Al_(2)O_(3)-13%TiO_(2)绝缘防护复合涂层组织及电偶腐蚀性能

目的研究等离子喷涂的Al_(2)O_(3)-13%TiO_(2)涂层和封孔处理后的Al_(2)O_(3)-13%TiO_(2)复合涂层对TC4-H70异种金属电偶对的腐蚀防护效果。方法采用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪对涂层的物相组成、组织形貌、元素分布进行表征分析,使用电化学工作站和电偶腐蚀测量仪对涂层及对比试样的耐蚀性能进行分析研究。结果等离子喷涂的Al_(2)O_(3)-13%TiO_(2)涂层由α-Al_(2)O_(3)和γ-Al_(2)O_(3)两相组成,以γ-Al_(2)O_(3)相为主。Al_(2)O_(3)-13%TiO_(2)涂层中存在微孔与微裂纹等缺陷,腐蚀介质易渗入,因此Al_(2)O_(3)-13%TiO_(2)涂层的耐蚀性较差。经过封孔处理后的Al_(2)O_(3)-13%TiO_(2)涂层,表层缺陷被充分填充,同时在陶瓷表层形成厚度为20~40μm的致密阻挡层,有效阻隔了NaCl腐蚀介质的渗入,涂层腐蚀电流密度相比于H70基体和Al_(2)O_(3)-13%TiO_(2)涂层试样减小了4个数量级,基底与涂层间的界面电荷转移电阻值相较于H70基体和Al_(2)O_(3)-13%TiO_(2)涂层提高了5个数量级,涂层耐蚀性和绝缘性显著提升。TC4-H70电偶对经15 d电偶腐蚀试验后,H70表面发生腐蚀,封孔处理后的Al_(2)O_(3)-13%TiO_(2)涂层可有效降低TC4-H70电偶对间的电偶腐蚀作用,经15 d电偶腐蚀试验后,试样未腐蚀,且涂层完整。结论封孔处理后的Al_(2)O_(3)-13%TiO_(2)涂层优异的电偶腐蚀防护效果主要得益于其高电阻和表层的高致密性,几乎阻隔了异种金属间的电子传输,使得异种金属间的电偶电池作用极其微弱,可有效延长异种金属海水管路的使用寿命,在电偶腐蚀防护领域具有巨大的应用前景。

钛合金表面等离子喷涂Al_(2)O_(3)-40%TiO_(2)陶瓷涂层的高温摩擦磨损性能

目的研究温度对钛合金表面Al_(2)O_(3)-40%TiO_(2)陶瓷涂层摩擦磨损性能的影响,探讨涂层在高温下的摩擦磨损机理。方法采用大气等离子喷涂技术(APS)在TC4钛合金表面制备Al_(2)O_(3)-40%TiO_(2)(AT40)陶瓷涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)和能量分散谱仪(EDS),对AT40陶瓷涂层中的微观形貌和物相进行定性分析。借助维氏显微硬度计,研究AT40陶瓷涂层在常温下的截面显微硬度分布规律,以及高温下的显微硬度。采用多功能摩擦磨损试验机,测试AT40陶瓷涂层在200、350、500℃下的摩擦磨损性能,并进行原位在线自动3D形貌表征。结果AT40陶瓷涂层呈典型的热喷涂层状结构,各相分布均匀,涂层结构致密,平均显微硬度相较于TC4钛合金基材提高了81%。AT40陶瓷涂层在200、350、500℃下的高温硬度分别为513HV0.3、463HV0.3、448HV0.3。在200、350℃时,AT40陶瓷涂层的平均摩擦系数分别为0.18±0.02和0.38±0.03,磨损率分别为(7.8±0.01)×10^(–5)mm^(3)/(N·m)和(37.2±0.01)×10^(–5)mm^(3)/(N·m),涂层具有优异的抗高温摩擦磨损性能。500℃时,涂层的平均摩擦系数和磨损率分别为0.77±0.02和(134.4±0.01)×10^(–5)mm^(3)/(N·m),磨痕深度和磨损体积大幅增加,耐磨性能降低。结论AT40陶瓷涂层在200℃和350℃的磨损机制主要为微区脆性断裂,在500℃时的磨损机制表现为裂纹扩展引起的分层剥落和轻微磨料磨损。

