等离子喷涂氧化铝基复合涂层研究进展

随着等离子喷涂技术的发展,等离子喷涂氧化铝基复合涂层在防腐蚀、耐磨损和航天航空等领域得到了广泛应用。首先简要介绍了新型等离子喷涂技术(激光等离子喷涂、悬浮液等离子喷涂和超音速等离子等)和主要喷涂工艺参数(喷涂功率、送粉方式和喷涂距离等),然后从改善涂层耐腐蚀性能的角度出发,阐述了第二相、喷涂工艺参数和后处理工艺对涂层气孔率的影响及与涂层耐腐蚀性能的关系。重点分析了硬度、喂料特征和激光熔覆技术对氧化铝基复合涂层耐磨损性能的影响,详述了影响硬度的因素,以及喷涂粉末特征和激光熔覆处理对复合涂层微观结构的影响。在电磁波吸收性能研究方面,论述了吸收剂含量、涂层厚度和多种电磁波吸收剂匹配以及喷涂参数的调整对等离子喷涂氧化铝基复合涂层吸波性能的影响。最后对以等离子喷涂技术制备性能更加优异的氧化铝基复合涂层提出了展望。     

大气等离子喷涂锆酸镧热障涂层

利用自制的稀土元素复合掺杂锆酸镧热喷涂粉末,采用大气等离子喷涂技术,在镍基高温合金表面制备La1.6Nd0.4Ce1.0Zr1.0O7(LNCZ)热障涂层,研究了喷涂参数对涂层沉积率、显微结构、结合强度及抗热震性能的影响。结果表明,增大喷涂功率,降低送粉速率可以有效地提高涂层的沉积率,但对涂层结合和抗热震性能不利。减小喷涂距离不仅提高沉积率,还有利于获得孔径细小、孔隙率适中的层状组织结构,该结构对提高涂层的抗热震性能极为有利。采用DH-1080大气等离子喷涂设备制备LNCZ涂层较好的喷涂条件为:功率40 kW,喷涂距离9 cm,送粉速率12 g/min。     

Cr_3C_2-NiCr涂层等离子喷涂工艺参数的优化

采用正交试验方法研究了等离子喷涂工艺参数对Cr_3C_2-NiCr涂层显微硬度的影响,并应用极差分析方法对试验结果进行了分析.结果表明,影响涂层性能的因素从主到次依次为喷涂距离、电流、送粉气流量和电压.Cr_3C_2-NiCr涂层最佳的等离子喷涂工艺参数是电流500 A,电压65 V,喷涂距离100 mm,送粉气流量7 L/min.采用优化后的等离子喷涂工艺制备的涂层,粒子熔化充分,涂层均匀致密,孔隙率低,界面结合良好,是高质量的热喷涂涂层.     

等离子喷涂Al2O3陶瓷涂层的工艺研究

采用SprayWatch-2i粒子测速仪测定等离子喷涂时粒子的飞行速度及温度,确定最佳喷涂电流和电压参数,改变送粉方式和送粉速率制备Al2O3涂层.研究所制备涂层的孔隙率、显微硬度、耐磨性及结合强度,研究结果指出：影响Al2O3涂层质量的主要工艺参数为喷涂功率、送粉方式和送粉速率,等离子喷涂10～40μmAl2O3粉末制备Al2O3陶瓷涂层的最佳工艺参数为电流600 A、电压60 V、枪内送粉、送粉速率10.25 g/rmin.     

等离子喷涂镍基合金涂层的工艺优化

采用等离子喷涂工艺在GCr15钢基体上制备Ni60B合金涂层.通过正交试验法分析了喷涂工艺参数对涂层的结合强度的影响.其影响顺序自强至弱依次为功率、送粉速率、主气流量、喷涂距离.在功率为30 kW、送粉速率为30 9·min-1、主气流量为75 L·min-1、喷涂距离为105 mm时,涂层结合强度最高,达到59.311MPa.相结构分析结果表明,涂层材料未发生明显改变,保持了原始粉末性能.SEM观察结果表明,优化后的涂层组织更加紧密,质量明显提高.     

球扁钢用铸铁轧辊表面等离子喷涂Cr3C2-25NiCr涂层工艺优化

以球扁钢轧制用铸铁轧辊的表面强化为目的,对等离子喷涂Cr3C2-25NiCr涂层工艺进行了研究.结果表明,影响涂层强度的因素依次为功率、喷涂距离、主气流量和送粉速率,Cr3C2-25NiCr涂层最佳工艺参数是喷涂距离130 mm,主气流量69.8 L/min-1,送粉速率25 g/min,功率20 kW.采用优化后的等离子喷涂工艺制备的涂层,呈典型的层状结构,粒子熔化充分,组织致密,孔隙率低,与基体结合较紧密.     

