Al_(2)O_(3)复合金属陶瓷材料的有效分离和ICP光谱法研究

金属陶瓷材料应用领域越来越广,为实现对其组分的实验分析,文章通过对性能特性、各相组成和化学特性研究,完成Al_(2)O_(3)复合金属陶瓷材料中Al、Cu、Fe等21项元素的测试应用研究。本研究方法测定Al_(2)O_(3)复合金属陶瓷材料元素含量快速灵敏、正确度高、精密度好,有很好的实用价值。

Y_(2)O_(3)含量对大气等离子喷涂Al_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)复合涂层微观结构和力学性能的影响

目的探究掺杂不同质量分数Y_(2)O_(3)对Al_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)复合涂层微观结构及其力学性能的影响。方法采用大气等离子喷涂制备Al_(2)O_(3)涂层,以及Y_(2)O_(3)质量分数分别为10%、20%、30%、40%的Al_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)复合涂层。利用SEM、EDS对粉末以及不同涂层的形貌、组织结构、元素分布进行分析。使用XRD表征粉末和涂层的物相。使用显微硬度仪、纳米压痕测试仪和电子万能试验机对涂层的显微硬度、弹性模量以及断裂韧性等力学性能进行测试分析。结果Al_(2)O_(3)喷涂粉末的物相由α-Al_(2)O_(3)组成,而喷涂得到的Al_(2)O_(3)涂层则由α-Al_(2)O_(3)、γ-Al_(2)O_(3)组成。加入Y_(2)O_(3)后,对复合涂层中γ-Al_(2)O_(3)的生成有一定的抑制作用。随着喷涂粉末中Y_(2)O_(3)含量的增多,Al_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)复合涂层表面未充分熔融的颗粒逐渐增加,复合涂层的孔隙率也越来越大,掺杂了10%Y_(2)O_(3)的Al_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)复合涂层的孔隙率最低,涂层最致密。Al_(2)O_(3)涂层具有最高的显微硬度值(1209HV0.3)和弹性模量(227 GPa)。随着Y_(2)O_(3)含量的增加,Al_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)复合涂层的显微硬度与弹性模量逐渐降低。Al_(2)O_(3)-10%Y_(2)O_(3)复合涂层的弹性恢复率高达48.3%,并且其断裂韧性及抗塑性变形的能力也最好。结论掺杂了10%Y_(2)O_(3)的Al_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)复合涂层具有最致密的微观组织结构,其综合力学性能最好。

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。

氧化铝含量对冷喷涂Al-Al_(2)O_(3)复合涂层表观形貌和显微结构的影响

目的通过改变原料粉末中氧化铝的添加量,研究氧化铝含量的变化对冷喷涂Al-Al_(2)O_(3)复合涂层形貌和显微结构的影响,为冷喷涂金属/陶瓷复合涂层的制备及结构性能的优化提供参考。方法将商用纯Al粉和Al_(2)O_(3)粉按照不同的配比进行混合,利用冷喷涂技术在Q235钢表面制备不同Al_(2)O_(3)含量的Al-Al_(2)O_(3)复合涂层。通过X射线衍射仪、扫描电镜、激光共聚焦显微镜和金相显微镜等观测仪器,研究Al_(2)O_(3)含量对涂层形貌和显微结构的影响。结果涂层的物相组成不随Al_(2)O_(3)含量的增加而变化,但Al_(2)O_(3)颗粒的加入可以促进Al粒子变形,消除涂层表面的凹陷和突起,提高涂层的表面平整度,涂层的表面粗糙度从13.5μm下降至6.7μm。随着Al_(2)O_(3)含量的增加,Al_(2)O_(3)颗粒的夯实作用和嵌入效应,使得涂层与基体间的机械互锁得到增强,且涂层孔隙率从3.59%下降到1.25%。Al_(2)O_(3)颗粒的加入还可以显著提高涂层的厚度,Al-50%Al_(2)O_(3)复合涂层的厚度达到了3.56 mm,而纯Al涂层的厚度仅为1.82 mm。然而,增加原料中Al_(2)O_(3)的含量对Al_(2)O_(3)颗粒沉积效率的提升作用不明显,还会导致涂层中Al_(2)O_(3)颗粒发生破碎。结论Al_(2)O_(3)颗粒的加入可以有效提高涂层的表面平整度和厚度,促进金属颗粒的变形、涂层的致密化以及涂层与基体间的结合,但Al_(2)O_(3)含量的增加对沉积效率的影响不大,还会造成涂层内部Al_(2)O_(3)颗粒的破碎程度增加。