Q235钢表面喷涂NiCrAl/Al_(2)O_(3)-20wt%TiO_(2)涂层的冲蚀磨损性能

采用大气等离子喷涂法在Q235钢基体上制备了NiCrAl/Al_(2)O_(3)-20wt%TiO_(2)复合涂层,采用扫描电镜、X射线衍射仪和能谱仪等对涂层微观形貌、相组织结构进行表征。测定了涂层截面显微硬度。分析了涂层在30°、60°、90°冲蚀角下涂层冲蚀率。结果表明:冲蚀角为60°时,冲蚀率最大,为0.4326 mg·mm^(-2);在30°时冲蚀率最小,为0.3225 mg·mm^(-2);90°冲蚀角的为0.3742 mg·mm^(-2)。在30°冲蚀角下涂层具有较好的抗塑性冲蚀能力,在90°冲蚀角下涂层具有较好的抗脆性冲蚀能力。

Al_(2)O_(3)-13%TiO_(2)/铁基非晶合金复合涂层的室温摩擦磨损行为

利用等离子喷涂技术制备含质量分数15%Al_(2)O_(3)-13%TiO_(2)陶瓷相的Fe_(45)Cr_(16)Mo_(16)C_(18)B_(5)铁基非晶合金复合涂层并进行销盘式摩擦磨损试验,通过与铁基非晶合金涂层进行对比,研究了复合涂层在不同载荷(20,30,50 N)和销轴转速(300,500,800 r·min^(-1))下的摩擦磨损行为,分析了其磨损机制。结果表明:当销轴转速为300 r·min^(-1)时,不同载荷下复合涂层的磨损率较铁基非晶合金涂层降低近50%,复合涂层的磨损机制随着载荷的增大由磨粒磨损转变为疲劳磨损;当载荷为30 N时,复合涂层的磨痕深度与磨损率随销轴转速的增加先增大后减小,均在转速为500 r·min^(-1)达到最大,在销轴转速为500 r·min^(-1)和800 r·min^(-1)时复合涂层均表现为黏着磨损。

Sb-SnO_(2)掺杂量对Al_(2)O_(3)-13%TiO_(2)复合陶瓷涂层抗结垢性能的影响

以Al_(2)O_(3)-13%TiO_(2)(AT13)和纳米掺锑SnO_(2)(Sb-SnO_(2))粉体为原料,采用等离子喷涂工艺在4145H合金钢基体表面制备了掺杂不同质量分数(0~16%)Sb-SnO_(2)的AT13复合陶瓷涂层,研究了复合陶瓷涂层的表面性能、微观形貌、显微硬度、结合强度以及在地层采出水中的抗结垢性能,并与电镀铬层和未处理4145H合金钢进行对比。结果表明:与电镀铬层和未处理4145H合金钢相比,复合陶瓷涂层的水接触角较大,表面能较低,随着Sb-SnO_(2)掺杂量的增加,水接触角基本呈先增大后减小的趋势,表面能先减小后增大;复合陶瓷涂层具有大量的孔隙;随着Sb-SnO_(2)掺杂量的增加,硬度整体呈降低趋势,但均高于4145H合金钢和电镀铬层,单位面积结垢质量先减小后增大;掺杂质量分数10%Sb-SnO_(2)的复合陶瓷涂层具有最大的水接触角、最小的表面能、最小的单位面积结垢质量,平均结合强度为25.7 MPa。

氧化镧掺杂对等离子喷涂Al_2O_3-40%TiO_2涂层组织和耐磨性能的影响

在45#钢基体上大气等离子喷涂制备了Al2O3-40%TiO2(AT40)以及添加不同含量La2O3稀土的陶瓷涂层,利用X射线衍射和扫描电镜对涂层的组织结构和形貌进行了研究,并分析了涂层的显微硬度和磨损性能。研究结果表明:添加稀土的AT40涂层主要是由Al2O3、Al2TiO5和LaAl11O8相组成。基体与粘结层以及陶瓷层与粘结层之间形成良好的机械结合界面。添加稀土的涂层孔隙率降低,显微硬度和断裂韧性略有增加。在相同的摩擦磨损试验条件下,稀土/AT40涂层比AT40涂层具有更好的耐磨性,磨损机制都主要是脆性剥落磨损和粘着磨损。

