感应等离子体球化热喷涂粉体材料研究进展

介绍了传统非等离子体法制备球形粉体方法--雾化法和喷雾造粒法,分析了其在热喷涂球形粉体制备过程中存在的优势和局限性。综述了等离子球化技术在热喷涂粉体材料领域中的应用现状,并深入讨论了感应等离子体球化过程中不同的工艺条件对粉体球化率和形貌的影响:原料粉体状态决定了球化后粉体的平均粒径,降低粉体原始粒径可以提高熔融程度,粒径分布较窄的原始粉体有利于得到高球形度粉体;适当增大输入功率和工作气体流量,可降低细小颗粒的粘附现象;工作气体的种类会影响等离子焰炬的热焓值;送粉速率需要结合粉体性质择优选取。这些关键影响因素对热喷涂粉体性能的调控机制,以及深入认识等离子体作用条件下的热喷涂粉体球化机理,提供了有力的理论支撑。总结和展望了感应等离子球化技术在热喷涂陶瓷粉体材料制备中存在的问题和发展方向,感应等离子体球化技术作为制备高纯度、无污染热喷涂球形粉体材料的一种新技术,具有广阔的应用前景。     

等离子喷涂YSZ热障涂层的工艺研究

目的 优化大气等离子喷涂工艺,提高热障涂层的耐腐蚀性能与热循环寿命。方法 设计正交试验,制备出不同工艺参数的YSZ涂层。用共聚焦显微镜、X射线衍射仪、能谱分析仪对涂层的表面粗糙度、表面与截面形貌、元素组成与分布进行表征,用Image J软件分析涂层的孔隙。根据试验数据优化工艺参数,对比分析工艺优化前后涂层的耐腐蚀性与热循环寿命。对涂层进行热震水淬试验,分析涂层的热震寿命与失效行为。结果 不同工艺下制备的涂层在孔隙、耐熔盐腐蚀与热循环寿命方面存在明显差异,工艺参数W3X3Y1Z3组合为优化出的喷涂工艺。采用优化后工艺所制备的涂层TBC-1,孔隙率为9.65%,平均孔隙尺寸为6.18 μm²,未观察到明显的大孔与裂纹。涂层表面粗糙度为3.48 μm,粉末熔化状态较好。热腐蚀之后,涂层截面熔盐元素V的质量分数为2.03%,无熔盐积聚现象。涂层经20次热腐蚀与热冲击联合试验后,质量损失率为0.25%,表面完整,无明显剥落。TBC-1在热震试验中的失效形式为涂层大面积剥落,失效次数为172次。结论 等离子喷涂的工艺参数对涂层的综合性能有重要影响,涂层中较大的裂纹和孔隙可作为熔盐的渗透途径,加速涂层的腐蚀,同时使热循环寿命变差。经优化后工艺制备的涂层,内部孔隙分布均匀,且平均孔隙尺寸较小,表现出良好的耐腐蚀性与热循环寿命。涂层中热生长氧化物(TGO)的生长应力、陶瓷层与黏结层的热失配应力是涂层中裂纹扩展和涂层失效的重要原因。     

超音速等离子喷涂工艺参数对AlSi20%Al/Ni涂层结合强度的影响

为使AlSi-20%Al/Ni超音速等离子喷涂涂层获得优良的结合性能,采用正交实验法研究了喷涂距离、喷涂电压、喷涂电流等喷涂工艺参数对结合强度的影响。利用X射线衍射、扫描电镜等手段对涂层的相组成和断口形貌进行分析,利用WDW-E100D微机控制式万能拉伸试验机对涂层结合强度进行测试。结果表明:涂层由AlSi和AlNi两相组成,影响AlSi-20%Al/Ni涂层结合强度工艺参数的主次顺序为喷涂距离、喷涂电压、喷涂电流,优化后的工艺参数为主气流量3.2m3/h,喷涂电流为380A,喷涂电压为130V,喷涂距离为90mm,在此参数下制备的涂层组织致密,其结合强度为65.5MPa。     

