含TiB2陶瓷相热喷涂涂层的研究进展

TiB2具有高耐磨、高耐腐蚀、耐高温、抗氧化等优异性能,但由于高脆性和材料制备的困难性,使其用作结构材料还很难.通过各种工艺制备含有TiB2陶瓷相的涂层既可充分发挥材料的优异特性,满足工件所需的耐磨耐高温耐腐蚀等性能,又节省了材料节约了成本.本研究介绍了先进陶瓷材料TiB2的主要结构性能以及目前制备TiB2涂层的主要方法,着重介绍了有关国内外热喷涂法制备含TiB2陶瓷相涂层的研究进展和成果,并对不同热喷涂工艺的特点与发展趋势做了分析和讨论,最后阐述了TiB2涂层的成功应用情况及其广阔的发展前景.     

热喷涂制备纳米涂层的研究进展

介绍了热喷涂制备纳米涂层的方法,主要是间接喷涂法和直接喷涂法.并简要介绍了国内外研究动态和水平,分析了热喷涂制备纳米涂层所面临的一些难题及现有的解决方法和措施,展望了热喷涂技术在未来制备纳米涂层方面的发展.     

热喷涂制备吸波涂层的研究进展

主要介绍了当前国内外热喷涂制备雷达吸波涂层的研究进展。重点讨论了碳化硅型吸波涂层、碳系吸波涂层和铁氧体吸波涂层的制备状况,分析比较了各材料体系的优缺点和适应性,为后续开展研究工作提供依据。同时指出了热喷涂制备吸波涂层所面临的问题,并提出扩大喷涂材料体系,在涂层厚度、结合强度和吸波效率中寻找一个平衡点,制备出优质、高效的吸波涂层是今后的发展方向。     

热喷涂涂层缺陷形成机理与组织结构调控研究概述

热喷涂技术是再制造工程的关键支撑技术之一,在高端装备零部件防磨抗蚀方面发挥着重要作用,是延长损伤零部件服役寿命的重要手段。热喷涂技术主要应用于装备零部件的表面防护、尺寸恢复和增材制造,在航空航天、燃气轮机、石油化工、交通运输等领域具有广阔的应用前景和发展空间。然而,随着复杂工况条件下高端装备对涂层性能要求的不断提高以及其他表面技术的蓬勃发展,热喷涂技术面临着提高涂层质量和性能的挑战。就涂层可靠性而言,由于热喷涂涂层层间结合有限、内部缺陷复杂,导致热喷涂涂层,特别是敏感材料的涂层质量通常不稳定,涂层抗拉、抗扭以及抗剪切性能较差,无法应用于高速、重载等环境。因此,阐明热喷涂涂层的缺陷形成机理,发展热喷涂涂层组织结构调控的新方法是近期热喷涂领域的研究热点和重要方向。国内外众多学者通过多年深入研究,采用SEM、TEM、MIP、XMT等手段表征了热喷涂涂层内部缺陷的形成机制与分布规律,建立了涂层微观结构参量与涂层重要力学指标间的映射关系模型,证实了涂层内部固有微观缺陷是限制涂层性能提升的关键症结。为突破制约涂层性能提升的瓶颈,研究者们致力于热喷涂涂层后处理理论及工艺研究,从组织结构调控的角度出发,改善涂层的性能。目前所采用的后处理方法主要包括重熔处理、退火处理、热等静压、喷丸和滚压强化等,有力地消除或减少了涂层内部的贯通孔隙,提高了粒子间的边界融合,改善了涂层内部残余应力的分布状况,提升了涂层的力学性能、耐磨损及抗腐蚀性能。但是从实际应用的角度考虑,目前采用的后处理方法的处理温度通常较高,装备零部件长时间处于高温处理环境,可能会使涂层或基体材料的组织劣化,失去组织结构调控的意义。所以,现有热喷涂涂层组织结构调控方法的应用范围有限,针对热喷涂涂层的孔隙、裂纹等缺陷的改善尚无万全之策,仍需研究和发展涂层组织结构调控的新理论、新方法。高密度脉冲电流处理是一种对材料的极端非平衡处理过程,国内外学者在电致塑性、电致损伤愈合、电致晶粒细化等方面做了大量研究工作,并取得了丰硕的成果。从理论上讲,对于非均质的热喷涂涂层而言,由组织结构取向差异造成的内部电流场分布不均,在缺陷或夹杂周围会发生绕流集中现象,在脉冲电流的电、热、力效应耦合作用下有望提高涂层的均一性和致密性,实现涂层组织结构的调控和使役性能的改善。本文归纳了热喷涂涂层制备技术的优缺点、涂层缺陷形成机理及其对性能的影响规律,分析了现有涂层组织结构调控方法的利弊,介绍了脉冲电流在金属材料中的电、热、力效应,总结并分析了高密度脉冲电流处理方法在实现非均质热喷涂涂层组织结构调控和性能提升方面的理论可行性,并进行了初步实验验证,以期为丰富热喷涂涂层后处理方法、拓展热喷涂技术的应用领域提供参考。     