纳米Al_2O_3-13%TiO_2粉末及其等离子喷涂涂层的相变(英文)

将商用纳米Al2O3与TiO2粉末混合制浆,通过喷雾造粒技术重构成大颗粒纳米Al2O3-13%TiO2团聚粉体,然后采用不同加热温度进行烧结,制备用于热喷涂的纳米喂料。采用等离子喷涂技术沉积形成纳米涂层。利用XRD和SEM对纳米粉末和涂层的形貌、显微结构和晶相进行表征。结果表明,在烧结过程中纳米氧化铝没有发生相变,而纳米氧化钛则由锐钛矿相转变为金红石相;在等离子喷涂过程中,部分α-Al2O3发生熔化转变为γ-Al2O3,且转变量与喷涂工艺参数有关;而TiO2相只在较低喷涂工艺参数下存在衍射峰,在较高喷涂工艺参数下则以χ-Al2O3·TiO2固溶体存在;涂层在热处理过程中会发生γ-Al2O3向α-Al2O3的转变,且有TiO2相析出。

涂布刮刀表面等离子喷涂纳米Al_2O_3-13%TiO_2涂层的特性

为了深入研究纳米Al_2O_3-13%TiO_2(AT13)涂层的组织、性能与喷涂工艺参数之间的关系,采用正交试验法对等离子喷涂工艺的电流、电压、送粉率和喷涂距离等参数进行了优化,在涂布刮刀表面制备了纳米AT13涂层。采用金相显微镜,SEM,EPMA和XRD等对纳米AT13涂层的组织、磨粒磨损性能和结合强度进行了分析。结果表明:纳米AT13涂层均匀致密,孔隙率低;涂层存在全熔和半熔双态结构特征,相结构明显,以稳定相α-Al_2O_3和Rutile-TiO_2为主,存在亚稳态γ-Al_2O_3相结构转变;涂层与基体以机械结合为主,结合强,耐磨性良好;涂层表面应力以残余压应力为主。

等离子弧功率对Al_(2)O_(3)-13wt%TiO_(2)涂层组织与磨损性能的影响

采用大气等离子喷涂方法在Q235钢基体上制备了不同等离子弧功率的Al_(2)O_(3)-13wt%TiO_(2)涂层,粒度为(20~40)μm。采用扫描电镜、X射线衍射仪和能谱仪等对涂层微观形貌、相组织结构进行表征,测定了涂层截面孔隙率、沉积厚度、显微硬度以及干摩擦磨损性能。等离子弧功率为29640W时涂层质量较好,截面显微硬度达1145 HV0.2、沉积厚度为338μm,孔隙率为3.9%,干摩擦磨性能最佳。在较大载荷下犁沟效应明显,涂层失效形式表现为颗粒剥落、磨粒磨损。载荷减小时,涂层微观脆性断裂显著,磨损失效形式为疲劳剥落和显微犁削。

激光熔覆Ni-Al/Al_(2)O_(3)-13%TiO_(2)金属陶瓷涂层的组织性能研究

为了进一步研究激光熔覆Ni-Al/Al_(2)O_(3)-13%TiO_(2)金属陶瓷涂层的硬度及耐磨性,应用YLS-2000光纤激光器在45钢基体上分别制备Ni-Al涂层及Ni-Al/Al_(2)O_(3)-13%TiO_(2)金属陶瓷涂层。通过金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线能谱分析、X射线衍射等系统地研究涂层的组织形貌、物相组成及元素分布。采用HXD-1000TB维氏硬度仪测定涂层截面显微硬度分布,利用M-2000磨损试验机进行磨损试验。结果表明,Ni-Al/Al_(2)O_(3)-13%TiO_(2)金属陶瓷涂层的宏观成形质量较好,无裂纹,其涂层的截面最高硬度约为Ni-Al涂层的2倍,约为基体的4倍;其磨损体积约是45钢基体的1/8,相较于Ni-Al涂层的磨损体积降低了30%。Ni-Al/Al_(2)O_(3)-13%TiO_(2)金属陶瓷涂层组织更加均匀致密,其硬度及耐磨性能相较于Ni-Al涂层及基体材料显著提升,该研究对于金属陶瓷材料的整体性能分析具有一定的参考意义。

