热喷涂技术制备功能梯度材料涂层的发展状况

介绍了热喷涂技术制备功能梯度材料涂层的研究与发展状况,分析了各种热喷涂方法制备功能梯度涂层的技术与工艺特点,指出了各自的优势与不足;同时还介绍了20世纪90年代末发展起来的自蔓延高温合成技术与热喷涂技术相融合而形成的反应热喷涂技术制备功能梯度材料涂层的最新研究动态,并展望了热喷涂制备功能梯度材料涂层的发展前景.     

自反应火焰喷涂梯度过渡陶瓷涂层研究

以Ti-B4C-C和Ni-Al自粘结复合粉为自蔓延反应喷涂体系,采用反应火焰喷涂技术,在金属表面制备了Ti(Cx,Ny)-TiB2-NimAln梯度过渡涂层.整个涂层以Ti(C0.7,N0.3)、TiC、TiN和TiB2构成陶瓷主结构,NimAln金属间化合物作为过渡相连续分布其中,涂层具有沿厚度方向宏观连续分布和微观成分突变的特征,并存在孔隙与夹杂,呈典型的多相非均质结构.涂层经梯度过渡后,与基体的结合强度由14.38 MPa增加到30.27 MPa,抗热震性能由2次增加到16次,孔隙率由原来的32%降至19%,显微硬度由底层的Hv545增加到表层的Hv1253.涂层耐磨损性能是45号钢的14倍.     

自反应火焰喷涂过程中碰撞沉积物的形成及分析

以Ti-B4C-C为反应喷涂体系,基于SHS反应火焰喷涂制备TiC-TiB2复相陶瓷涂层技术,进行粒子与基体碰撞试验,获得了自蔓延反应火焰喷涂粒子与基体碰撞变形后的各种形貌图,通过对飞行粒子结构与粒子变形特点的研究得出:飞行粒子的形态与结构决定了粒子的变形特点,五种形态的碰撞沉积物来自各自对应的飞行粒子;基体预热温度、喷涂距离和喷涂团聚粉粒制备质量对碰撞沉积物的沉积率及扁平化有重要影响;不同变形粒子间的相互作用对涂层组织与性能会造成不同的影响,扁平粒子的薄膜飞溅主要由陶瓷熔滴内的气泡引起。     

SHS反应火焰喷涂团聚颗粒的熔融行为及机理分析

针对自反应火焰喷涂制备TiC—TiB2复相陶瓷涂层过程中反应微粒在飞行燃烧时的熔融行为，进行了水淬熄实验，并以单个飞行燃烧颗粒为研究对象，分析了微粒熔融行为及反应机理。研究发现：团聚颗粒在喷涂飞行过程中经历了反应孕育、自蔓延反应引燃、颗粒芯部热爆、陶瓷熔滴的凝固结晶等四个阶段。在Ti大量熔化之前，其反应受固态扩散机制控制，之后按照溶解一析出机制进行。140～180mm喷涂距离生成状态最好的陶瓷熔滴，是喷涂的最佳距离。     

自蔓延反应火焰喷涂TiC-TiB2复相陶瓷涂层的水淬熄试验

用水淬熄法研究了Ti-B4C-C系自蔓延高温合成（SHS）反应火焰喷涂TiC-TiB2复相陶瓷涂层的反应过程与机理.结果表明,在喷涂过程中喷涂团聚颗粒各组元间、各组元与环境间存在多种反应的竞争,团聚颗粒飞行距离不同,反应得到的产物不同.喷涂的最佳距离为180mm,此处获得的球形粒子（陶瓷液滴）数量最多,团聚粉熔融最充分,获得的球形陶瓷液滴数量最多,形成的目标产物最理想.陶瓷液滴的形成始于钛粉的熔化,并通过扩散和毛细管作用向B4C和C颗粒渗透和浸润,经过自蔓延反应能量积累,最后SHS爆燃完成.当陶瓷液滴遇水淬熄后将以柱状方式结晶成毛线团状,可以用熔渣正规离子溶液模型描述液滴的结构.     

Ti-B4C-C系在火焰喷涂时的SHS过程

以Ti—B4C—C为反应喷涂体系，依托SHS反应火焰喷涂制备TiC—TiB2复相陶瓷涂层技术，通过水淬熄实验，截取了喷涂过程中飞行不同距离的粒子，观测了不同飞行距离下，中间状态反应产物的宏观特征、成分和组织结构及其变化过程，理论探讨了复合粉体在氧．乙炔火焰焰流中的飞行燃烧过程与反应机理。研究表明，中间状态的反应产物按其宏观特征出现了完全熔融的实心陶瓷液滴、完全熔融的空心陶瓷液滴、表面熔融芯部未熔的陶瓷颗粒和完全未熔的陶瓷颗粒4种。其飞行燃烧过程机理是：SHS反应始于钛粉的熔化，对位于火焰焰流芯部的中小尺寸喷涂团聚颗粒，其燃烧合成受扩散和毛细管机制控制，以爆燃方式进行；对位于火焰焰流外围的较大尺寸喷涂团聚颗粒，其燃烧合成受组元熔解析出机制控制。     

梯度过渡复相陶瓷涂层的制备及其耐磨性能研究

采用幂函数分布形式设计梯度过渡涂层,以Ti-B4C-C团聚粉和Ni-Al自粘结复合粉的混合物为自蔓延反应火焰喷涂体系,在45号钢基体表面制备了Ti(Cx,Ny)-TiB2和NimAln梯度过渡的复相陶瓷涂层,研究了梯度过渡涂层的组织特点与耐磨性能.研究表明,当梯度指数为1,涂层按6层设计时,涂层为典型的多相非均质结构.Ti(Cx,Ny)-TiB2复相陶瓷与NimAln金属间化合物实现了沿涂层厚度方向的梯度过渡连接.梯度过渡陶瓷涂层的耐磨性是普通45号钢耐磨性的14倍,涂层磨损失效过程受粘着磨损与磨粒磨损共同作用,失效过程中陶瓷相的剥落是涂层磨损的关键环节,涂层中的粘接相、氧化物相和孔隙对涂层磨损有重要影响.     

自反应火焰喷涂过程中碰撞沉积物的形成及分析

以Ti-B4C-C为反应喷涂体系，基于SHS反应火焰喷涂制备TiC-TiB2复相陶瓷涂层技术，进行粒子与基体碰撞试验，获得了自蔓延反应火焰喷涂粒子与基体碰撞变形后的各种形貌图，通过对飞行粒子结构与粒子变形特点的研究得出：飞行粒子的形态与结构决定了粒子的变形特点，五种形态的碰撞沉积物来自各自对应的飞行粒子；基体预热温度、喷涂距离和喷涂团聚粉粒制备质量对碰撞沉积物的沉积率及扁平化有重要影响：不同变形粒子问的相互作用对涂层组织与性能会造成不同的影响，扁平粒子的薄膜飞溅主要由陶瓷熔滴内的气泡引起。