纳米锐钛矿相二氧化钛中的晶格畸变

借助精确的X射线衍射(XRD)测量,对不同晶粒度纳米锐钛矿相二氧化钛(n-A-TiO2)样品的晶粒微结构进行了细致研究,给出了标明晶面指数(hkl)和晶面间距dhkl值的系列XRD谱,并得到了晶面间距、晶格常数、轴比、晶胞体积等参数数值及其相对常规粗晶的变化情况,从而初步揭示出该样品晶粒微结构的尺寸效应.作者首次发现,纳米锐钛矿相二氧化钛样品中存在着非单调的备向异性晶格畸变.     

利用TiOSO4液相反应制备透明锐钛矿相二氧化钛溶胶

以TiOSO4水溶液为前驱体,NH3·H2O为沉淀剂,聚乙二醇400(PEG400)为分散剂,在60～80℃下均相沉淀与结晶,制备出透明锐钛矿相二氧化钛溶胶.利用XRD和TEM表征了粉体的晶体结构和形貌.研究了制备过程中溶液中H /Ti摩尔比、表面活性剂、晶化温度和时间对TiO2溶胶颗粒尺寸的影响.结果表明:当溶液中H /Ti摩尔比为5,晶化温度为70℃,分散剂质量分数为2.5%时,得到的二氧化钛晶粒尺寸在10～20nm之间.聚乙二醇400的加入有效抑制了晶化过程中晶粒的长大.     

金属掺杂锐钛矿相TiO_2的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的从头算平面波超软赝势方法,计算了纯锐钛矿相TiO2及5种不同金属掺杂TiO2的晶格常数、能带结构、态密度与光吸收系数。结果表明,掺杂后能级的变化主要是过渡金属Co3d、Fe3d、Zr4d、Zr4p、V3p、V3d、W5d及W5p轨道的贡献。随着Co、Fe、V掺杂浓度的增加,禁带宽度呈减小趋势;Zr掺杂对能带结构几乎不产生影响;W掺杂能级远离禁带,只对价带构成产生了影响。金属掺杂使禁带宽度变化或出现新杂质能级,导致了TiO2吸收边沿红移或在可见光区域出现新的吸收峰;其中Co、Fe掺杂的吸收边沿明显红移,而W掺杂时在可见光区域出现较强的吸收峰。     

热喷涂生物陶瓷涂层的研究进展

采用热喷涂技术在金属(合金)基材表面制备的生物陶瓷涂层, 兼具金属材料较高力学强度和陶瓷材料优良生物学性能, 作为骨植入材料的研究和应用备受关注。本文介绍骨植入涂层材料的研究概况, 重点阐述热喷涂羟基磷灰石(HA)涂层的研究现状, 并概述新型生物活性硅酸钙陶瓷涂层的研究进展。     

液相反应制备纳米锐钛矿相二氧化钛

采用醇盐的乙醇溶液,在７０℃下水解与结晶分步进行,制备了纳米锐钛矿相二氧化钛胶体及粉体．以ＸＲＤ、ＢＥＴ、ＴＥＭ、ＨＲＥＭ、ＴＧ－ＤＴＡ等方法对胶体及粉体进行了表征．高分辨透射电子显微镜分析表明,所得胶体中二氧化钛晶形发育完整,２２０℃处理后粒子平均粒径为９ｎｍ,比表面积 １７１ｍ^２／ｇ．     

热喷涂涂层的重熔技术

为了改善热喷涂涂层的使用性能,研究了涂层重熔技术,综述了近年来出现的各种涂层重熔处理新工艺。     

热喷涂金属陶瓷复合涂层研究进展

从喷涂方法、粉末特性和工艺参数三个方面介绍了金属陶瓷复合涂层制备、组织结构及综合性能的最新研究进展.同时认为这三个方面综合控制着热喷涂过程中陶瓷相的分解、氧化以及复合粉末的沉积行为,并由此对复合涂层的组织结构、力学性能和摩擦磨损性能具有重要影响.在此基础上,选择合适的喷涂方法和复合粉末,优化喷涂工艺是获得优良性能的金属...     