等离子喷涂AlSi-ployester封严涂层工艺优化研究

采用AlSi-ployester粉末和PARXAIR-3710等离子喷涂系统制备封严涂层.为使AlSi-ployester等离子喷涂涂层获得优良的涂层性能,选择涂层结合强度为判据,通过正交试验对AlSi-ployester等离子喷涂工艺进行了优化.利用扫描电镜,Axio lmager.A lm金相图像分析系统等手段对涂层形貌和孔隙率进行分析,同时对涂层的硬度、抗热震性能进行了测试.确定优化后的工艺参数为:电弧电流790A.主气流量62.7 L/min,辅气流量5 L/min,喷涂距离100mm.结果表明,电弧电流、主气流量、辅气流量、喷涂距离对AlSi-ployester涂层结合强度具有不同的影响,在优化的喷涂工艺参数条件下,AlSi-ployester涂层结合强度可达6.9MPa,具有较好的硬度和热震性能,可为今后等离子喷涂系统工艺参数的选定提供参考.     

ZrO2纳米粉等离子喷涂工艺及磨损性能研究

应用spraywatch热喷涂在线监测系统测定了ZrO2纳米粉等离子喷涂工艺参数与喷涂粒子温度和速度的关系；测定了涂层耐磨性，分析了涂层表面形貌、界面结合状况和物相组成；获得了涂层制备的较佳喷涂工艺参数。涂层为纳米结构，主要由四方相构成。     

等离子喷涂NiCrBSi+Ni/Al复合涂层的设计及应用

本文提出了用等离子喷涂法制备Ni60B＋Ni／A1复合涂层的新工艺。试验结果表明：Ni60B与Ni／A1粉末按不同比例混合，可制备出不同性能的喷涂工作层。     

超音速等离子喷涂NiCr-Cr3C2工艺的参数优化

采用四因素三水平正交试验,通过在线监测喷涂粒子的温度和速度,对电流、电压、喷涂距离和主气流量四个超音速等离子喷涂的主要参数进行优化设计.结果表明:四个因素对喷涂粒子温度的影响均较大,电压和主气流量对喷涂粒子速度的影响较大;优化的工艺参数为电压150 V、电流400A、喷涂距离85 cm、氩气流量4.2m3/h,采用该优...     

等离子喷涂PZT涂层的制备与性能分析

用等离子喷涂方法在45号钢基体表面制备了锆钛酸铅(PZT)陶瓷涂层,并用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、透射电镜（TEM）、纳米压痕测量仪和d33准静态测量仪等检测手段对涂层的微观形貌、成分、纳米硬度、弹性模量和压电常数等各项性能进行分析,并测量涂层的介电温谱。结果表明：等离子喷涂制备的PZT陶瓷涂层具有典型的层状结构,结构致密,孔隙率为1.96%;纳米硬度和弹性模量平均值分别为5.881 GPa和113.413 GPa;压电常数达到了74 pC/N,并且由介电常数与温度关系图可推知PZT的居里温度约为370 ℃。制备的PZT涂层性能良好,使其在实际工况中的使用成为可能。     

等离子喷涂ZrO2热障涂层工艺参数优化设计

为了深入研究等离子喷涂ZrO2粒子的飞行特征与涂层性能之间的关系，采用三水平四因素正交试验法对主气、辅气、电流及喷涂距离等4个主要参数进行了优化设计，并采用DPV2000热喷涂在线监测仪测定了ZrO2粒子的飞行特征参数，通过IA32定量金相分析软件对涂层的孔隙率进行了测试。结果表明，影响ZrO2粒子温度的主要因素为主气和辅气，影响ZrO2粒子飞行速度的主要因素为喷涂距离和辅气。     

An Integrated Investigation Approach for Coating Temperature Measurement and Control During Plasma Spraying

An integrated investigation approach for temperature measurement and control of plasma sprayed coating is presented in this paper. It is based on infrared (IR) pyrometry combined with specific robot scanning trajectories. The temperature evolution was continuously detected and recorded during preheating, spraying, and cooling stages. Then the two specific factors, periodic average temperature and periodic standard deviation, were adopted to evaluate the temperature variation and the fluctuation of the thermal cycle relevant to one spraying period. These two factors were successful in describing the temperature variation during experimental processing sets. Moreover, the influence of processing parameters of Z-type robot spray trajectory, including spray distance, scanning velocity, and scanning step on coating temperature is experimentally researched and explained reasonably by comparing the two factors.     

