力学性能,研究其在干摩擦和3.5%NaCl溶液中的摩擦行为与机制。结果表明:NAT40涂层的显微硬度为638.6 HV0.5,断裂韧度为13.3 MPa.m1/2,与基体的临界结合力达到80.35 N,均高于微米Al2O3-40%TiO2(MAT40)涂层。干摩擦时,随着载荷从3 N增大至12 N,NAT40涂层的摩擦因数从0.20上升至0.32,其磨损失重也从1.3 mg增大到2.2 mg;轻载3 N时,涂层以微观切削磨损为主,而在重载12 N条件下,磨损表面闪温计算值达到541.65℃,导致涂层的强度和硬度下降,磨损机理变为多次塑变磨损、粘着磨损和氧化磨损。在3.5%NaCl溶液摩擦环境中,NAT40涂层在相同载荷条件下的摩擦因数较干摩擦时显著降低,但重载(12 N)时,其磨损失重却比干摩擦时增加22.7%;随着载荷的增加,涂层的磨损机理由疲劳磨损转变为应力腐蚀磨损。

大气等离子喷涂Al_2O_3-40%TiO_2涂层的组织与性能

为提高舰船关重部件的耐磨损、抗腐蚀性能,开展了大气等离子喷涂氧化铝复合涂层技术研究。在45钢表面制备Al2O3-40%TiO2陶瓷涂层,通过扫描电子显微镜、显微硬度计、电子天平、摩擦磨损试验机等仪器设备,分析该涂层的显微结构,测其显微硬度、孔隙率等性能,研究其在干摩擦条件下的摩擦磨损性能。结果表明:涂层均匀致密,孔隙率为1.86%,涂层与粘结层之间有明显的倒钩镶嵌结构;Al2O3-40%TiO2涂层的平均硬度为687.2 HV0.1,同时粘结层起到了硬度梯度作用;在干摩擦条件下,45钢主要为严重的黏着磨损,而涂层的磨损主要以层状剥离为主,伴随着少量磨粒磨损,且磨损量低于45钢。在某舰艇主机正时齿轮密封失效部位表面使用Al2O3-40%TiO2涂层,大大提高了正时齿轮的使用寿命,为舰船关重部件的维修与再制造提供了技术支持和理论参考。

等离子喷涂Al_2O_3-40%TiO_2陶瓷复合层的微观结构及耐磨性能

为了探讨不同功率下6063铝合金表面等离子喷涂Al2O3-40%TiO2陶瓷复合层的形貌、组构及其耐磨性能,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进行了相关研究。结果表明:微米级Al2O3-40%TiO2粉末经过等离子喷涂可以获得弥散分布的纳米级颗粒的陶瓷复合涂层,涂层硬度在1 000 HV以上;当喷涂功率为25～33 kW时,涂层硬度和耐磨性能随喷涂功率的升高而降低。

工艺参数对大气等离子喷涂Al_2O_3-40%TiO_2涂层性能影响

基于涂层的显微硬度、孔隙率和断裂韧性,利用四因素三水平正交试验并结合极差分析方法,对大气等离子喷涂Al2O3-40%Ti O2陶瓷涂层的喷涂电压、喷涂电流、主气流量、喷涂距离等4个工艺参数进行优化。结果表明:4个工艺参数因素相互交错影响着涂层的性能,且喷涂距离对涂层显微硬度影响较大,喷涂电压对涂层的孔隙率、断裂韧性有明显影响,对涂层的综合性能评分影响顺序是:喷涂电流>喷涂距离>主气流量>喷涂电压;优化的最佳工艺参数:喷涂电压为65V,喷涂电流为500A,主气流量为30L/min,喷涂距离为90mm;最优工艺参数制备的涂层显微硬度为1036.73HV0.1,孔隙率为0.9%,断裂韧性为19.87MPa?m1/2,涂层的结合强度为37.8MPa。

激光重熔Al_2O_3和Al_2O_3-40%TiO_2防腐涂层:第一原理研究

本文采用大气等离子喷涂方法在AZ91D镁合金基体上制备Al2O3和Al2O3-40%TiO2防腐涂层,然后采取激光重熔对涂层进行封孔。采用第一原理计算表明Al2O3涂层较Al2O3-40%TiO2涂层杨氏模量大、热膨胀系数小,因此激光重熔Al2O3涂层时,由于其杨氏模量高导致涂层内应力较大,Al2O3涂层极易开裂、剥落。

基于响应曲面法压铸用Al2O3-40%TiO2涂层制备工艺研究

为改善铝合金压铸用钢制工器具的耐铝液腐蚀性能,提高压铸循环次数并降低成本。采用等离子喷涂工艺,在H13钢制工器具表面制备了Al2O3-40%TiO2涂层。基于响应曲面法(RSM)优化等离子喷涂工艺参数,利用Box-Behnken(BBD)设计分析了电压(U)、电流(I)和喷涂距离(d)等主要因素对涂层显微硬度(H)和孔隙率(P)的影响规律,建立了电压(U)、电流(I)和喷涂距离(d)与显微硬度(H)和孔隙率(P)之间的数学模型,构筑了涂层显微硬度(H)和孔隙率(P)的响应曲面。建立的数学模型可靠,在本工艺条件下,经优化后涂层的显微硬度(H)和孔隙率(P)的曲线方程可分别表述为:H=5 733.59+330.51×U-38.33×I-97.57×d-0.31×U×I+1.43×U×d-2.41×U2+0.053×I2, P=-32.8-0.32×U+0.11×I+0.27×d-0.004×U×d+0.005 6×U2-0.000 11×I2。优化的数学模型可应用于Al2O3-40%TiO2涂层的喷涂工艺参数优化和性能预测。模型预测的涂层最佳显微硬度(H)和孔隙率(P)的工艺参数为:U=70 V, I=475 A, d=120 mm,涂层显微硬度(H)和孔隙率(P)分别为965.46 HV0.3和0.87%,实际测定的涂层显微硬度(H)和孔隙率(P)分别为978.35 HV0.3和0.82%,二者结果相近。响应曲面法(RSM)所具有的预测优势,可弥补常规实验优化的不足,运用到先进涂层技术的工艺设计和数据分析中,用于喷涂工艺的优化,有利于高性能涂层的研制。