提高等离子喷涂热障涂层隔热性能的方法

为进一步提高等离子喷涂热障涂层的隔热性能,对陶瓷材料的导热理论及热障涂层的热导率进行了研究.提出了包括寻求新型热障涂层陶瓷材料、添加掺杂剂、制备纳米涂层及双陶瓷层热障涂层等能够改善等离子喷涂涂层隔热性能的方法;并指出,采用等离子喷涂技术制备带颜色的稀土锆酸盐纳米双陶瓷层热障涂层,将会进一步改善热障涂层的隔热性能.     

材料结构与制备工艺对热障涂层显微组织的影响

以常规和纳米团聚体ZrO2-7%Y2O3陶瓷粉末为原料,采用等离子喷涂和等离子喷涂+激光重熔复合工艺在TiAl合金表面制备了常规和纳米结构热障涂层。用扫描电镜(SEM)分析了粉末结构及制备工艺对涂层显微组织的影响。结果表明:用常规等离子喷涂法制备的陶瓷涂层为典型的层状堆积特征;而用等离子喷涂法制备的纳米结构涂层则由纳米颗粒完全熔化区和部分熔化区组成,呈两相结构。由于受到激光功率、能量密度、激光作用区温度场分布、陶瓷导热系数和涂层厚度等因素的综合影响,经激光重熔后,涂层呈现出明显的分层结构特征:上部为致密的柱状晶重熔区,下部为残余等离子喷涂区。由于激光重熔纳米结构涂层重熔区中残余纳米粒子的增韧作用,其晶界强度较高,从而导致断口有相当数量的穿晶断裂,而激光重熔常规涂层重熔区的断口基本是沿晶断裂。     

等离子喷涂纳米ZrO_2涂层的摩擦磨损性能研究

采用等离子喷涂法在钛合金(TC4)基体上制备纳米陶瓷涂层。研究了烧结型陶瓷、纳米陶瓷和纳米球化陶瓷涂层的微动摩擦磨损性能。结果表明:在微动磨损滑移区、不同载荷水平下,三种涂层均呈现相同的耐磨性规律,耐磨性能由好到差的顺序为纳米球化陶瓷纳米陶瓷烧结型陶瓷。     

等离子喷涂制备纳米结构涂层研究进展

等离子喷涂制备的纳米结构涂层在耐热、耐磨、耐蚀、生物相容性等方面比传统微米级涂层具有更优良的性能,从而在军事以及民用工业等领域得到了广泛应用。本文介绍了纳米结构喂料的制备方法,评述了等离子喷涂制备纳米涂层的研究进展,并对等离子喷涂纳米结构涂层的研究和发展进行展望。     

等离子喷涂纳米氧化铝钛涂层机械性能研究

目的摸索纳米氧化铝钛喷涂工艺,并重点研究其机械性能。方法采用大气等离子喷涂方法在金属表面制备了纳米结构的氧化铝钛系陶瓷涂层,固定喷涂电流、喷涂距离和送粉器转速,通过调整主气压强和喷涂电压,制备了四组工艺的热喷涂试样,优化了制备工艺。表征了优化后涂层的结合强度、显微组织、硬度及断裂韧性、杯突性能和抗热震性能,并研究了纳米陶瓷涂层在球盘模式下的摩擦和磨损性能。结果综合涂层的显微硬度、裂纹抵抗能力和断裂韧性数据,确定了喷涂纳米陶瓷涂层AT13的最佳工艺。纳米陶瓷涂层结合强度及硬度较高,原始粉体的纳米组织可在涂层中得以遗传。纳米涂层抗杯突性能优异,韧性明显好于传统微米涂层,经过50次400℃~室温水淬循环试验后,涂层未出现任何失效。在大载荷的球盘摩擦磨损中,纳米陶瓷涂层的磨损量小,摩擦系数平稳,显示出了良好的耐磨性能。结论纳米氧化铝钛陶瓷涂层的结合强度高、抗杯突性能优异、耐磨损,其综合机械性能良好,可用于苛刻工作环境。     

等离子喷涂和激光熔覆热障涂层隔热性能比较

采用多种方法制备不同类型的Al2O3-13％TiO2热障涂层,即等离子喷涂常规涂层、纳米结构涂层及激光熔覆纳米结构涂层．在分析三类涂层微观组织的基础上,对其隔热性能进行了比较．结果表明,即等离子喷涂常规陶瓷涂层呈典型的层状堆积特征,纳米结构涂层都为特殊的两相结构,其中部分熔化区由类似的残留纳米粒子组成,等离子喷涂纳米结构涂层的完全熔化区为片层状结构,而相应的激光熔覆涂层的完全熔化区则为细小等轴晶．在相同条件下,等离子喷涂纳米结构热障涂层具有最好的隔热性能,而激光熔覆纳米结构涂层的隔热性能要好于等离子喷涂常规涂层．     