防晒用有机-无机纳米TiO_2复合材料的制备及表征

以纯锐钛矿型纳米二氧化钛粉体为原料,采用无机包膜和有机包覆改性方法,制备一种高透明度和高效屏蔽紫外线的有机-无机纳米TiO2复合材料;通过透射电镜、X射线衍射、紫外-可见分光光度法等技术表征纳米复合材料的粒径、形貌、晶型、屏蔽紫外线性能和透明度;同时分析改性过程中有关无机包膜和有机包覆效果的影响因素。结果表明,该产品应用于防晒剂时,在包覆完整性、屏蔽紫外线性能和透明度等方面都超越了市售同类产品。     

基于第一性原理的Fe掺杂锐钛矿型TiO2(001)表面光催化性研究

基于密度泛函理论的第一性原理对不同掺杂方式和不同含Fe量的Fe/TiO_2(001)禁带宽度及C6H6分子在其表面不同位置的吸附能进行了研究。Fe原子掺杂纳米TiO_2的能带结构和态密度计算表明,表面间隙掺杂比替位掺杂更利于减小TiO_2的禁带宽度,且当掺杂浓度为6.122%时,相比纯TiO_2的禁带宽度减小幅度最大可达59.3%。通过吸附能的比较得出了苯分子在TiO_2(001)表面以水平吸附为主,在研究浓度范围内,随Fe原子掺杂浓度的增加,吸附能并不像带隙一样呈减小的趋势,而是当Fe原子掺杂浓度为4.167%时,吸附能的涨幅最大为63.2%。     

热喷涂纳米结构涂层技术的研究进展

与传统材料的热喷涂涂层相比,纳米结构涂层在力学和摩擦学等方面的性能有了一定的提高.作者综述了国内外在应用热喷涂技术制备纳米结构涂层方面的研究进展.介绍了纳米结构喂料的制备、热喷涂纳米结构涂层的构筑方法、涂层的特殊性能以及应用情况.从目前国内外的情况来看,热喷涂纳米结构涂层技术的研究取得了较大的进展.随着技术、工艺的不断完善,其必将在很多领域取代传统的涂层.     

Deformation Behavior of Nanostructured Ceramic Coatings Deposited by Thermal Plasma Spray

Al2O3-13 wt pet TiO2 coating deposited by direct current plasma spray consists of nanostructured region and micro-lamellae. Bend test shows that the ceramic coating can sustain some deformation without sudden failure. The deformation is achieved through the movement of nano-particles in the nanostructured region under tensile stress.     

热处理对TiO2薄膜制备及亲水性的影响

采用廉价的TiCl_4为前驱体水解合成TiO_2水溶胶,利用辊涂装置镀膜并通过热处理制得了一系列TiO_2薄膜。运用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外-可见光谱(UV-Vis)、光致发光谱(PL)对TiO_2薄膜进行了表征,并采用接触角测量仪考察了热处理温度、避光保存时间、UV光照时间对各薄膜亲水性的影响。结果表明,制得的薄膜不影响玻璃基材的可见光透过率;通过热处理,能有效增强薄膜对可见光的吸收能力,显著抑制光生电子和空穴的复合;当热处理温度为450℃时,TiO_2薄膜表现出了最好的亲水性,其薄膜与水的接触角达到0°。     

热喷涂液相合成粉末的雾化喷嘴设计

为了形成尺寸基本一致且在空间呈均匀分布的雾滴,以利于制备均匀性好、粒径分布窄的纳米颗粒,通过对单相流和两相流雾化喷嘴的对比,以及液滴的雾化过程分析,根据相关实验结果和经验公式,设计出了用于热喷涂液相合成粉末的雾化喷嘴,其雾化气输送管径为0.2mm,液料输送管径为2.0mm,二者夹角为90°。此雾化喷嘴在等离子喷涂制备TiO2纳米颗粒的实验中得到了成功应用。     

Thermal optical properties of TiO2 films

A fibre optic experimental arrangement was used to determine the thermo-optic coefficient (dn/dT) of electron beam deposited titanium dioxide coatings on the cleaved end faces of multimode optical fibres for a wavelength range between 600 and 1050 nm. The temperature-induced change in the index of refraction (n) and extinction coefficient (k) were successfully determined from reflection spectra. Measurements of n and k at various wavelengths for different temperatures enabled the determination of dn/dT and dk/dT. It was found that dn/dT takes different values at different temperature ranges. For example, at 800 nm, dn/dT was (−1.77±0.7)×10⁻⁴ K⁻¹, between 18°C and 120°C, and took a value of (−3.04±0.7)×10⁻⁴ K⁻¹ between 220°C and 325°C.     

等离子喷涂ZrO2涂层显微结构表征和热导率分析（英文）

利用大气等离子喷涂制备了ZrO2涂层,采用扫描电子显微镜结合图像分析的方法对涂层的显微结构特征(总气孔率和大气率)进行了量化表征.同时利用扫描电子显微镜附带X射线扫描成像对涂层内部的微裂纹和大的分隔裂纹的三维分布进行了表征.据此建立了ZrO2涂层显微结构与热导率之间的关系.室温下,涂层N2的热导率较N1的低,因为涂层N2内气孔和微裂纹数较多;在1000℃,由于微裂纹的烧结作用导致热导率增大,所以涂层N2的热导率较N1反而高.高温下,涂层内由微裂纹汇聚而形成的大的分隔裂纹的存在则可以有效地抑制烧结,降低涂层的热导率.