Al2O3在等离子喷涂涂层中的应用综述

Al₂O₃作为等离子喷涂的常用材料,以其良好的耐磨性和耐腐蚀性能被广泛地应用于工业领域。本文从原始喂料特征、第二相粉体粒子等方面阐述其对涂层性能的影响,并从梯度涂层、多层涂层和后处理(封孔处理、激光重熔等)等角度,对涂层的孔隙率和耐腐蚀性能的影响作了详细说明,在涂层的韧性方面,主要分析第二相粒子和热处理对涂层韧性的影响,最后对用等离子喷涂技术制备综合性能良好的Al₂O₃基复合涂层的研究方向提出了展望。     

TiAl合金电弧喷涂Al涂层的高温氧化性能

为了提升TiAl合金的高温抗氧化能力,采用电弧喷涂工艺在TiAl合金表面制备了纯铝涂层,并分别在900℃和1 000℃进行了恒温氧化试验.通过绘制氧化动力学曲线,对比了有无涂层试样的抗氧化性能.运用SEM、EDS、EPMA和XRD分析其氧化前后涂层的微观形貌、成分组成、元素分布和相组成.结果表明：纯铝涂层均匀致密、无裂纹.在900℃空气中氧化100 h后,涂层表面形成了致密的Al₂O₃氧化膜,次表层为TiAl₃相,扩散层为TiAl₂相.在1 000℃空气中氧化100 h后,涂层表面氧化膜由Al₂O₃和少量TiO₂组成,次表层为TiAl₃相,扩散层为TiAl₂相.电弧喷涂铝涂层提高了TiAl合金的高温抗氧化能力.     

等离子喷涂纳米ZrO2功能梯度热障涂层组织结构

采用大气等离子喷涂技术制备了纳米氧化锆功能梯度热障涂层,运用XRD、SEM等手段分析了粉末与涂层的组织结构和相组成．结果表明,喷涂前后,粉末相成分未发生变化,仍然是四方相和立方相组成的混合体;表面陶瓷层和次表层的孔隙率分别为8．2％和5．15％;涂层的晶粒主要分布在20nm～120nm之间,晶粒发育良好,涂层结合强度约为23．4MPa．     

AZ91D镁合金表面等离子喷涂Al_2O_3-TiO_2陶瓷涂层的微观组织及防护性能

采用大气等离子喷涂技术在AZ91D镁合金表面制备Al2O3-TiO2陶瓷涂层。对涂层的显微组织、化学成分、相组成及显微硬度进行表征,并对涂层的耐磨损和耐电化学腐蚀防护性能进行研究。结果表明,Al2O3-TiO2陶瓷涂层的组织呈现层状结构,主要组成相为α-Al2O3、γ-Al2O3和金红石TiO2。涂层平均硬度654.2HV,涂层具有良好的抗磨损和抗电化学腐蚀防护性能。     

NiCr-Cr3C2 陶瓷涂层在锌铝腐蚀中的失效分析

运用超音速火焰喷涂技术在304不锈钢沉浸辊上喷涂NiCr-Cr₃C₂ 陶瓷涂层。将制备后的试样置于600℃铝质量分数为55%的熔融锌铝混合液中,并分析涂层在其中的腐蚀机理和失效过程。采用SEM 观察了原始粉末的形态并对涂层被腐蚀前后的形貌进行对比观察,采用EDS检测了NiCr-Cr₃C₂ 粉末的原始构成以及涂层被腐蚀后其中的元素变化。结果表明,NiCr-Cr₃C₂ 陶瓷涂层的孔隙率为2.9%,平均结合强度为82.76MPa,显微维氏硬度的平均值为1078.67HV。NiCr-Cr₃C₂ 陶瓷涂层在被沉浸1d后,在涂层中发现了元素构成的变化且有层次区分,NiCr-Cr3C2 涂层失效原因是Ni-Cr基体被Zn溶解,导致了涂层溃散,涂层中的Cr₃C₂也同时失去保护作用,并漂移到Zn-Al熔体中。     

等离子喷涂Ni_5Al-Al_2O_3复合涂层的耐磨损及耐腐蚀性研究

用大气等离子喷涂(APS)技术在3种不同工艺参数条件下制得Ni_5Al-Al_2O_3复合涂层。采用扫描电镜(SEM)对涂层的组织结构进行了表征,分别用FM-700型显微硬度分析仪和M-200型磨损试验机测定了涂层的显微硬度和耐磨性能,用Lviumastat电化学分析系统测试了涂层的耐腐蚀性能。结果表明:采用50V-550A/600A/650A电流参数所制备的涂层均呈层片状结构,随着喷涂电流的增加,涂层的显微硬度逐渐增大、孔隙率逐渐降低,涂层的耐磨损性能提高。涂层的耐电化学腐蚀性能与涂层的孔隙率有关。     