纳米掺杂Al2O3＋13wt% TiO2等离子喷涂涂层的抗磨损性能

采用纳米掺杂(5%～30%)方法制备出纳米包覆微米级粒子的AT13等离子喷涂粉末,并利用大气等离子喷涂技术制备出了含有纳米复相结构的陶瓷涂层.在MM-200型磨损试验机上进行了常温干摩擦试验,比较了纳米复相结构涂层和传统陶瓷涂层的耐磨性能,利用扫描电镜观察了磨损后的磨痕形貌.结果表明,纳米复相涂层的耐磨性能明显好于传统陶瓷涂层,且随着磨损载荷的增大,纳米复相涂层和传统涂层的磨损机制的变化是不同的,传统涂层的磨损机理主要是微裂纹和颗粒的剥落,而相同条件下纳米复相涂层则由于涂层韧性的提高,主要表现为涂层的粘着磨损与局部剥落,并对纳米掺杂等离子喷涂涂层对AT13涂层磨损机制的影响进行了探讨.     

金属喷涂、堆焊与修复——金属喷涂工艺与设备

热喷涂纳米结构Al2O3／TiO2涂层及其应用，镍基非晶合金涂层的制备与腐蚀性能，基于电弧喷涂的快速钢基横具制造，等离子弧喷涂Al2O3陶瓷涂层低温抗热震性能的研究,离心霉化等离子弧喷涂粒子的形成及其分布研究，     

激光重熔纳米Al2O3-13%TiO2陶瓷涂层组织及性能

为了进一步提高等离子喷涂纳米Al2O3-13%TiO2(质量分数, 下同)复合陶瓷涂层的性能,在γ-TiAl基体材料表面采用激光重熔工艺对涂层进行处理,研究了激光重熔对涂层微观组织和性能的影响.用扫描电镜(SEM)和显微硬度计分析了涂层形貌、微观结构和显微硬度,同时对涂层的磨损特性进行了考察.结果表明,等离子喷涂纳米陶瓷涂层由纳米颗粒完全熔化区和部分熔化区两部分组成,仍然具有等离子喷涂态的典型层状结构.经过激光重熔后,形成了致密细小的等轴晶重熔区、烧结区和残余等离子喷涂区,由于激光快速加热和快速冷却加工特点,在重熔区仍保留了部分来源于原等离子喷涂部分熔化区的残留纳米粒子.与常规等离子喷涂陶瓷涂层相比,纳米结构涂层可在一定程度上提高其硬度和耐磨性,经过激光重熔后其硬度和耐磨性进一步提高.     

6063铝合金表面等离子喷涂Al2O3/TiO2纳米陶瓷涂层组织与性能研究

采用等离子喷涂技术在6063铝合金表面喷涂Al2O3/TiO2纳米陶瓷涂层,并利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、显微硬度计和摩擦磨损试验机等分析测试手段研究了纳米结构陶瓷涂层和传统陶瓷涂层的组织与性能.结果表明:纳米陶瓷涂层中Al2O3以α、γ两相共存的形式存在,且γ-Al2O3的含量随等离子喷涂功率的增加而增加.纳米陶瓷涂层较传统陶瓷涂层的硬度和耐磨性能都有明显的提高.     

TiAl合金表面激光重熔纳米陶瓷涂层

采用等离子喷涂和激光重熔复合工艺在TiA l合金表面制备了纳米A l2O3-13wt%TiO2复合陶瓷涂层。为了使重熔后的陶瓷涂层保留一定的纳米结构组织,采用相对较低的激光功率和能量密度进行重熔。用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析了涂层形貌、微观结构和相组成。结果表明,等离子喷涂纳米陶瓷涂层由纳米颗粒完全熔化区和部分熔化区两部分组成,具有等离子喷涂态的典型层状结构;由于受到激光功率、能量密度、陶瓷材料热物性参数和涂层厚度等因素的综合影响,重熔后陶瓷涂层出现了明显的分层结构特征;依据组织形态的不同,可将其大致分为:重熔区、烧结区和残余等离子喷涂区。重熔区由致密细小的等轴晶组成,并且保留了部分来源于原等离子喷涂部分熔化区的残留纳米粒子。由于等离子喷涂过程中涂层沉积时的快速凝固作用,涂层以亚稳相-γA l2O3为主,经过激光重熔处理后,-γA l2O3又重新转变为稳定相-αA l2O3。     