等离子喷涂参数对Ta／W／Sn复合涂层组织性能的影响

采用等离子喷涂方法在LY12铝上制备了Ta/W/Sn复合涂层。研究了各种工艺参数对涂层材料熔化程度和沉积效率的影响。采用扫描电子显微镜观察了复合涂层的表面及界面，精密机械天平称量涂层的增重，力学拉伸机测量涂层的抗拉结合强度，能谱和化学方法分析涂层的化学成分。结果表明，等离子喷涂工艺可以制作组织致密，厚度均匀的Ta/W/Sn复合涂层；喷涂功率和送粉速率对材料的熔化状态影响较大，在特定喷距范围内喷距的影响则较小。     

轴向送粉式等离子喷涂陶瓷涂层工艺性能研究

对比研究了新型轴向送粉等离子涂枪和普通等离子喷涂枪的喷涂工艺参数和制备涂层的性能及其组织。试验结果表明：轴向送粉式等离子喷涂枪的功率明显低于普通等离子喷涂枪,其喷的陶瓷涂层的性能优于普通等离子喷涂。     

CuNiCoBe合金表面等离子弧喷涂Cr3C2-NiCr涂层

利用等离子弧喷涂技术在结晶器CuNiCoBe基体上制备了Cr3C2-NiCr涂层,采用正交试验法研究了喷涂工艺参数对涂层与基体结合强度的影响,对拉伸断面的形貌和涂层的显微结构进行了观察和分析.结果表明,影响Cr3C2-NiCr涂层与CuNiCoBe基体结合强度的主次因素依次为:送粉速率＞主气流量＞喷涂距离＞喷涂功率;经正交试验优化后的喷涂工艺参数为:喷涂距离90mm,主气流量56.6L/min,送粉速率20 g/min,喷涂功率25 kW;优化后,涂层与基体的结合强度可达18.5 MPa;涂层截面的显微硬度分布符合正态分布.     

等离子熔-喷WC-17%Co涂层工艺参数对外观形貌的影响

等离子熔-喷技术同时具备等离子喷涂、熔焊技术的综合特点,可以实现各种陶瓷材料涂层与基体的冶金结合。Co基WC具有硬度高、耐磨损、耐腐蚀、耐高温等一系列优点。采用等离子熔-喷技术在Q235钢基体表面制备WC-17％Co涂层,通过研究等离子熔-喷工艺参数（等离子熔枪和喷枪角度、熔枪和喷枪与基材表面的距离、熔-喷速度、喷涂送粉量）对涂层外观形貌的影响,获得最佳的工艺参数,制备出外观形貌良好、无缺陷的熔-喷涂层。     

等离子喷涂典型耐磨涂层材料体系与性能现状研究

等离子喷涂作为重要的热喷涂技术之一,在零件表面强化处理与再制造损伤修复领域具有广泛的应用.由于不同机械零部件工作环境(温度、转速、腐蚀环境、润滑状况等)、基体材质及运动形式等因素存在较大的差异,因而通常需根据其具体服役工况选择最优的表面强化涂层,以满足零件表面摩擦学性能需求,提升机械装备的综合服役性能.基于此,对国内外采用等离子喷涂技术所制备的典型耐磨涂层的材料体系及涂层性能进行了详细地综述,系统介绍了组织成分、物相结构、力学性能、服役工况等因素对典型涂层(包括金属基涂层、陶瓷基涂层及多相复合涂层等)摩擦学性能的影响机理.结果表明,涂层的摩擦学性能受到涂层自身特性相关的内因(包括孔隙率、力学性能、组织成分等)和服役工况相关的外因(包括载荷、频率、润滑状态、工作介质等)的影响;典型金属基耐磨涂层包括Fe基、Ni基和Mo基涂层等,通过表面处理、后处理和工艺优化等手段,可显著改善涂层的摩擦学性能;采取不同的喷涂方式因颗粒熔化程度差异,使陶瓷基涂层产生不同的磨损程度;针对纳米、微米结构的陶瓷基涂层进行对比分析,发现纳米涂层通过吸收应力而降低磨损;复合涂层通过添加润滑相能够降低其摩擦因数、减轻涂层磨损,其中相较于单一润滑相,多组润滑相能通过发挥协同润滑效果,使涂层在不同温度区间下保持良好的耐磨性.最后,对等离子喷涂涂层耐磨性能的提升和优化方向进行了展望.     