激光重熔制备TA1表面Ni/Al复合抗高温氧化涂层

为了提高纯钛的高温抗氧化性能,采用电弧喷涂和等离子喷涂方法在纯钛表面制备Ni/Al复合涂层.利用激光重熔使得Ni层与Al层发生冶金反应,对试件进行800℃×40 h连续氧化.根据生成的金属间化合物特征研究纯钛的高温抗氧化行为.结果表明,经过表面改性处理后Ni/Al复合涂层可以显著提高纯钛的高温抗氧化性能.在激光重熔过程中Ni/Al复合涂层中的Al发生熔化扩散并与Ni形成以Ni₂Al₃相为主的扩散层.在氧化过程中Ni/Al复合涂层表面形成连续且致密的α-Al₂O₃氧化膜与大量NiAl相,表面扩散层中的富铝相可为表面提供充足的Al元素,进而对纯钛基体提供有效的高温抗氧化保护作用.     

AT13/WS2复合涂层的制备及摩擦学性能

采用等离子喷涂技术和水热反应合成法制备Al₂O₃–13%Ti O₂(AT13)陶瓷涂层和AT13/WS₂复合涂层,利用多功能摩擦学试验机和原子力显微镜,研究原位合成的WS₂对AT13陶瓷涂层表面摩擦磨损性能的影响,且利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对AT13/WS₂复合涂层物相组成和微观形貌进行分析,探讨材料的磨损机理。结果表明：通过水热反应,可将WS₂粉末合成在AT13涂层表面微裂纹和孔隙中,制得AT13/WS₂复合涂层;在干摩擦测试条件下复合涂层的摩擦系数(0.2左右)相对AT13涂层(0.7左右)显著降低;在微观尺度下AT13涂层横向摩擦力(0.5 V)明显大于AT13/WS₂复合涂层(0.1 V);严重的磨粒磨损和脆性剥落是AT13涂层磨损的主要原因,WS₂的引入可改善AT13涂层的磨损情况,AT13/WS     

NiAl/Al复合涂层高温抗氧化性能与扩散机制

为了延长纯钛在高温环境下的工作寿命,采用电弧喷涂方法在纯钛表面制备了NiAl/Al复合涂层.在热处理炉中进行800℃×50 h连续氧化实验,根据NiAl层与纯Al层反应生成的金属间化合物性能,考察涂层的高温抗氧化行为和高温防护机制.结果表明,复合涂层在体系中具有足够的Al、Ni元素,可在涂层外表面形成以Al₂O₃为主的氧化物防护层,从而阻碍氧向内侵入.在高温氧化过程中NiAl/Al涂层中的Al发生熔化扩散,并与Ni和Ti形成以NiAl、Ni₂Al₃、NiAl₃及TiAl₃富Al相为主的扩散阻挡层.NiAl/Al复合涂层显著提高了纯钛的高温抗氧化能力.     

TA1表面制备Ni/Al涂层的反应扩渗及抗氧化行为

为了提高纯钛的高温抗氧化性能,采用电弧喷涂和等离子喷涂方法在纯钛表面制备Ni/Al涂层.对试件进行900 ℃×5 h热处理后,再进行900 ℃×40 h连续氧化实验,探索其高温抗氧化行为.结果表明,经过表面改性处理的Ni/Al涂层可以显著提高纯钛的高温抗氧化性.在热处理过程中Ni/Al涂层中的Al发生熔化扩散并与Ni和Ti形成以NiAl与TiAl₃相为主的扩散层.在氧化过程中Ni/Al涂层表面形成连续且致密的α-Al₂O₃,同时表面扩散层中的富铝相可为涂层表面提供充足的Al元素,进而对纯钛基体提供有效的高温抗氧化保护作用.     

NiAl/Al复合涂层高温抗氧化性能与扩散机制

为了延长纯钛在高温环境下的工作寿命,采用电弧喷涂方法在纯钛表面制备了NiAl/Al复合涂层.在热处理炉中进行800 ℃×50 h连续氧化实验,根据NiAl层与纯Al层反应生成的金属间化合物性能,考察涂层的高温抗氧化行为和高温防护机制.结果表明,复合涂层在体系中具有足够的Al、Ni元素,可在涂层外表面形成以Al₂O₃为主的氧化物防护层,从而阻碍氧向内侵入.在高温氧化过程中NiAl/Al涂层中的Al发生熔化扩散,并与Ni和Ti形成以NiAl、Ni₂Al₃、NiAl₃及TiAl₃富Al相为主的扩散阻挡层.NiAl/Al复合涂层显著提高了纯钛的高温抗氧化能力.     

