溶胶-凝胶法与金属表面改性

综述了玻璃或陶瓷低温合成新技术溶胶-凝胶涂层.其中特别介绍溶胶-凝胶涂层技术应用于金属材料上,以提高其耐蚀性、抗氧化性、耐磨性及拒水性能.     

智能纳米涂层

美国威斯康星州的Milwaukee大学新近开发成功一种新颖的纳米涂层技术,这种涂层几乎可以涂覆到任何材料（包括金属、玻璃直到硅）的表面从而修复其表面蚀坑（点蚀）和肤浅的断裂破损。这种涂层也能阻止材料的进一步破损。采用溅射沉积法在金属表面上沉积纳米涂层,其纳米晶覆盖包括任何损伤在内的材料表面。例如在金属材料表面形成的智能纳米陶瓷涂层可以由HfO2、ZrO2和Al2O3组成,这种保护涂层显示出不同于微观组织较粗的陶瓷涂层的性质。     

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.     

真空钎涂制备金属基陶瓷复合涂层研究

为了解决金属材料表面的耐磨问题,以镍基自熔合金BNi2为粘结相,WC-12Co为增强相,采用真空钎涂工艺,在316L不锈钢表面制备了金属基陶瓷复合涂层。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱EDS分析了金属基陶瓷涂层的组织结构。同时采用显微硬度计测试了涂层的显微硬度分布。结果表明:金属基陶瓷涂层由Cr_(23)C_6,WC,Ni基固溶体FeNi,Ni_(2.9)Cr_(0.7)Fe_(0.36),Co组成;WC与Ni,Cr发生冶金扩散作用;涂层与基体达到冶金结合;涂层硬度呈梯度分布,最高硬度HV1 343.1,是基体的6.7倍。     

热固化温度对轻合金固相反应法陶瓷涂层性能的影响

采用固相反应法在ZL101、MB2表面制备MgO基陶瓷涂层材料,用磷酸铝粘结剂调制料浆制备涂层;MB2分别选用磷酸铝粘结剂和水玻璃粘结剂制备两种陶瓷涂层.结果表明,ZL101固相反应型陶瓷涂层耐磨性、耐蚀性均明显优于基体.MB2表面采用水玻璃粘结剂制备的陶瓷涂层的相对耐磨性、耐蚀性均优于采用磷酸铝粘结剂制备的陶瓷涂层.ZL101陶瓷涂层热固化时有MgAl2O3新相产生;MB2陶瓷涂层热固化时则有MgAl2O3和MgSiO3新相产生.随固化温度升高,涂层性能得到提高.     

间断接触式等离子体放电沉积金属陶瓷层

存大量科学试验基础上，提出一种金属表面形成金属陶瓷涂层的新工艺方法。该方法具有放电电压低、陶瓷层结构致密、与基体冶金结合、适用于多种金属材料等优点。文中还对某条件下利用该方法形成的陶瓷层进行了初步分析。     

玻璃Cr2O3陶瓷涂层表面液态重金属润湿角的测量与表征

金属材料的腐蚀性能与其表面润湿特性有着密切的关系。采用亚音速火焰喷涂技术制备了玻璃-Cr2O3陶瓷涂层,设计了一套运行在高温环境中且密封的专用试验平台,研究经过不同保温时间后,重金属在45钢与喷有玻璃-Cr2O3陶瓷涂层的45钢表面的润湿角及相关现象的变化。结果表明:相同质量的重金属液滴在45钢表面的润湿角为18°,在玻璃-Cr2O3陶瓷涂层表面的润湿角为114°,玻璃-Cr2O3陶瓷涂层抗液态重金属润湿性能较好。固化后重金属颗粒与试样之间的接触面积及剪切强度均有所不同,304不锈钢与颗粒剪切强度为1.42MPa,而涂层与颗粒剪切强度为0.21MPa。     

热化学反应陶瓷涂层与复合涂层耐磨性对比研究

采用热化学反应法在纯铜表面制备陶瓷涂层,并在此基础上进行渗铝处理,在基体表面获得陶瓷渗铝复合涂层.通过SEM和XRD分析了涂层的微观形貌和相的组成,研究了涂层的结合强度和耐磨性.结果表明:该复合涂层整体性能优于热化学反应陶瓷涂层.     

