通过热喷涂进行陶瓷功能化的表面处理

致密烧结技术(处理)的陶瓷需要特殊表面处理才可以进行热喷涂。喷砂处理会引起界面损伤,导致粘结缺陷。相反,通过改变激光参数条件,可以产生不同的激光结构化的表面,其表面粗糙度Rz值在40μm范围内,并且可以得到厚度和粘结性良好的涂层。因此,激光烧蚀被认为是陶瓷基体表面处理的最佳方法。多孔陶瓷(包括预烧结陶瓷)基体的制备是否可以省略,取决于孔隙率水平。陶瓷孔隙率能达到60%的可由大气等离子喷涂制备,而孔隙率达到30%的可以用高超音速火焰喷涂。将要被喷涂的预烧结陶瓷部件(未经表面处理),经过基体与涂层的共烧结,使新型陶瓷元件的开发成为可能。     

氧化钇稳定氧化锆耐刻蚀涂层的研究现状

随着热喷涂技术的发展,通过制备陶瓷涂层来提高等离子刻蚀机腔室的耐腐蚀性能已成为可能。本文主要论述了氧化钇稳定氧化锆(YSZ)陶瓷涂层及其主要制备技术大气等离子喷涂的工艺过程,介绍了粉末特性及不同喷涂工艺参数对涂层性能的影响作用,为实验研究奠定理论基础。     

可选择性金属化的激光诱导新型涂层的制备

以环氧丙烯酸酯作为基体树脂,铜基有机金属络合物为激光活化前驱体,正丁醇和二甲苯为混合溶剂,添加分散剂以及填料,制备一种用于选择性激光诱导金属化图形制备的新型涂料。采用刷涂或喷涂方法将涂料涂覆在铝合金片表面,可形成平均厚度为47?m的膜层。对涂层表面进行选择性激光活化和化学镀铜处理,制备出金属化图形。分别采用光学显微镜、扫描电镜(SEM)和XPS光电子能谱对涂层与镀铜膜的表面形貌以及激光刻蚀区域铜元素的化学价态进行表征,采用十字划痕测试和热震实验测试涂层与镀铜膜的附着力。结果表明:未经激光刻蚀的涂层表面光滑平整,而刻蚀后的区域表面粗糙度增加,但刻蚀边缘光滑无毛刺。刻蚀区域经化学镀形成的金属化图形,由粒径为10μm的铜颗粒紧密排列而成,未刻蚀区域没有泛镀,表现出优异的选择性。涂层和金属化铜镀层与铝金属基体之间具有优良的附着力。     

热喷涂技术应用及研究进展与挑战

热喷涂作为重要的表面工程技术之一,是通过在材料表面制备材料保护涂层与功能涂层,赋予基体材料没有,但服役环境所必须的表面性能的方法。由于热喷涂可以制备从超过50%孔隙缺陷含量到接近完全致密的任意材料的涂层,基于缺陷控制可满足从可磨耗、耐高温隔热、耐磨损与耐腐蚀等不同服役要求,经过100余年的发展已经形成了包括等离子喷涂、超音速火焰喷涂、电弧喷涂、普通火焰喷涂等一系列方法,已经成为在众多产业领域,包括航天航空、交通运输、石油化工、电力能源、冶金钢铁、纺织与造纸、机械制造等,提高产品寿命与竞争力不可或缺的技术。制备可以提供耐磨损、耐环境腐蚀防护、耐高温隔热防护等保护涂层是热喷涂尤为重要的应用方面,热喷涂作为可显著提升结构零件耐磨损的涂层制备方法应用非常广泛,但在动载如冲蚀、空蚀、疲劳磨损、或高应力磨料磨损条件下,涂层材料的耐磨性能尚不能完全发挥;由于涂层总是存在一定的孔隙,难以以制备态直接用作长效耐腐蚀防护涂层,适当的封孔处理成为其用作耐腐蚀涂层的必要条件;包括以燃气轮机热障涂层为代表的耐高温隔热涂层等在航空与地面重型燃机中的应用,在欧美热喷涂市场中约占比60%,随着我国燃气轮机技术的发展,该市场潜力有望逐步得到发掘。热喷涂耐磨损涂层性能的进一步提升不仅需要开发新型硬质耐磨材料以及宽温域自润滑材料,还需要结合材料开发,发展可使粒子间结合充分的涂层制备方法,其次,基于涂层结构特征与服役性能关系控制磨损服役条件,防止源于粒子间脱落的加速磨损是确保长效磨损保护的基础。如何制备在喷涂态即可满足腐蚀介质不浸渗的致密涂层依然是热喷涂耐腐蚀涂层制备需要攻克的挑战。冷喷涂、等离子喷涂、物理气相沉积、液料热喷涂等新方法近年来发展迅速,与这些方法相配套的材料制备技术的发展将是这些新方法得到广泛应用的基础。新能源、医疗、民生、半导体等对导电、催化、生物活性、绝缘、耐刻蚀等功能涂层的需求也将有力推动热喷涂技术的发展。本文将结合目前热喷涂技术在国内外的应用现状与存在的问题,展望热喷涂技术进一步发展过程中有待解决的主要挑战性技术问题,为本领域技术人员合理认识热喷涂技术的特点,直面挑战,深入开展开发与基础研究,推动技术提供参考。     