TA1表面制备Ni/Al涂层的反应扩渗及抗氧化行为

为了提高纯钛的高温抗氧化性能,采用电弧喷涂和等离子喷涂方法在纯钛表面制备Ni/Al涂层.对试件进行900℃×5 h热处理后,再进行900℃×40 h连续氧化实验,探索其高温抗氧化行为.结果表明,经过表面改性处理的Ni/Al涂层可以显著提高纯钛的高温抗氧化性.在热处理过程中Ni/Al涂层中的Al发生熔化扩散并与Ni和Ti形成以NiAl与TiAl₃相为主的扩散层.在氧化过程中Ni/Al涂层表面形成连续且致密的α-Al₂O₃,同时表面扩散层中的富铝相可为涂层表面提供充足的Al元素,进而对纯钛基体提供有效的高温抗氧化保护作用.     

等离子喷涂LaH2掺杂钨基复合涂层的制备与研究

利用空气等离子喷涂制备纯钨涂层和LaH₂掺杂钨基(W/LaH₂)复合涂层对比,分析了涂层的微观形貌、密度、孔隙率、氧含量、热导率和机械性能。结果表明LaH₂加入后涂层的氧化和孔隙问题显著减少,硬度和弹性模量略有降低,塑性稍有改善,导热性能变化不大。     

螺杆泵螺杆纳米掺杂陶瓷涂层显微结构研究

利用大气等离子喷涂技术(APS),在7.5 m螺杆泵螺杆基体表面上制备纳米掺杂30%AT13(Al2O3 13% TiO2)陶瓷涂层,采用Philips XL-30型扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)和Philips X-port型X射线衍射仪(XRD)等现代分析手段对纳米掺杂AT13等离子喷涂粉末及螺杆表面等离子喷涂涂层的显微组织、物相进行了观察测定.结果表明:纳米掺杂等离子喷涂粉末结构呈微米级粒子表面包覆纳米粒子的麻团状,尺寸在50～70 μm内,流动性好,适用于大气等离子喷涂.纳米掺杂使等离子喷涂涂层元素分布均匀性提高,孔隙度降低,涂层内出现(Al2O3)5.333与斜方晶态的Al2TiO5物相.涂层断口分析证明:在纳米掺杂30%的涂层中,出现大量直径约为10 nm的蠕虫状晶须,断裂方式变为韧性的穿晶断裂,为纳米掺杂螺杆使用寿命成倍的提高提供了理论依据.     

枪速对热障涂层组织性能及残余应力的影响

为了研究等离子喷涂制备热障涂层(TBCs)时不同枪速对陶瓷面层组织性能和残余应力的影响,在GH4169高温合金基体上采用超音速火焰喷涂(HVOF)Ni Co Cr Al Y粘结层(BC层)和大气等离子喷涂(APS)8YSZ陶瓷层(TC层).通过对比不同参数样品的微观组织以及显微硬度、残余应力和热震性能差异,研究了枪速对热障涂层的影响.结果表明:枪速过低或过高时,涂层表面残余应力较大,热震性能较低;随着枪速的增大,涂层表面粗糙度逐渐增大,而孔隙率和显微硬度逐渐减小;枪速过低时,涂层出现纵向裂纹,热震失效方式为整体剥落;而枪速较大时,涂层从边缘向中心不断剥落,涂层表面出现白点.     

镁合金表面APS法制备ZrB_2-ZrC基复合涂层

针对镁合金抗烧蚀性差的问题,采用高能等离子喷涂在AZ91镁合金表面引入NiCoCrAlTaY过渡层后制备复合结构陶瓷涂层.复合陶瓷抗烧蚀层结构设计为小颗粒的SiC和ZrO_2填充于大粒径的ZrB_2和ZrC颗粒周围的四组元复合结构.采用球磨机械混合的方法将平均粒径为10μm的ZrB_2和ZrC粉末及平均粒径为1μm的SiC和ZrO_2粉末混合均匀,形成1μm小颗粒的SiC和ZrO_2均匀填充于10μm粒径的ZrB_2和ZrC颗粒的混合结构粉末作为喷涂粉末,通过大气等离子喷涂方法在46.5kW功率条件下制备复合结构陶瓷涂层.研究结果表明:复合陶瓷层内部组织为小尺寸的SiC和ZrO_2填充于大粒径的ZrB2和ZrC颗粒的四组元复合结构,达到四元复合结构的设计,涂层内部颗粒发生明显的扁平化,涂层显微硬度达到1 311kgf·mm~(-2).通过X射线衍射分析发现在涂层制备过程中粉末没有发生明显的相结构改变,透射电子显微镜微区分析表明在ZrB_2和ZrC大颗粒交界处出现B_2O_5Si非晶环带玻璃相的亚稳结构,有利于抗烧蚀性的提高.     