大气等离子喷涂NiCoCrAlY/Al_2O_3-30%B_4C复合涂层的抗氧化性能

采用化工冶金包覆、喷雾造粒和固相合金化技术制备了NiCoCrAlY/Al_2O_3-30%B_4C粉体,利用大气等离子喷涂技术制备了NiCoCrAlY/Al_2O_3-30%B_4C复合涂层,对粉体和涂层的显微结构进行了分析,并对涂层的抗氧化性能进行了研究。结果表明,Al_2O_3和B_4C表面均包覆一层致密的NiCoCrAlY合金,包覆层厚度为3~5μm。涂层呈典型的层状结构,涂层由NiCo CrAlY、Al2O3和B4C相组成。在850℃时,涂层的恒温氧化动力学曲线分为氧化初期的大斜率直线、氧化中期的小斜率直线和氧化后期的抛物线3个阶段。850℃下氧化96 h后,涂层表面生成一层连续的氧化物保护层,其外层主要由Al_2O_3组成,而内层则由Cr_2O_3和Al_2O_3组成。

等离子喷涂Mo/Al_(2)O_(3)陶瓷-金属梯度涂层耐锌铝腐蚀性研究

采用等离子喷涂技术在316L基体上Mo/Al_(2)O_(3)陶瓷-金属梯度涂层。采用SEM、EDS分析了腐蚀后涂层组织结构、化学成分变化,并测试在580℃锌铝液中的耐腐蚀性,分析腐蚀机理以及失效过程。研究结果表明,Mo/Al_(2)O_(3)梯度涂层由于减缓了界面处热膨胀系数的突变,使得界面处的应力集中减少,对裂纹的扩展起到延缓和抑制的作用,涂层抗裂性能增强。在腐蚀过程中,Mo/Al_(2)O_(3)梯度涂层主要失效原因是涂层中的孔隙和裂纹扩展,在其界面处结合薄弱部位Mo发生氧化,生成的氧化物削弱了涂层的结合力,导致涂层裂纹开始扩展并最终失效。

等离子喷涂纳米复合陶瓷涂层的组织结构及其形成机理

以Al2O3-13%TiO2(质量分数)团聚体复合陶瓷粉末为材料,采用等离子喷涂工艺在TiAl合金表面制备纳米结构陶瓷涂层。用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析粉末和涂层形貌、微观结构及相组成,讨论涂层的微观组织形成机理。结果表明:纳米结构复合陶瓷涂层由部分熔化区以及与常规等离子喷涂类似的片层状完全熔化区组成;根据组织结构的不同,部分熔化区又分为液相烧结区(亚微米A12O3粒子镶嵌在TiO2基质相的三维网状或骨骼状结构)和固相烧结区(经过一定程度长大但仍保持在纳米尺度的残留纳米粒子);等离子喷涂使部分α-A12O3以及全部θ-A12O3转变为亚稳态γ-A12O3;纳米结构复合陶瓷涂层中的完全熔化区、液相烧结区及固相烧结区分别由等离子喷涂过程中纳米团聚体粉末中温度高于A12O3熔点、介于TiO2熔点到A12O3熔点之间以及低于TiO2熔点区域沉积获得,纳米结构涂层中不同部分熔化组织源于复合陶瓷粉末中A12O3与TiO2之间的熔点差异。