1Cr17Ni4不锈钢金属和陶瓷等离子体喷涂工艺研究

1Cr17Ni4马氏体型不锈钢用作传动轴时耐磨损性能有待改善.采用等离子体喷涂方法在1Cr17Ni4马氏体型不锈钢表面制备Al2O3-TiO2 、Cr2O3陶瓷涂层和NiCrAlY金属涂层及NiCrAlY/ Al2O3-TiO2、NiCrAlY/ Cr2O3复合涂层,研究了它们的组织结构和磨损特性,讨论了喷涂工艺与耐磨损性能的关系.结果表明, Cr2O3涂层组织致密度高,与基体结合强度高,其耐磨性能好.提高喷涂功率时,Al2O3-TiO2、Cr2O3涂层致密度及与基体结合强度提高,其耐磨性能提高.合金涂层NiCrAlY的熔化状况和平化效果较陶瓷涂层优良,陶瓷涂层只有在较高喷涂功率时才有较好熔化和平化效果,而合金涂层在较低喷涂功率时,就可以得到较好的熔化和平化效果.陶瓷涂层Al2O3-TiO2、Cr2O3在磨损过程中的去除机制为断裂机制,金属涂层NiCrAlY在磨损过程中的去除机制为塑性变形机制.     

纳米结构WC/Co涂层精密加工及其磨损性能的研究

纳米结构WC／Co涂层是一种重要的纳米涂层材料，工程上对其的应用常常基于其高耐磨性和强抗腐蚀性。关干WC／Co涂层的精密磨削以及耐磨性能，已有学者对其进行丁一定的研究。对于其耐磨性能的研究主要是基于喷涂参数对它的影响；对于其磨削后耐磨性能以及磨削参数对耐磨性能的影响规律研究极少。本文综述了纳米结构WC／Co涂层制备方法、WC／Co涂层机械性能和摩擦磨损性能以及其精密加工等方面的研究现状，同时对陶瓷磨损预报做了简单的介绍。目的就是在后续的工作中对比研究磨削后纳米结构WC／Co涂层的耐磨性能以及并分析磨削参数对其耐磨性能的影响并建立预报模型。     

填料增强先驱体转化法制备陶瓷涂层的研究进展

先驱体转化陶瓷法是一种原位制备陶瓷涂层的新型方法.在先驱体转化陶瓷法制备陶瓷涂层时,选择陶瓷产率较高的先驱体和添加填料是降低陶瓷涂层气孔率和收缩率的重要途径.填料在先驱体转化陶瓷法制备陶瓷涂层中起着重要作用,通过添加填料,可进一步提高陶瓷涂层的性能并扩展其功能特性.填料主要包括惰性填料、活性填料、熔融型填料和牺牲型填料4种.对比了4种填料的类型和特点,介绍了填料增强陶瓷涂层的作用机制和选取原则,综述了填料增强先驱体转化陶瓷法制备陶瓷涂层的研究现状.在裂解过程中,惰性填料的质量和体积均保持不变,可加入较高体积分数的惰性填料制备厚涂层;活性填料可与先驱体、裂解产生的小分子气体、保护气氛等反应,实现陶瓷涂层的近净成形;熔融型填料熔融后,填充到涂层空隙中,可提高涂层的致密化程度,消除基体和陶瓷涂层以及填料和先驱体之间由于热膨胀系数不匹配产生的应力;牺牲型填料分解后,形成孔状涂层,可控制陶瓷涂层中的应力,降低陶瓷涂层的有效弹性模量,增强陶瓷涂层的应变强度.针对陶瓷涂层的服役工况,选择合适的填料类型,确定填料的临界体积分数,揭示填料对陶瓷涂层组成、晶界结构、涂层致密化、裂纹缺陷及裂解反应过程的影响规律,研发新型裂解技术和工艺以控制先驱体转化为陶瓷涂层过程中产生的应力,是后续研究中需要重点关注的问题.     