(WC+SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料载流摩擦磨损行为

目的研究相同载流条件下纳米Al_(2)O_(3)颗粒、微米WC颗粒和SiC晶须对(WC+SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料表面摩擦磨损性能的影响。方法采用粉末冶金法和内氧化法相结合的方式,制备了(WC+SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料,并利用HST-100高速载流摩擦试验机进行载流摩擦磨损性能测试。采用透射电镜和扫描电镜观察复合材料的显微组织和载流摩擦磨损表面形貌。研究不同的增强相对(WC+SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料磨损性能的影响,分析其磨损机理。采用AUTOGRAPH AG-I 250 kN拉伸设备对试样进行拉伸,并分析抗拉强度与磨损性能的变化关系。结果(1WC+2SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料的硬度和极限抗拉强度相较于Cu-Al_(2)O_(3)复合材料分别提高了20.2%和12.7%。(1WC+2SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料的摩擦系数最小,为0.33,相对Cu-Al_(2)O_(3)复合材料降低了42.1%。(1WC+2SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料表面磨损形貌最为光滑,无大面积电弧烧蚀现象,犁沟数量少且浅。结论(WC+SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料的磨损机理主要是粘着磨损、磨粒磨损和电弧烧蚀;纳米级Al_(2)O_(3)颗粒、微米级WC颗粒和SiC晶须三者协同强化铜基体,提高了复合材料的强度和硬度,从而降低了铜基复合材料的摩擦系数和磨损率。WC颗粒和SiC晶须采用合适质量配比时,可以有效地改善Cu-Al_(2)O_(3)复合材料的磨损情况。

纳米Al_(2)O_(3)对等离子喷涂ZrC-ZrSi_(2)复合涂层结构与性能的影响

大气等离子喷涂ZrC-ZrSi_(2)陶瓷涂层的孔隙率高,提高等离子喷涂ZrC-ZrSi_(2)陶瓷涂层的致密度成为亟待解决的问题。在TC4钛合金表面采用大气等离子喷涂ZrC-ZrSi_(2)复合粉和ZrC-ZrSi_(2)-Al_(2)O_(3)复合粉分别制备两种复合涂层。研究纳米Al_(2)O_(3)对等离子喷涂ZrC-ZrSi_(2)复合涂层组织结构与性能的影响。结果表明,添加了Al_(2)O_(3)的ZrC-ZrSi_(2)复合涂层的组织结构更为致密,相较于ZrC-ZrSi_(2)复合涂层具有更优异的力学性能。熔点相对较低的Al_(2)O_(3)能够在喷涂焰流中先熔化,熔融态的Al_(2)O_(3)能够填充在ZrC-ZrSi_(2)复合涂层的孔洞处,提高复合涂层的致密度,改善涂层的力学性能。研究成果可为提高大气等离子喷涂制备含高熔点组分复合涂层的致密度提供指导。

冷喷涂Ni/Al_(2)O_(3)复合涂层在海洋大气环境下的腐蚀行为研究

目的 研究海洋大气环境对冷喷涂Ni/Al_(2)O_(3)复合涂层腐蚀损伤行为的影响,为提高合金钢的耐腐蚀性能提供依据。方法 采用冷喷涂技术在合金钢30CrMnSi表面制备Ni/Al_(2)O_(3)复合涂层,在万宁近海岸户外和海洋平台分别暴露6个月后,采用扫描电镜、电化学工作站等分析检测技术,研究Ni/Al_(2)O_(3)复合涂层在万宁海洋大气环境下的腐蚀行为。结果 近海岸户外暴露6个月后,试样表面盐霜覆盖均匀,局部区域出现了浅红褐色的腐蚀锈迹;海洋平台暴露6个月后,表面盐霜覆盖不均匀,未观察到喷涂态涂层搭接的特征,涂层表层发生粉化。结论 在万宁近海岸户外暴露6个月后,冷喷涂Ni/Al_(2)O_(3)复合涂层只是表层发生了轻微腐蚀,主体结构较为完整,仍能有效防护基体腐蚀。近海岸平台暴露6个月后,大量Al_(2)O_(3)颗粒的剥落以及腐蚀介质的进一步扩散,导致涂层中出现裂纹,大大加速了涂层的腐蚀。

