前驱体溶液等离子喷涂参数对涂层形貌的影响及沉积行为机理研究

目的对不同喷涂工艺参数下涂层的相结构、显微形貌进行研究,确定优化的喷涂工艺参数,讨论分析涂层的沉积行为机理。方法采用前驱体溶液等离子喷涂(SPPS)的方法制备纳米Yb_2O_3稳定的ZrO_2(YbSZ)涂层。在传统等离子喷涂的基础上,增加液料雾化装置,雾化喷嘴将溶液雾化后直接注入到等离子弧中,通过控制喷涂距离及喷涂功率,研究了涂层相结构、结晶度、晶粒尺寸以及显微形貌的变化趋势,并且结合显微形貌讨论了沉积机理。结果涂层呈现团聚大颗粒、纳米级粒子、大小均匀的孔隙三种显微形貌,大颗粒之间呈堆积形态。当喷涂功率为30 kW时,涂层呈现m-ZrO_2,平均晶粒尺寸达669 nm。随着喷涂距离、喷涂功率的增加,样品中检测到单一的t-ZrO_2相,而且纳米尺寸颗粒的数量大大增加,孔径变小。随着喷涂距离由60 mm增加到100 mm,平均晶粒尺寸先由429 nm减小到177 nm,随后又增加到319 nm。结论喷涂参数影响晶粒的结晶度、晶粒尺寸以及涂层的显微形貌,低功率下得到的涂层存在糊状未结晶组织。增大喷涂功率,可以有效增大结晶度和晶粒尺寸;随着喷涂距离的增大,晶粒尺寸先减小后增大。雾化液滴在等离子火焰中一般要经历浓缩、饱和、固化、析晶形核长大、粒子重熔扁平化的历程,喷涂功率越高,经历温区越高,液滴演变就越充分,通过优化工艺参数可以得到不同结构性能的功能涂层。