基于激光重熔的纳米陶瓷颗粒改性喷涂层的耐磨性研究

介绍了基于激光重熔技术的纳米陶瓷颗粒改性热喷涂耐磨涂层复合加工方法.以SiC纳米颗粒和WC-Co及Al2O3-TiO2热喷涂涂层为研究对象,进行了涂层改性加工试验.使用扫描电镜分析了纳米颗粒改性重熔涂层微观组织结构,并分别对热喷涂涂层、激光重熔喷涂涂层和纳米颗粒改性涂层进行了耐磨性测试.结果表明:SiC纳米颗粒能有效改善热喷涂涂层组织,并能显著提高涂层耐磨损性能.     

热喷涂法制备热电发电机技术

热喷涂技术可以应用于热电发电机(TEG)的制备,是一项非常有前景的节能技术,能加强热电发动机大表面和高温服役下的废热回收,但目前受到材料和制备技术方面的限制。制备TEG至少需要四种材料,以热喷涂方法制备成复合涂层。涂层包括电绝缘体层、导电层、p型/n型半导体热电活性材料层。本文应用APS,HVOF和HVAF三种热喷涂方法探讨了TEG的制备技术。技术难点在于达到涂层之间的有效结合,其中以陶瓷涂层上喷涂金属涂层的难度最大。应用热喷涂技术制备TEG时,应保证复合涂层的某些涂层位于同一高度水平,例如n型和p型半导体层。因此,可以通过优化复合涂层中各种材料服役性能,制备适当的模具,以满足TEG制备的各项技术要求。     

专利信息

一种陶瓷涂层的制备方法　本发明公开了一种陶瓷涂层的制备方法,涉及化工、环境和材料加工领域,以陶瓷粉末为原料,采用冷喷涂方法制备陶瓷涂层,特别是制备氧化钛光催化涂层。若以氧化钛块体粉末或氧化钛团聚粉末为原料,采用冷喷涂在基体上沉积二氧化钛涂层。按本发明制备的Ti O2涂层,能够在小于600℃的条件下形成涂层,可以将原始粉末的结构与性能较好地移植到涂层中,尤其是在纳米结构涂层制备和高性能光催化涂层制备方面具有突出地优越性。该方法工艺简单、生产成本低廉、可控性好、对基体影响小。本发明的实施将可以制备结构与性能更加优…     

纳米涂层的制备方法

论述了几种喷涂方法制备纳米涂层,包括热喷涂方法和冷喷涂方法.热喷涂方法中介绍了等离子喷涂、超音速火焰喷涂以及爆炸喷涂制备纳米涂层的技术.     

钛表面厚碳化钨涂层研究进展

钛表面制备厚的碳化钨耐磨涂层的方法主要有喷焊、喷涂、激光熔覆3种。火焰喷焊可在钛表面制备2 400μm厚的WC耐磨涂层,涂层性能稳定,与基体为冶金结合;可通过预活化钛合金表面、增加重熔、中温回火等方式改善涂层性能。采用超音速火焰技术喷涂团聚烧结型的WC-Co粉末,可在钛表面制备4 153μm厚的耐磨层,涂层易出现W_2C脆性相、η反应相;通过工艺控制,涂层孔隙率可小于1%。采用激光熔覆可在钛表面制备2 900μm厚的WC耐磨层,涂层与基体虽为冶金结合,但存在裂纹、气孔等缺陷。3种方法均可制备毫米级厚的WC耐磨涂层,这种厚涂层将大大延长设备的使用寿命。     