HVOF和APS喷涂制备掺杂超细Al_(2)O_(3)颗粒复合CoNiCrAlY涂层研究

在MCrACY中添加一定量Al_(2)O_(3)可提高其高温磨损性能。为此,将CoNiCrAlY和微米级Al_(2)O_(3)粉末颗粒按比例混合后在密封球磨机里球磨,筛分后得到复合CoNiCrAlY/Al_(2)O_(3)粉末颗粒。分别采用超音速火焰(HVOF)喷涂和大气等离子(APS)喷涂制备复合CoNiCrAlY/Al_(2)O_(3)涂层,并对喷涂粉末及2种涂层的形貌及性能进行了分析表征。SEM分析显示粉末颗粒内部含弥散分布的超细Al_(2)O_(3)颗粒。2种方式制备的涂层都含有弥散分布的超细Al_(2)O_(3)颗粒。HVOF制备的涂层中保留超细Al_(2)O_(3)颗粒较好。APS制备的涂层中超细Al_(2)O_(3)颗粒有所减少,涂层层间形成大量层状氧化物。2种方式制备的涂层中,HVOF制备的涂层硬度、结合强度高。

低压冷喷涂镍基金属陶瓷复合涂层的摩擦学性能研究

目的研究镍基陶瓷复合涂层的摩擦学性能,为现场修复泥浆泵关键部件提供实验支撑。方法采用低压冷喷涂技术,在Q235钢表面分别制备不同Al_(2)O_(3)和ZrO_(2)含量的镍基金属陶瓷复合涂层。通过HT-1000摩擦实验机测试大气气氛下涂层的摩擦磨损性能,采用X射线衍射仪(XRD)和附带能谱的扫描电镜(SEM)表征复合涂层的微观组织和物相组成,利用维氏显微硬度仪测试复合涂层硬度。结果陶瓷颗粒添加量为9%~33%(以体积分数计)时,涂层硬度随着Al_(2)O_(3)含量的增加,呈先增后减的趋势,而随着ZrO_(2)增加,涂层的硬度呈先减再增的趋势。这主要是因为不同类型陶瓷颗粒的添加使涂层的致密度发生了变化。Ni-Al_(2)O_(3)复合涂层摩擦因数随Al_(2)O_(3)含量增加,呈现先减后增的趋势,涂层磨损机理由粘着磨损向磨粒磨损转变,而Ni-ZrO_(2)复合涂层摩擦因数大致稳定在0.2附近。Ni-Al_(2)O_(3)复合涂层的磨损率随Al_(2)O_(3)含量的增加,呈现先减后增的趋势,而ZrO_(2)含量增加,Ni-ZrO_(2)复合涂层的磨损率则呈现先增后减的趋势。当加入23%Al_(2)O_(3)颗粒时,涂层的耐磨性能明显改善,摩擦因数低至0.149,磨损率为3.18×10^(–5)mm^(3)/(N·m)。结论陶瓷颗粒的加入可有效提高涂层的耐磨性能,但耐磨性能也受添加颗粒尺寸因素的影响。该研究结果为泥浆泵关键部件的修复提供了一定的理论数据支撑。

316L钢表面Fe-Al/Al_(2)O_(3)涂层的制备及其高温氧化行为

316L奥氏体不锈钢(简称316L钢)具有优良的高温力学、耐侵蚀等性能,在航空、核能等领域具有广泛应用。然而,316L钢在高温氧化环境下长期服役时,易产生开裂、剥落等缺陷而失效。采用热轧复合、退火热处理和原位氧化的方式在316L钢表面制备了Fe-Al/Al_(2)O_(3)高温抗氧化涂层,利用XRD、SEM、EDS等手段对试样的物相组成和组织形貌进行了表征,对比研究含有Fe-Al/Al_(2)O_(3)涂层的试样和316L钢的高温氧化行为。结果表明:316L钢和纯铝箔经热轧后,复合板界面的平均结合强度为54.47 N/mm^(2);铝/钢复合板经不同温度退火6 h后,发现750℃退火试样扩散层的厚度急剧增加,几乎占据全部铝层;选择750℃退火试样进行1 h的原位氧化,制得了Fe-Al/Al_(2)O_(3)涂层,其截面结构由表及里依次为Al_(2)O_(3)、FeAl_(2)、FeAl、α-Fe(Al)和Fe;原位氧化试样和316L钢分别经900℃空气氧化72 h后,发现二者的氧化过程均符合抛物线规律,而原位氧化试样氧化质量的增加仅为316L钢的1/11,具有优良的高温抗氧化性能。