等离子喷涂铝电解可湿润TiB2阴极涂层研究进展

铝电解工业越来越多的采用石墨阴极,石墨阴极具有良好的导电性能,但石墨不被铝液湿润且和铝液形成Al4 C3,导致铝电解槽运行寿命短.可湿润TiB2涂层阴极因节能和延长槽寿命能够给铝电解工业带来显著效益.等离子喷涂是一种高效、灵活的沉积涂层的方法 ,能够在形状复杂或大表面积的基体上沉积金属间化合物、陶瓷或复合材料,涂层厚度可从数微米到数毫米.等离子喷涂制备可湿润性TiB2涂层阴极是可行有效的方法 ,本文评述了等离子喷涂制备可湿润TiB2阴极涂层的研究进展,简述了等离子喷涂工艺受到的影响因素(包括粉末性质、基体表面形貌和焰流性质)和涂层与基体材料结合的机制(包括机械结合、冶金结合和物理结合),分析和讨论了TiB2粉末制备、基体预处理、等离子喷涂工艺参数、涂层显微结构和性能等.最后,指出了等离子喷涂制备可湿润性TiB2涂层阴极工艺将来研究需要解决的几个关键问题.     

等离子喷涂人工骨涂层材料

等离子喷涂是一种常用的生物医用材料表面改性技术,被广泛应用于钛等金属人工骨的表面改性.为了满足人工骨涂层的临床应用需要,近年来发展了一些新的涂层材料和后处理工艺技术.利用火焰蒸汽处理技术对等离子喷涂羟基磷灰石涂层进行后处理,提高了涂层的结晶度,降低其在体液中的降解.经碱处理的等离子喷涂钛涂层,生物活性有了明显的改善.等离子喷涂硅灰石和硅酸二钙陶瓷是一类不同于传统磷酸钙系的新型生物活性材料,其性能和结构已被初步研究.同时介绍了等离子喷涂人工骨涂层材料在这几个方面的近期研究进展.     

Plasma Spray-PVD: A New Thermal Spray Process to Deposit Out of the Vapor Phase

Plasma spray-physical vapor deposition (PS-PVD) is a low pressure plasma spray technology recently developed by Sulzer Metco AG (Switzerland). Even though it is a thermal spray process, it can deposit coatings out of the vapor phase. The basis of PS-PVD is the low pressure plasma spraying (LPPS) technology that has been well established in industry for several years. In comparison to conventional vacuum plasma spraying (VPS) or low pressure plasma spraying (LPPS), the new proposed process uses a high energy plasma gun operated at a reduced work pressure of 0.1 kPa (1 mbar). Owing to the high energy plasma and further reduced work pressure, PS-PVD is able to deposit a coating not only by melting the feed stock material which builds up a layer from liquid splats but also by vaporizing the injected material. Therefore, the PS-PVD process fills the gap between the conventional physical vapor deposition (PVD) technologies and standard thermal spray processes. The possibility to vaporize feedstock material and to produce layers out of the vapor phase results in new and unique coating microstructures. The properties of such coatings are superior to those of thermal spray and electron beam-physical vapor deposition (EB-PVD) coatings. In contrast to EB-PVD, PS-PVD incorporates the vaporized coating material into a supersonic plasma plume. Owing to the forced gas stream of the plasma jet, complex shaped parts such as multi-airfoil turbine vanes can be coated with columnar thermal barrier coatings using PS-PVD. Even shadowed areas and areas which are not in the line of sight of the coating source can be coated homogeneously. This article reports on the progress made by Sulzer Metco in developing a thermal spray process to produce coatings out of the vapor phase. Columnar thermal barrier coatings made of Yttria-stabilized Zircona (YSZ) are optimized to serve in a turbine engine. This process includes not only preferable coating properties such as strain tolerance and erosion resistance but also the simultaneous coverage of multiple air foils.     