热喷涂制备高熵合金涂层的研究现状与展望

首先介绍了高熵合金的理论基础。然后从不同的热喷涂工艺出发,综述了等离子喷涂、超音速火焰喷涂、高速电弧喷涂、冷喷涂四种技术在制备高熵合金涂层上的研究发展现状,重点从原料选用、制备工艺优化、性能研究、后处理工艺等方面对以上四种热喷涂技术制备高熵合金涂层的研究进行系统地归纳与总结。最后提出现有制备高熵合金涂层的热喷涂技术较少、热喷涂材料受限、高熵合金设计盲目这三个问题,针对性地提出了在优化已有技术的基础上开发新技术;开发高熵陶瓷、高熵非晶合金、高熵复合材料等新型热喷涂材料;沿用材料基因组理念建立高熵合金数据库这三点热喷涂制备高熵合金涂层在未来的发展趋势。      

冷喷涂陶瓷金属化沉积机理研究进展

陶瓷与金属由于在热膨胀系数上的差异,导致在热加工后结合强度较差。冷喷涂是一种新型绿色环保的表面涂层和增材制造技术,其优点是结合强度较高,对基体热影响小,残余应力为压应力,能够直接在陶瓷表面制备结合力较高的金属涂层,是一种潜在的陶瓷金属化技术。本文综述了国内外冷喷涂陶瓷金属化技术的研究进展和技术现状,着重介绍了冷喷涂陶瓷金属化涂层的组织结构特点和工艺优化方案,分析了金属陶瓷界面的两种结合现象和结合机理,并展望了冷喷涂陶瓷金属化技术的应用设想。     

热喷涂和激光熔覆集成设备在高性能表面处理领域的应用

本论文阐述的是将各种不同的热喷涂技术与激光表面加工技术进行组合后通过同一个控制系统进行控制的新型集成设备。这种集成设备的优势在于某些工业领域应用部件表面不同部位需要通过两种不同的工艺技术进行处理时,比如沉没辊和发动机叶片。另外,采用激光设备对热喷涂涂层进行后处理并获得更加优异的涂层性能的应用领域也在不断的扩大,比如将热...     

Ceramic coatings for a corrosion-resistant nuclear waste container evaluated in simulated ground water at 90 °C

Ceramic materials provide an innovative opportunity for corrosion-resistant coatings for nuclear waste containers. Their suitability can be derived from the fully oxidized state for selected metal oxides. Ceramic coatings applied to plain carbon steel substrates by several thermal spray techniques have been exposed to 90 °C simulated ground water (at 10 times typical concentration) for nearly 6 years. Thermal spray processes examined in this work included plasma spray, high-velocity oxy fuel (HVOF), and detonation gun. Some thermal spray coatings have demonstrated superior corrosion protection for the plain carbon steel substrate. In particular, the HVOF and detonation gun thermal spray processes produced coatings with low connected porosity, which limited the growth rate of corrosion products. It was also demonstrated that these coatings resisted spallation of the coating even when an intentional flaw (which allowed for corrosion of the carbon steel substrate underneath the ceramic coating) was placed in the coating. An approach for a theoretical basis for prediction of the corrosion protection provided by ceramic coatings is also presented. The theoretical development includes the effect of the morphology and amount of the porosity within the thermal spray coating and provides a prediction of the exposure time needed to produce a crack in the ceramic coating. This article is based on a presentation made in the symposium “Effect of Processing on Materials Properties for Nuclear Waste Disposition,” November 10–11, 2003, at the TMS Fall meeting in Chicago, Illinois, under the joint auspices of the TMS Corrosion and Environmental Effects and Nuclear Materials Committees.     

硼化锆基复合陶瓷粉末制备及喷涂涂层抗烧蚀性能

超高温ZrB2/MoSi2 陶瓷涂层可有效提高C/C 陶瓷基复合材料抗高温烧蚀性能。采用喷雾干燥团聚造粒法 制备复合团聚粉末,然后采用等离子致密化工艺对团聚复合粉末进行致密化处理,研究了等离子致密化工艺参数 对处理后粉末性能的影响,经等离子致密化处理后,粉末松装密度及流动性均得到了明显提高,当送粉速率为 50 g/min 时,ZrB2/MoSi2 粉末松装密度及流动性分别为3.26 g/cm3 和21.5 s/50g,与团聚态粉末相比,松装密度及 流动性分别提高了108.97 % 和59.01 %,致密化处理后粉末的氧含量降低至0.05 wt.%,在等离子致密化处理过 程中ZrB2/MoSi2 复合粉末几乎未被氧化。对等离子喷涂涂层进行了烧蚀试验,烧蚀后涂层结构完整未发生剥落, 表明制备的ZrB2/MoSi2 涂层具有良好的抗高温烧蚀性能。     