大气等离子喷涂TiO2涂层性能及厚涂层制备工艺

为改善TiO2溅射靶材主要依赖进口的局面,采用大气等离子喷涂技术在不锈钢SUS304平板基体及管状基体上制备了TiO2涂层。利用扫描电子显微镜对涂层形貌进行了观察,并对涂层与基体的结合强度、涂层孔隙率及抗热震性能分别进行了表征。结果表明：粉末熔化及铺展良好,截面可见典型层状结构。涂层与基体以机械结合为主,断裂基本发生在基体与粘结层界面处;涂层的孔隙率较低,同时具有良好的抗热震性能。厚涂层制备过程中,采用循环水冷却方法对不锈钢SUS304管状基体进行冷却,涂层沉积速度快且无开裂和脱落,涂层厚度可达8 mm。通过对冷却装置的改进及喷涂工艺的进一步优化,有望在大尺度管状基体上制备厚涂层以满足溅射蒸镀辊的需要。     

表面工程—热喷涂技术

本文介绍了热喷涂技术的分类、特点和经济性。同时列举国内外的应用例子。并指出在电焊机制造业开发热喷涂设备的重要性和前景。     

超音速等离子喷涂Mo-W涂层的力学性能

采用超音速等离子喷涂技术在45CrNiMoVA钢表面制备了Mo-W合金涂层,利用场发射扫描显微镜(SEM)、电子能谱仪(EDS)、维氏显微硬度计分析测试了涂层组织、硬度,利用球-盘式摩擦磨损试验机研究了磨损载荷及频率对Mo-W合金涂层摩擦学性能的影响。结果表明:质量比为3:1的Mo、W机械混合粉喷涂后涂层中Mo、W元素质量比接近3:1。涂层组织致密,与基体结合为机械结合,表面平均显微硬度为563.2 HV0.1。Mo-W涂层的显微硬度、耐磨性和减摩性比基体45CrNiMoVA钢有所提高,且载荷越大,涂层的耐磨性和减摩性优势越明显。Mo-W涂层与Si3N4陶瓷的摩擦磨损机制以磨料磨损和氧化磨损为主。当磨损载荷变大和磨损频率变高时,疲劳剥落磨损表现明显。     

TiAl球磨粉反应等离子喷涂工艺

为制备Ti-Al金属间化合物复合涂层,采用Ti、Al球磨粉在Q235钢表面进行反应等离子喷涂研究,获得了由Al3Ti、TiN、Al2O3、TiAl以及残留Al和Ti组成的复合涂层。虽然球磨可以使Ti-Al混合粉细化与活化,使喷涂时的反应更容易、更充分,但喷涂时Al和Ti仍难以充分反应,且在空气环境中喷涂容易氧化和氮化。涂层与基体之间没有形成冶金结合,而是镶嵌式的机械结合。其结合强度最高值达到了44.75MPa,显微硬度最高值达到了379HV0.5。文中还分析了反应等离子喷涂各工艺参数对涂层组织与性能的影响,并采用正交试验对其在一定范围内进行了优化。得到优化的工艺参数为:喷涂距离为120mm、主气流量为35L/min、喷涂电流为600A、球磨时间为6h。     