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 在大量科学试验基础上，提出一种金属表面形成金属陶瓷的新工艺方法。该方法具有放电电压低，陶瓷层结构致密与基体冶金结合，适用于多种金属材料等优点。文中利用光学显微镜和扫描电镜（SEM）观察了陶瓷涂层的显微组织，并通过X射线衍射和机械性能试验对其相结构和室温力学性能进行了探讨。结果表明：金属陶瓷涂层的晶粒细小，分布均匀，具有高的硬度及良好的耐磨性。     

放热体系对镁合金反应热喷涂陶瓷涂层耐蚀性能影响

采用相同的陶瓷骨料和热喷涂工艺,放热体系分别为A1-CuO和Al-TiO2-B2O3,制备热喷涂陶瓷涂层.通过对涂层表面形貌观察、物相分析、孔隙率、耐酸性(5％醋酸)、耐盐性(3.5％NaCl)测试,比较放热体系对陶瓷涂层性能的影响.实验结果显示:采用Al-CuO为放热体系的陶瓷涂层耐酸性提高23.37倍,耐盐性提高16.33倍,Al-TiO2-B2O3放热体系陶瓷涂层耐酸性提高12.91倍,耐盐性提高7.46倍,Al-CuO放热体系陶瓷涂层耐蚀性优于Al-TiO2-B2O3放热体系陶瓷涂层.     

钛合金表面生物活性陶瓷涂层的设计

将生物活性陶瓷涂覆在钛合金表面可以综合金属和生物活性陶瓷的优点,通过对金属基体上陶瓷涂层的设计可以改善涂层与基体的结合强度.本文对钛合金表面不同类型涂层的设计进行了综合评述,并对如何提高生物活性陶瓷涂层与基体的界面结合强度提出建议.     

有色金属热喷涂陶瓷涂层研究进展

介绍了国内外有色金属材料热喷涂陶瓷涂层技术研究所取得的成就和存在的问题,对陶瓷涂层材料的设计和热喷涂工艺的选择、涂层与基体的结合机理以及结合强度进行了综述,并对有色金属材料热喷涂技术的应用进行了展望.     

焊接加热对SHS复合材料组织的影响

采用电弧焊接方法焊搠铁资内衬复合钢管,探讨了焊接加热对热影响区组织的影响,结果表明,采用电弧焊方法焊接瓷内衬复合钢管,可以使复合材料经历一次热处理,热影响区陶瓷层由原来的树枝晶向等轴晶转化,焊接熔合区,在陶瓷与金属之间形成了一过渡层,过渡层与金属呈微冶金结合方式,过渡层与陶瓷呈现出原位结合方式。     

以Cu-Ti复合渗镀为先导的Si3N4陶瓷/金属钎焊连接

提出一种陶瓷表面多元离子复合渗镀合金化方法,采用该方法对Si3N4陶瓷表面进行Cu-Ti复合渗镀,然后在复合渗镀真空设备中进行渗镀Cu-Ti的Si3N4陶瓷与金属的钎焊.对Si3N4陶瓷表面的Cu-Ti渗镀合金层进行了EDS、XRD、SEM、OM测试分析和声发射划痕试验.结果表明,渗镀层中含有Cu、Ti、Fe、Si及Al元素,Cu、Ti分布比较均匀,渗镀合金层由Cu、CuTi2、TiSi2组成;声发射划痕试验结果表明,在100 N的最大载荷下,渗镀合金层与陶瓷基体未发生剥离和崩落现象.在100倍的光学显微镜及5000倍的电子显微镜下,钎焊接头中陶瓷/金属界面接合良好,无明显的宏观和微观缺陷.可在较低的真空度下实现陶瓷/金属钎焊,为陶瓷/金属钎焊连接提供了一个新方法.     

An investigation on bonding interface microstructure of ceramic coating prepared on AZ91D by evaporated pattern casting technique

PbO-ZnO-Na2O ceramic coating was fabricated on the AZ91D Mg-alloy substrate surface by using of evaporated pattern casting (EPC) process. The ceramic coating was characterized through scanning electron microscopy (SEM) observation, energy dispersive X-ray spectrometer (EDS) and so on. The research was emphasized on the formation process of ceramic coating and the interface bonding conditions between ceramic coating and the substrate. Results show that the glass powder (PbO-ZnO-Na2O) melts when contacts with the high temperature liquid metal, and solidifies on the surface of the substrate with the decrease of temperature. Therefore,the ceramic coating was successfully prepared with the formation of the bonding interface with the substrate.Beside the influence of coating layer thickness, the vacuum level was also investigated. Further analysis indicates that oxide inclusions and decomposition products of foam pattern had a significant effect on the bonding interface.To obtain a good bonding interface between the ceramic coating and the substrate, the metal liquid oxidation and inclusions must be decreased and the decomposition products of foam pattern should be exhausted from the EPC coating completely.     