等离子喷涂-物理气相沉积高温防护涂层研究进展

等离子喷涂-物理气相沉积（PS-PVD）是基于低压等离子喷涂发展起来的一种新型多功能薄膜及涂层制备技术。由于其独特的等离子射流特征,可实现气液固多相涂层沉积,获得非视线沉积。文中首先介绍了国内外PS-PVD技术等离子体数值模拟和在线检测技术的研究现状,其次讨论了PS-PVD羽-柱状结构热障涂层的形成机制及与传统热障涂层在热导率、抗冲蚀等性能方面的差异,阐述了PS-PVD技术制备环境障涂层的研究进展,最后对PS-PVD技术沉积高温防护涂层的优势和存在的问题进行了总结。     

低压等离子喷涂技术在功能性涂层的应用进展

与常规等离子喷涂相比,低压等离子喷涂技术在真空或低压下进行等离子喷涂,可制备更低杂质、更高致密度、更高结合强度的涂层。介绍了常规等离子喷涂焰流速度高、工艺稳定性好、沉积效率高、可控性好的特点,详细阐述了低压等离子喷涂技术清洁、高速、长焰流、预热、电清理的工艺优势,说明了低压等离子喷涂技术在热障涂层、抗气蚀涂层、面向等离子体材料等功能性涂层制备上的应用,最后从完善相关理论、与其他技术联用、工艺在线可控、气氛压力更低等方面,以及在航空、航天、电子等领域的运用,对低压等离子喷涂技术的发展进行了展望。     

On the Plasma （ion） Carburized Layer of High Nitrogen Austenitic Stainless Steel

The manganese concentration of austenltic stainless steel decreases from the inner layer towards the surface of the plasma (ion) carburized layer due to the evaporation of manganese from the specimen surface. The carbon concentration in the carburized layer is influenced by alloyed elements such as Cr, Ni, Si, and Mo, as well as Nitrogen. This study examined the effects of nitrogen on the properties of the carburized layer of high nitrogen stainless steel. Plasma (ion) carburizing was carried out for 14.4 ks at 1303 K in an atmosphere of CH4 H2 gas mixtures under a pressure of 350 Pa. The plasma carburized layer of the high nitrogen stainless steel was thinner than that of an austentric stainless steel containing no nitrogen. This suggested that the nitrogen raised the activity of carbon in the plasma carburized layer, GDOES measurement indicated that the nitrogen level in the layer did not vary after plasma (ion) carburizing.     

S135钻杆材料等离子喷涂Al2O3-TiO2涂层组织与性能

目的选用石油钻井工程中常用的S135钻杆钢作为研究对象,在不破坏S135钢优异力学性能基础上,在S135钢基体上等离子喷涂Al2O3-TiO2涂层,研究喷涂功率对涂层的组织与性能的影响。方法在25、30、42 kW三种喷涂功率下,于S135钻杆材料基体表面制备Al2O3+TiO2涂层,对涂层表面进行SEM形貌观察及XRD物相分析,对端面进行金相组织观察,并测定不同位置的显微硬度,借助于材料表面性能试验仪进行涂层与基体结合强度测定,对不同功率下的喷涂涂层的组织、形貌及性能进行比较。结果在三种功率条件下,涂层由α-Al2O3、γ-Al2O3、Al2TiO5及TiO2组成。随着喷涂功率的增加,涂层中γ-Al2O3、Al2TiO5的含量增加;粘结层中气孔、裂纹等缺陷减少,孔隙率下降。在42 kW喷涂功率下,涂层与基体的结合强度达到92 N。在热喷涂过程中,由于正火作用,靠近喷涂界面的S135基体的晶粒得到细化。涂层表面的硬度都高于粘结层及基体,在喷涂功率为30 kW时,涂层表面的硬度达到1419.6 HV。结论通过改变喷涂功率,可在S135钻杆材料上得到具有较高硬度、与基体结合强度较高的Al2O3-TiO2涂层。     

Oxidation Control of Atmospheric Plasma Sprayed FeAl Intermetallic Coatings Using Dry-Ice Blasting

The performance of atmospheric plasma sprayed FeAl coatings has been remarkably limited because of oxidation and phase transformation during the high-temperature process of preparation. In the present work, FeAl intermetallic coatings were prepared by atmospheric plasma spraying combined with dry-ice blasting. The microstructure, oxidation, porosity, and surface roughness of FeAl intermetallic coatings were investigated. The results show that a denser FeAl coating with a lower content of oxide and lower degree of phase transformation can be achieved because of the cryogenic, the cleaning, and the mechanical effects of dry-ice blasting. The surface roughness value decreased, and the adhesive strength of FeAl coating increased after the application of dry-ice blasting during the atmospheric plasma spraying process. Moreover, the microhardness of the FeAl coating increased by 72%, due to the lower porosity and higher dislocation density.