6061铝合金表面新型黄色微弧氧化陶瓷层的制备与表征

目的 研究6061铝合金表面新型微弧氧化黄色陶瓷层的制备工艺,并对其微观结构、成分、硬度、耐蚀性能等进行表征。方法 在以Na2SiO3为基础的电解液中加入Na2SnO3进行微弧氧化处理,制备出黄色微弧氧化陶瓷层,并与传统白色、黄色、黑色微弧氧化陶瓷层作对比。采用SEM和EDS分析膜层表面形貌和元素分布,借用XPS对膜层进行成分表征,使用硬度计测试其表面硬度,采用电化学工作站和人造海水腐蚀实验评价陶瓷层的抗腐蚀性能。结果 随着电解液中Na2SnO3浓度的增加,陶瓷层中Sn元素含量增加,Si元素含量减少,陶瓷层黄色饱和度不断增强。黄色含Sn陶瓷层制备过程中,电解液中的SnO32-在高温高压下转化为SnO2,导致陶瓷层硬度达到365HV,高于白色与黑色陶瓷层。在3.5% NaCl溶液中进行电化学测试,黄色含Sn陶瓷层的腐蚀电流密度与腐蚀电位分别为9.34×10-9 A/cm2和-0.34 V,耐蚀性优于白色和黄色含Mn陶瓷层。结论 在电解液中添加Na2SnO3可在铝合金表面生成具有较高硬度和耐蚀性能良好的类似沙漠黄色的陶瓷层,为铝及其合金在多领域的应用奠定了一定的实验基础。     

HVOF喷涂纳米结构WC-12Co涂层的组织结构分析

纳米结构WC-12Co涂层的研究目前已受到了广泛重视,对其组织结构及影响因素的研究有利于提高涂层性能.采用HVOF工艺制备了纳米结构、多峰结构及普通微米结构3种WC-12Co金属陶瓷复合涂层,并采用SEM、XRD等对粉末及涂层的显微形貌、组织结构进行了分析;探讨了粉末在喷涂过程中的氧化脱碳机理,并指出了与之相关的影响因素.结果表明:纳米结构WC-12Co涂层结构致密,孔隙率低,与基体结合状态良好;纳米粉末在喷涂过程中比微米粉末氧化失碳严重,并发生了不同的纳米晶粒的长大;纳米粉末在喷涂过程中的氧化脱碳程度不仅与喷涂工艺有关,还在很大程度上取决于粉末本身的结构特性.     

Graded plasma spraying of premixed metalceramic powders on metallic substrates

The mismatch between the thermal expansion coefficients of ceramics and metals and the differential stresses it causes at the interface create problems in metal to ceramic joining. Research has been con-ducted to solve this problem in thermal barrier coating technology. Previous studies have considered met-al-ceramic multilayers or graded-coatings, which include a metallic bond coat. In this study, a graded plasma-sprayed metal-ceramic coating is developed using the deposition of premixed metal and ceramic powders without the conventional metallic bond coat. Influences of thickness variations, number, and composition of the layers are investigated. Coatings are prepared by atmospheric plasma-spraying on In-conel 718 superalloy substrates. Ni-Cr-Al and ZrO₂ -8 % Y₂O₃ powders are used for plasma spraying. Ad-hesive and cohesive strength of the coatings are determined. The concentration profile of the elements is determined by x-ray energy-dispersive analysis. The microstructure and morphology of the coatings are investigated by optical and scanning electron microscopy (SEM). Results show that the mixed metal-ce-ramic coating obtained with the deposition of premixed powders is homogeneous. The morphology and microstructure of the coatings are considered satisfactory.     

Thermal Spray Coatings Engineered from Nanostructured Ceramic Agglomerated Powders for Structural,Thermal Barrier and Biomedical Applications: A Review

Thermal spray coatings produced from nanostructured ceramic agglomerated powders were tailored for different applications, some of which required almost completely opposite performance characteristics (e.g., anti-wear and abradable coatings). The influence of nanostructured materials on important areas, such as, thermal barrier coatings (TBCs) and biomedical coatings was also investigated. It was determined that by controlling the distribution and character of the semi-molten nanostructured agglomerated particles (i.e., nanozones) embedded in the coating microstructure, it was possible to engineer coatings that exhibited high toughness for anti-wear applications or highly friable for use as abradables, exhibiting abradability levels equivalent to those of metallic-based abradables. It is shown that nanozones, in addition to being very important for the mechanical behavior, may also play a key role in enhancing and controlling the bioactivity levels of biomedical coatings via biomimetism. This research demonstrates that these nanostructured coatings can be engineered to exhibit different properties and microstructures by spraying nanostructured ceramic agglomerated powders via air plasma spray (APS) or high velocity oxy-fuel (HVOF). Finally, in order to present readers with a broader view of the current achievements and future prospects in this area of research, a general overview is presented based on the main papers published on this subject in the scientific literature.