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。

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。

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。

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。

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。

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。