等离子喷涂氧化铝涂层连通孔的准分子激光表面处理改性

等离子喷涂氧化铝陶瓷涂层由于内部存在孔隙、层迭及层间裂纹等缺陷而呈现出复杂的微观结构。这些典型的微结构特点显著影响着涂层的力学性能。本研究开发了一种等离子喷涂氧化铝涂层的准分子激光表面处理技术以优化石油工业缆绳工具的部件性能。相比于CO2或YAG激光器的液相处理技术,准分子激光工艺采用短波激光,这对陶瓷材料来说就意味着能量主要被表面区所吸收。首先,采用SEM研究了涂层的表面和截面微观结构,并表征了激光处理后表面粗糙度和消融状态。然后采用X射线微观断层成像技术获取了涂层的三维微结构以研究激光处理后涂层的3D孔隙率。最后,借助纳米压痕和电化学阻抗谱方法分别表征了改性后涂层微结构的力学和电学性能。结果表明,准分子激光表面处理技术是一种控制等离子喷涂氧化铝涂层绝缘性能的创新工艺。     

激光陶瓷合金化

通过陶瓷合金化涂料的研制,在激光淬火的工艺条件下获得激光陶瓷合金化层.经过陶瓷合金化的钢铁材料,其耐磨性能比激光淬火高约一倍.陶瓷合金化涂料具有与目前广泛使用的激光淬火吸光涂料同样的粘结性能,吸光性能和施涂工艺性能.激光陶瓷合金化是纳米技术、氮化硅应用技术、稀土应用技术、不同质材料之间的偶联技术,激光加工技术和涂料粘结...     

大力发展纳米表面工程

表面工程是当今材料科学与工程领域中一个特别重要、极具活力和备受关注的领域.纳米热喷涂开创了纳米表面工程新时代,并成为热喷涂技术新的发展方向.作者综述了纳米热喷涂涂层技术研究现状,指出未来我国应重点支持以下几个方面的研究:1.纳米热喷涂涂层成分结构设计和可控制备研究;2.有一定应用背景的或表现出优异性能的热喷涂涂层技术的...     

热喷涂与微弧氧化法制备镁合金表面陶瓷层

通过对热喷涂与微弧氧化这两种镁合金表面陶瓷层制备方法的综合比较,探讨了它们各自的适用范围、优缺点和应用前景,并对它们作为镁合金表面防护技术的发展方向进行了展望。     

长颗粒(柱状晶)Si3N4陶瓷的研究及进展

Si3N4陶瓷材料由于具有很好的高温性能及高的力学性能，而被广泛地用于结构陶瓷，如切削刀具等。然而，因为其对缺陷很敏感，故易受灾难性的失效。人们发展了多种Si3N4增韧陶瓷，其中自增韧由于一些优异的性能越来越受到人们的重视。在此文中，着重介绍了影响Si3N4陶瓷长颗粒(柱状晶)晶粒生成的因素，并介绍了国内外对长颗粒Si3N4晶的控制研究。     

真空冷喷涂LiNi_(0.33)Co_(0.33)Mn_(0.33)O_2涂层颗粒沉积行为研究

真空冷喷涂是一种基于室温及真空条件下超细陶瓷粉末粒子的撞击破碎实现涂层沉积的方法。目前,真空冷喷涂技术已经在微电子器件,金属防护以及新能源领域展现了良好的应用前景。本研究将目光转向锂离子电池,基于真空冷喷涂技术,在氧化铝基体上制备了锂离子电池LiNi_(0.33)Co_(0.33)Mn_(0.33)O_2(NMC)三元材料正极涂层,使用扫面电子显微镜(SEM)观察了NMC涂层的表面及截面微观形貌,使用X射线衍射(XRD)对涂层的相结构进行了测试,使用3D激光显微镜表征了涂层的表面粗糙度,系统研究了载气流量、喷涂距离、喷涂次数等沉积条件对NMC涂层微观形貌及粒子沉积行为的影响。结果表明,在真空冷喷涂NMC涂层中可以观察到明显颗粒破碎沉积现象,涂层结构致密。NMC粉末颗粒沉积方式受气流量、喷涂距离、喷涂次数等沉积条件的影响,载气流量的提高会提高粒子撞击速度,从而提高涂层沉积速率,但过高的气流量会导致粒子发生冲蚀,在涂层表面留下凹坑,致使涂层粗糙度增大。喷涂距离过大会导致NMC颗粒撞击速度减小,粒子破碎不充分,涂层呈现出类似团聚粉末堆积的疏松结构。喷涂次数影响涂层厚度,在合适的沉积参数条件下,可以通过调整喷涂次数实现涂层厚度的线性调控。