热处理对多层复合增韧涂层的微观结构及力学性能的影响

AT40陶瓷涂层与黏结层界面裂纹萌生、扩展是导致涂层失效的主要原因,制备多层陶瓷/金属低应力涂层为陶瓷涂层增韧的方法之一。利用APS(大气等离子喷涂)在Q235上制备AT40-NiAl-AT40-NiAl四层复合多层涂层并对复合多层进行热处理。使用SEM、EPMA、3PB等表征手段研究热处理对四层复合金属-陶瓷涂层的微观结构及涂层断裂韧性的影响。结果表明,热处理过程中陶瓷层-黏结层界面、陶瓷层富Al相富Ti相界面均发生了元素扩散;热处理后陶瓷层硬度增加30%,复合涂层断裂韧性提高。热处理过程中元素扩散形成的氧化物一方面在黏结层与陶瓷层之间形成钉扎效应增强黏结性,另一方面填充涂层中的孔隙、裂纹等缺陷提高涂层的硬度,降低裂纹扩展的面积从而提升涂层的断裂韧性。多层金属陶瓷沉积形成的复合陶瓷涂层及对其使用热处理的方法能有效提升AT40等陶瓷涂层的断裂韧性,对解决铁基零部件表面耐磨陶瓷容易脆断失效和扩展陶瓷涂层的应用范围提供了新的思路。

柱塞表面高性能涂层的应用

为提高泥浆泵柱塞的表面性能,分别采用等离子喷涂Al_(2)O_(3)-40%TiO_(2)、超音速火焰喷涂WC-10Co4Cr工艺对柱塞表面进行强化处理,并对涂层试样进行分析。等离子喷涂制备的Al_(2)O_(3)-40%TiO_(2)涂层孔隙率为2.15%,涂层硬度986 HV0.3;超音速火焰制备的WC-10Co4Cr涂层孔隙率为0.86%,涂层硬度1 273 HV0.3。2种涂层与基体界面结合效果良好。超音速火焰喷涂涂层较等离子喷涂涂层组织更为致密,具有更为优良的综合力学性能和耐磨性。2种涂层均具有优异的电化学性能。同等磨损条件下,WC-10Co4Cr涂层耐磨性更好。

超音速喷涂复合WC基金属陶瓷涂层的性能

采用超音速火焰喷涂技术和等离子喷涂技术在活塞杆用316L不锈钢基体上制备了WC-12Co(WC)/NiCr双重涂层,并制备传统等离子喷涂Al_(2)O_(3)-13TiO_(2)(AT13)涂层作为对照。通过扫描电镜、X射线衍射仪、显微维氏硬度计、摩擦磨损试验机、电化学工作站等设备对涂层的性能进行了研究和对比。结果表明,各涂层界面界限清晰,结合性良好,WC涂层的显微硬度为1363 HV0.3,是AT13涂层的1.8倍。在60 min往复摩擦磨损试验条件下,AT13涂层的体积磨损率为WC涂层的4.42倍,WC涂层磨损机制主要表现为磨粒磨损。在3.5%NaCl溶液中,WC涂层和AT13涂层的自腐蚀电位均低于316L不锈钢基体,避免了电偶效应对基体的优先腐蚀,并且AT13涂层的自腐蚀电流密度最大,其次是316L不锈钢基体,WC涂层的自腐蚀电流密度最小,仅为基体的0.57倍。

TiA1合金表面激光重熔纳米陶瓷涂层热腐蚀性能

为了进一步提高TiA1金的耐热腐蚀性能,分别采用等离子喷涂和等离子喷涂一激光重熔复合工艺在TiA1合金表面制备了纳米A1_2O_3-13%TiO_2(质量分数)陶瓷涂层,研究了两种涂层在850℃C下 75%Na_2SO_4+25%NaCl(质量分数)熔融盐中的热腐蚀行为,用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对腐蚀后试样的微观组织以及物相进行了分析,并讨论了激光重熔处理对涂层耐热腐蚀性能的影响。结果表明,等离子喷涂陶瓷涂层的腐蚀情况较为严重,经过激光重熔后可以有效提高其耐热腐蚀性能。激光重熔试样具有较高抗热腐蚀性能的原因是:一方面激光重熔消除了喷涂层的层状结构和大部分孔隙,形成了均匀致密的重熔层,减少了热腐蚀过程中的腐蚀扩散通道;另一方面归因于激光重熔使亚稳相γ-A1_2O_3转变为稳定相α-A1_2O_3。