面向垃圾焚烧发电的Al_(2)O_(3)-TiO_(2)陶瓷涂层的耐高温氯腐蚀性能研究

针对垃圾焚烧炉的水冷壁的高温氯腐蚀问题,采用等离子喷涂在12Cr1MoV基体上制备了Al_(2)O_(3)-TiO_(2)(x=20%、40%、60%)不同TiO_(2)含量的陶瓷涂层。采用熔盐模拟实验其高温耐氯腐蚀性能;并利用金相显微镜、扫描电子显微镜和能谱仪分析涂层高温氯腐蚀前后结构、微观形貌和元素组成的变化。实验结果表明:三种不同Al_(2)O_(3)-TiO_(2)涂层中,随着TiO_(2)含量的增加涂层高温腐蚀质量变化越小、涂层孔隙和缺陷减少;高温腐蚀后涂层表面均未检测到Cl元素的渗透和残留;综上所述Al2O3-60%TiO_(2)涂层在三种涂层中的结构和高温氯腐蚀性能表现最好。

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。

机械和超声波分散对纳米Al_(2)O_(3)颗粒在聚酯树脂中的分散及涂层性能的影响

将纳米Al_(2)O_(3)颗粒分别通过机械和超声波分散工艺分散到聚酯树脂中,研究了机械分散转速和分散方式对纳米Al_(2)O_(3)/聚酯树脂复合涂层性能及纳米Al_(2)O_(3)在聚酯树脂中的分散性的影响;通过研究复合涂层的耐盐雾性、硬度、耐磨性等,确定了最佳分散工艺。结果表明:纳米Al_(2)O_(3)颗粒可在1500 r/min的机械分散下形成均匀分散体系,再用超声波分散可进一步提升分散效果和涂料的稳定性,有效减少纳米Al_(2)O_(3)在水性聚酯树脂中的团聚,在提高所得复合涂层硬度、耐磨性的同时,增强其耐腐蚀性。

等离子喷涂Al_(2)O_(3)涂层与高硬配副的摩擦学性能研究

目的研究大气等离子喷涂Al_(2)O_(3)涂层在高硬配副下的摩擦磨损行为。方法通过大气等离子喷涂(APS)制备了厚度约为380μm的Al_(2)O_(3)涂层,利用纳米压痕仪测量了Al_(2)O_(3)涂层和两种摩擦副的硬度和弹性模量。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对喷涂粉末、涂层以及磨痕的相结构和形貌进行了表征分析,通过X射线能量色散谱仪(EDS)分析了涂层磨痕中对偶元素的转移。另外,还通过CSM摩擦机系统地研究了该涂层的摩擦磨损行为。借助X射线光电子能谱仪(XPS)分析了磨痕中的化学组成。结果制备的Al_(2)O_(3)涂层主要以γ-Al_(2)O_(3)相为主,且存在一定孔隙,并出现层状结构。在摩擦实验中发现,在同一摩擦副下,Al_(2)O_(3)涂层的摩擦系数随着载荷的增加而逐渐降低,磨损率随之增大。由于摩擦配副力学性能的差异,使Al_(2)O_(3)涂层表现出不同的摩擦磨损行为。以Si_(3)N_(4)为摩擦副时,Al_(2)O_(3)涂层的摩擦系数较小,但磨损率大,磨损机制主要是磨粒磨损和粘着磨损。在摩擦过程中,Si_(3)N_(4)对偶副会与空气中的水反应,生成少量具有润滑效果的Si(OH)4胶体。以WC为摩擦副时,Al_(2)O_(3)涂层的摩擦系数大,但磨损率低,磨损机制主要是粘着磨损和磨粒磨损,并伴有疲劳磨损。在摩擦过程中,由于产生了摩擦热,Al_(2)O_(3)涂层磨痕表面的γ-Al_(2)O_(3)相转变为α-Al_(2)O_(3)相,摩擦配副的硬度和弹性模量越大,摩擦系数越高,γ-Al_(2)O_(3)相的转变也越多。结论因高硬度的Si_(3)N_(4)和WC对偶球拥有不同的力学性能,对大气等离子喷涂制备的Al_(2)O_(3)涂层的摩擦磨损机理有显著的影响,并且在摩擦过程中,涂层磨痕内的γ-Al_(2)O_(3)相会向α-Al_(2)O_(3)相转变。