APS/HVOF热喷涂WC基金属陶瓷涂层的微观组织与性能

WC基涂层由于具有较高的硬度、优异的耐磨性、较好的抗腐蚀性,广泛应用于石油等工业中提高零件的磨损和腐蚀性能。随着现代化工业中工件服役环境日趋复杂,对制备性能优异的WC基涂层要求越来越高。在热喷涂技术中,热喷涂大气等离子热喷涂(APS) 喷涂温度范围广,可以提高至数万温度,在喷涂难容材料方面具有无与伦比的优势,而超音速火焰喷涂(HVOF)由于具有较高的焰流速度,粒子动能较高,同时由于喷涂过程中N2等冷却喷涂材料,近来在涂层制备中具有广泛的应用。本文利用APS与HVOF两种热喷涂方法在45钢表面制备WC-10Co-4Cr、WC-17Co两种涂层,对不同方式制备的涂层截面硬度、金相组织、与基体结合能力、涂层脱碳情况进行分析。结果表明：HVOF 涂层在喷涂中粒子未充分熔化,但粒子动能较高,表面相比于APS喷涂方式更加平整,与基体的结合性能好于APS制备的涂层。通过HVOF制备的两种涂层的孔隙率均低于APS制备的涂层,其中HVOF 制备的WC-17Co具有最小的孔隙率(0.65%)。此外,HVOF涂层的硬度均高于APS制备的涂层,由于具有较少的粘结相,通过HVOF制备的WC-10Co-4Cr涂层具有最高的截面硬度。相比于HVOF,APS具有较高的喷涂温度和较低的焰流速度导致涂层在喷涂过程中氧化脱碳现象较为严重,出现大量的W2C及少量的Co3W3C、Co6W6C等脆性η相。因此,HVOF更适合于喷涂WC-10Co-4Cr、WC-17Co两种涂层。     

煤粉炉联产Q相水泥熟料试验研究

以低硫兖州煤和高硫长广煤为试验煤种,在两段多相反应实验台上开展联产Q相水泥熟料试验,并对试验获得的熟料样品进行XRD、SEM和EDS图谱分析.联产试验结果表明,2种试验煤种均可联产Q相水泥熟料,煤粉炉联产Q相水泥熟料方案适应硫分质量分数不同的煤种;与联产贝利特水泥熟料不同,兖州煤联产Q相水泥熟料矿物主要由2CaO·SiO₂、Q相、2CaO·Al₂O₃、12CaO·7Al₂O₃和4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃组成,熟料矿物组成结构合理,熟料中早强、高强Q相矿物的质量分数为32.1%,弥补了贝利特水泥熟料中早强、高强矿物的缺失;与联产硫铝酸盐水泥熟料相比,长广煤联产Q相水泥熟料矿物主要由2CaO·SiO₂、Q相、3CaO·3Al₂O₃·CaSO₄和4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃组成,熟料中非活性矿物2CaO·Al₂O₃·SiO₂消失,代之以水化性能良好的Q相矿物,熟料矿物组成结构得到调整和优化     

石墨表面(HfTa)B2-SiC-Si复合涂层抗烧蚀性能研究

为了提高石墨的抗烧蚀性能,采用料浆法结合反应熔渗Si在石墨表面制备抗烧蚀超高温(HfTa)B₂-SiC-Si复合涂层,运用XRD、SEM和EDS研究复合涂层的相组成、微观形貌和元素分布,考察涂层在等离子火焰下的长时抗烧蚀性能.结果表明：(HfTa)B₂-SiC-Si涂层结构致密,表面无裂纹,(HfTa)B₂固溶体均匀分散在涂层中;该涂层在2350℃等离子火焰下烧蚀2280 s后,厚度无明显变化,质量烧蚀率仅为6.14μg/s.(HfTa)B₂-SiC-Si涂层优异的抗烧蚀性能主要归因于复相涂层的致密结构及其表面生成了含有HfO₂、Ta₂O₅高温氧化物的Hf-Ta-Si-O复相玻璃层,有效阻碍了高温氧的扩散与腐蚀.     

电弧喷涂制备铝基非晶纳米晶合金材料

采用高速电弧喷涂技术,制备了铝基非晶纳米晶复合涂层材料.经XRD、TEM分析发现,铝基非晶纳米晶复合涂层是由非晶相、纳米晶相和晶化相共同组成的;涂层呈明显层状结构,层与层之间结合良好;涂层结构致密,无明显裂纹和孔隙,孔隙率约为1.8%;涂层的平均显微硬度值约为311 HV100,已达到传统制备工艺获得的铝基非晶合金的显微硬度值.