电磁加速等离子喷涂法制备碳化硼涂层初步分析

利用自制的电磁加速等离子喷涂装置在45钢基体上制备了碳化硼涂层，运用扫描电镜、能谱分析及X射线衍射分析对碳化硼涂层的形貌和相组成进行了定性的分析。实验结果表明：利用自制的电磁加速等离子喷涂装置成功地制备了碳化硼涂层，单次喷涂厚度在11～12μm。所制备的碳化硼涂层中除了含有碳化硼外，还含有B和C的一些其他相。     

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。     

电弧电压对低能等离子喷涂WC-Co涂层组织及性能的影响

使用烧结破碎的WC-12%Co粉末,采用轴向送粉等离子喷涂系统制备WC-Co涂层。保持电弧电流不变,增加工作气体中的氢气含量来提高电弧电压,以研究电弧电压对于涂层微观结构的影响。使用X射线衍射仪(XRD)分析WC-Co涂层的脱碳相变,使用扫描电子显微镜(SEM)观察粉末的熔化程度、扁平化状态和涂层的微观结构,使用MH-6维氏硬度计和MM200磨损试验机分别测量了涂层的显微硬度和耐磨性。结果表明,提高电弧电压有利于粉末的熔化。根据熔化程度的不同,粉末会呈现四种典型的扁平化状态。提高电弧电压促使碳化钨脱碳生成的W_2C和Co_3W_9C_4,涂层中硬质相体积增加,钴基体积减小。适当提高电弧电压有利于增加涂层的硬度和耐磨性,但过高的电弧电压会恶化涂层质量,反而降低涂层的硬度和耐磨性。     

纳米氧化锆热障涂层制备工艺对导热性能的影响

研究等离子喷涂参数对纳米氧化锆涂层组织结构与涂层热导率的影响,分析涂层中孔隙的形成机制以及孔隙率与涂层热导率的关系.结果表明:在所选用的参数中,氧化锆涂层孔隙率随喷涂能量升高而降低,最低可达8%;并且大孔隙减少;氧化锆涂层600 ℃的热导率随孔隙率的增加而降低,最低可达0.633 W·(m·K)~(-1).     

激光等离子复合热源喷涂工艺沉积机理研究

目的提高涂层的结合强度和改善微观组织结构。方法选取WC-10Co4Cr喷涂材料,分别通过激光等离子复合热源喷涂工艺以及等离子喷涂工艺制备涂层,对涂层组织与基本性能进行检测,对两种不同喷涂工艺的沉积机理作对比分析研究。研究复合热源喷涂涂层微观组织结构以及涂层与基体间结合方式较等离子喷涂涂层的变化。利用高速摄像仪对激光等离子复合热源喷涂以及等离子喷涂的工艺过程进行跟踪监测和分析,研究复合热源沉积过程中,基体表面微熔池的形成及粉末粒子在不同沉积工艺过程中熔融状态的对比,分析等离子喷涂涂层和复合热源喷涂涂层的沉积机理。结果等离子喷涂WC-10Co4Cr涂层以机械结合方式为主,涂层结合强度为39.5 MPa,孔隙率为1.7%,而激光等离子复合热源喷涂WC-10Co4Cr涂层实现了冶金结合,其结合强度提升到91 MPa,孔隙率降低到0.86%。结论激光等离子复合热源喷涂工艺可以有效提升涂层的结合力,改善涂层组织致密性,更有利于涂层的耐磨耐腐蚀性能。     

晶化对等离子喷涂Ni基涂层硬度的影响

采用大气等离子喷涂在低碳钢基底上制备了含有89．2％非晶的NiCrBSi涂层。应用X射线衍射分析和Weibull分布研究了两个晶化温度523℃和628℃下热处理2～6h对涂层微观结构和显维硬度的影响。结果表明，在两个温度下，晶化析出相晶粒大小和涂层的显微硬度Weibull模数都随着热处理时间的延长而增大，涂层均匀性变好。在523℃热处理，随着热处理时间延长，涂层显微硬度增大，在4h时达到最大值，而后下降；628℃热处理，显微硬度在2h时达最大值，而后随热处理时间延长而下降。523℃热处理4h，涂层具有最高显微硬度。