稀土氧化物对铸造用纳米氧化铝陶瓷化涂层显微组织及性能的影响

介绍了一种砂型铸造用新型陶瓷化涂料,并研究了稀土氧化物对纳米氧化铝复合陶瓷化涂料层显微组织及性能的影响。试验指出,稀土氧化物可降低陶瓷化涂层的烧结温度,提高其致密性和表面硬度,从而大大增加了铸造用陶瓷化涂层的高温屏蔽性能和抗高温金属液的冲刷能力,对于阻隔硫、碳和氮等气体侵入金属基体和减少冲砂以及夹砂等表面缺陷,起了积极的作用。     

Effect of Ceramic Particle Velocity on Cold Spray Deposition of Metal-Ceramic Coatings

In this paper, metal-ceramic coatings are cold sprayed taking into account the spray parameters of both metal and ceramic particles. The effect of the ceramic particle velocity on the process of metal-ceramic coating formation and the coating properties is analyzed. Copper and aluminum powders are used as metal components. Two fractions of aluminum oxide and silicon carbide are sprayed in the tests. The ceramic particle velocity is varied by the particle injection into different zones of the gas flow: the subsonic and supersonic parts of the nozzle and the free jet after the nozzle exit. The experiments demonstrated the importance of the ceramic particle velocity for the stability of the process: Ceramic particles accelerated to a high enough velocity penetrate into the coating, while low-velocity ceramic particles rebound from its surface.     

熔-喷ZrO2+WC陶瓷涂层组织结构

采用熔-喷技术，对ZrO2、WC及ZrO2 WC四种混合陶瓷粉末制备的涂层，通过光学显微镜、扫描电镜、能谱分析等手段，对涂层的组织结构进行了分析研究。发现采用熔-喷技术制备的陶瓷涂层，涂层与母材呈熔焊状态，涂层发生了冶金反应，具有重熔的特点，涂层呈现出梯度涂层的特征，表层具有喷涂材料的组织结构，中间层具有母材与喷涂材料共有的组织结构。因此大大地提高了涂层的结合强度，明显地改善了涂层的组织性能，使涂层变得均匀致密，从而拓宽了陶瓷材料的应用范围。     

等离子喷涂金属/陶瓷梯度热障涂层研究进展

热障涂层在众多领域具有重要的应用价值,但基体与涂层的物理性能不匹配是遏制其服役性能和寿命提高的主要原因。金属/陶瓷梯度热障涂层通过逐渐改变涂层内部的成分、结构,可有效地改善基体和涂层因物理性能突变而导致的界面失效问题。首先介绍了金属/陶瓷梯度热障涂层对比于双层热障涂层的独特微观结构,并简要分析了其具有明显性能优势的原因。随后总结了金属/陶瓷梯度热障涂层残余应力的具体分布、影响因素和模拟模型优化现状,重点从优化涂层制备工艺、改进喷涂技术、改善涂层设计三个方面,介绍了改善涂层性能的研究进展。其中优化球磨和喷涂工艺参数、模拟研究喷涂过程、改进喷涂技术的方式是通过提高涂层质量来提升其物理性能,而改变涂层成分分布形式、涂层层数和厚度主要是通过改善涂层残余应力分布和水平来提升其抗热失效能力。最后提出了进一步优化模拟模型、改进喷涂技术、创新涂层设计和完善机理研究,是未来等离子喷涂金属/陶瓷梯度热障涂层的重点研究方向。     

Interface and Wear Resistance of SiC Ceramic Column Grid Array Reinforced High-Chromium Cast Iron Composite Pretreated with TiH2

利用TiH2粉末膏剂涂覆和在真空下1000或1400℃保温20 min的预处理工艺对反应烧结SiC陶瓷柱进行了表面预处理,再将预处理好的SiC陶瓷柱固定在石墨板上,随后采用金属浇铸工艺制备了一种具有高度陶瓷增强体宏观均匀性、可靠性和可设计性的SiC陶瓷柱阵列增强高铬铸铁复合材料。陶瓷涂层和复合材料界面分析表明:1400℃为较优的SiC表面预处理温度,预处理后SiC表面形成一层可靠的金属性复合层。该复合层在高温浇注过程中不会被溶解,可有效抑制高铬铸铁与SiC陶瓷的界面反应,从而形成无脱层、优良的复合材料陶瓷/金属磨损界面。与该复合材料的金属基体相比,由于SiC陶瓷柱的有效添加,经表面处理后不同陶瓷含量的SiC/高铬铸铁复合材料的耐磨性能均显著提高。