Cr_(2)O_(3)对Al_(2)O_(3)-Cr_(2)O_(3)涂层干滑动摩擦磨损行为的影响

Cr_(2)O_(3)对Al_(2)O_(3)-Cr_(2)O_(3)复合涂层与高硬度陶瓷接触时的摩擦磨损行为及磨损机制的影响尚未揭示。采用大气等离子喷涂的方法制备Cr_(2)O_(3)含量不同的Al_(2)O_(3)-Cr_(2)O_(3)复合涂层以研究Cr_(2)O_(3)的影响机制。试验结果表明:Cr_(2)O_(3)明显减少了涂层的微观孔隙;复合涂层中α-Al_(2)O_(3)/γ-Al_(2)O_(3)的相对含量比明显高于Al_(2)O_(3)涂层中的37%;Al_(2)O_(3)-40%Cr_(2)O_(3)涂层的硬度与Al_(2)O_(3)涂层相比提高了48%,断裂韧性是Al_(2)O_(3)涂层的2倍多;当载荷为5 N、10 N和15 N时,Al_(2)O_(3)-40%Cr_(2)O_(3)复合涂层的摩擦因数最低,磨损率依次降低60%、85%和79%。但是当载荷为20 N时,Al_(2)O_(3)-20%Cr_(2)O_(3)复合涂层的摩擦因数最低,磨损率降低了50%。微观脆性断裂是涂层的主要磨损机制。复合涂层耐滑动磨损性能与Cr_(2)O_(3)含量及磨损条件是密切相关的。微观结构、硬度、断裂韧性、导热系数等是影响Al_(2)O_(3)-Cr_(2)O_(3)复合涂层耐磨损性能的重要因素。研究结果可为高耐磨性Al_(2)O_(3)基涂层的设计和应用提供指导。

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。

催化剂载体γAl_(2)O_(3)涂层的制备工艺研究

由于核电站较苛刻的服役环境,对催化剂载体的稳定性提出了较高的要求,有必要深入研究提高其稳定性的技术方法。采用溶胶-凝胶法制备催化剂载体涂层,并研究讨论了不同工艺过程对涂层牢固性及比表面积的影响。研究表明制备的催化剂涂层为面心立方构型γAl_(2)O_(3);不同预处理后金属基体表面的粗糙度明显不同,随着基体表面粗糙度的增大,其涂层抗热冲击能力得到增强,其中以砂纸打磨后经1000℃空气气氛氧化10 h样品的涂层牢固性最强。涂层前后的比表面积分析表明,涂层能增大催化剂载体的比表面积近40倍。

AZ91D镁合金喷涂WC/Al_(2)O_(3)复合金属陶瓷涂层及其摩擦磨损性能

采用超音速等离子喷涂技术在AZ91D镁合金上喷涂WC/Al_(2)O_(3)复合金属陶瓷涂层,利用XRD衍射仪、SEM扫描电镜、涂层测厚仪、涂层粘结强度测试仪等设备测试涂层的表面结构、涂层厚度以及涂层与基体之间的结合强度,并通过涂层磨损测试仪测定了涂层的摩擦磨损性能。结果表明:涂层厚度控制在0.8~1.0 mm,结合强度约为35 MPa时最适宜;XRD的测试表明涂层主晶相为WC相和Al_(2)O_(3)相;SEM的分析表明涂层有稳定的层状结构,孔隙率较低;喷涂温度控制为400℃,涂层可获得较优异的耐磨损性能(磨损率13.9×10^(-3)mm^(3)/(N·m));当摩擦磨损实验机的实验载荷为5 N,实验时间为2 h时,涂层的摩擦因数稳定在0.272,磨损量为0.0035 g,磨损机理为磨粒磨损。

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。

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。