喷涂工艺参数对等离子喷涂 CoCrAlTaY-Al2O3涂层的微观组织结构和力学性能的影响

为提高连续退火炉高温炉辊的表面质量,采用大气等离子喷涂技术制备了CoCrAlTaY-30%Al_2O_3涂层,研究了喷涂工艺参数对涂层微观组织结构、相组成和力学性能的影响。结果表明:等离子喷涂CoCrAlTaY-Al_2O_3涂层中两种典型组织Al_2O_3相和合金相交互存在并分散较均匀,涂层主要由Co合金、α-Al_2O_3、γ-Al_2O_3物相组成;喷涂功率、喷涂距离和主气流量均对涂层的微观组织和物相无明显影响;随着喷涂功率的提高,粉末粒子的熔化效果变好、孔隙率降低,在40 kW喷涂功率下,涂层的硬度最高,此时结合强度达到68 MPa;在80～140 mm喷涂距离范围内,粉末大部分已熔化,有少量的未熔颗粒存在,在喷涂距离为120 mm时涂层表面光滑致密,孔隙率较低,结合强度最大为78.6 MPa;主气流量为40L/min时,涂层的孔隙率最小而结合强度最大。等离子喷涂CoCrAlTaY-Al_2O_3涂层的最优工艺参数为喷涂功率40 kW、喷涂距离120 mm、主气流量40 L/min,得到的涂层孔隙率为3.689%、硬度为HV_(0.3) 664.9、拉伸强度78.6 MPa。     

喷涂参数对内送粉等离子喷枪制备YSZ涂层微观结构和性能的影响

为了进一步提高大气等离子喷涂YSZ热障涂层性能并降低其成产成本,开发了内送粉等离子喷枪.本文采用Spray Watch 2i在线监测系统测量了YSZ粉末粒子温度和飞行速度,采用实验室手段表征了涂层的微观结构、结合强度、弯曲性能和抗热震性能.研究结果表明,内送粉方式下喷涂距离对涂层微观结构和性能的影响规律与外送粉相似,而电流和主气流量表现出了独特的作用效果：随电流的增大,涂层综合性能先增加后降低,高电流下制备的涂层结合强度较低;在30～50 L/min范围内,增大主气流量可显著提高涂层结合强度.与外送粉最优参数制备YSZ涂层相比,内送粉时的功率消耗大幅降低,但粒子熔化效果明显增强,相同送粉速率下粉末沉积效率略有增加,涂层热循环寿命有所提高.     

等离子喷涂Mo包覆Ni20Cr自粘结粉末制备的粘结层结合性能

针对如何提升金属粘结层结合强度的问题,本研究提出了使用Mo包覆Ni20Cr复合粉末作为新型粘结层材料的方法。高熔点Mo包覆层可以减少喷涂过程中核芯元素的蒸发,在大气等离子喷涂条件下获得超高温熔滴,有助于涂层与基体以及涂层内部实现冶金结合。采用机械合金化法制备了Mo包覆Ni20Cr复合粉末,并在大气等离子喷涂条件下制备涂层考察其结合强度。通过一维传热模型预测了镍基合金熔滴碰撞在镍基合金、奥氏体不锈钢和低碳钢基体上实现铺展熔合冶金自结合所需要的温度,采用DPV-2000测试系统对粒子飞行过程中的温度进行测量,使用扫描电子显微镜(SEM)对涂层的微观结构进行了表征。粒子温度测量结果表明,在大气等离子喷涂条件下,Ni20Cr-Mo熔滴可加热至2620℃以上,满足碰撞铺展过程中引起基体表面熔化而产生冶金结合的温度条件。涂层结合强度拉伸试验中所有试样都从胶中断裂,涂层结合强度大于76.1 MPa。组织观察结果表明涂层组织结构致密,不仅大量粒子层界面间产生了冶金结合,涂层与基体界面处也观察到一定深度的熔坑,表明涂层与基体以及涂层层间界面均实现了冶金结合,由此显著提高了结合强度。     

喷涂工艺参数对铝硅氮化硼封严涂层组织及性能的影响

采用大气等离子喷涂方法制备了铝硅氮化硼封严涂层,通过对涂层显微结构、硬度、结合强度和飞行粒子状态的研究,分析了喷涂工艺参数(功率22～34kW、送粉量30～50g/min及喷涂距离90～150mm)的变化对涂层组织和性能的影响规律。研究结果表明:随着功率的增加,飞行粒子温度和速度均增加,涂层的孔隙率和BN含量降低,硬度和结合强度提高;随送粉量增加,粒子温度和速度均减小,涂层孔隙率和BN含量增加,硬度和结合强度降低;随着喷涂距离的增加,粒子飞行速度降低的影响大于温度升高的影响,导致涂层孔隙率和BN含量提高,硬度和结合强度降低。     

内送粉等离子喷涂枪的研究与应用现状

内送粉等离子喷涂枪将难熔粉末送入喷枪内部的高温区,增强了粉末的熔化效果,可制备出高质量的涂层,同时获得较高的粉末沉积效率。本文总结了等离子喷涂枪内、外送粉方式的特点,综述了国内外典型内送粉等离子喷涂枪的研究与应用现状。     

基于正交实验设计方法的APS喷涂Al_2O_3涂层性能的研究

采用正交实验方法研究了大气等离子喷涂工艺参数主气流量、喷涂功率和送粉量对Al2O3陶瓷涂层结合强度和显微硬度的影响,通过X射线衍射仪和扫描电子显微镜研究了粉末和涂层的组织结构,采用WDW-50微机控制电子万能试验机、HV-1000维氏硬度计测量了涂层的结合强度、截面硬度,结合涂层组织结构并应用极差和方差分析方法对实验结果进行了分析,得到了优化后的工艺参数。结果表明,涂层由熔融和未熔融区域混合而成,截面形貌凹凸咬合,以机械结合为主。影响大气等离子喷涂Al2O3涂层性能工艺参数的主次顺序依次为:喷涂功率、主气流量、送粉量,随着功率和主气流量的升高,涂层的结合强度和硬度均出现先增加后降低的趋势。大气等离子喷涂Al_2O_3最优工艺参数为喷涂功率44KW,主气流量40L/min,送粉量40g/min,制备的涂层结合强度52MPa,显微硬度1219.4HV0.3,孔隙率值为4.00%。     

HVOF喷涂CoCrW涂层的工艺参数优化及涂层显微组织对结合强度的影响

采用4因素3水平正交试验方法优化CoCrW涂层的HVOF喷涂工艺参数,以涂层显微组织评分为指标进行分析,并测试了最佳参数下涂层与基体的结合强度。结果表明:在氧气流量、煤油流量、送粉速率和喷涂距离分别取897 L/min、22 L/h、66 g/min、340 mm时,可得到理想的涂层组织状态,此时涂层与基体的结合强度为69.7 MPa。分析认为,HVOF喷涂工艺中,高速运动的粒子撞击基体产生喷丸效应,同时在很短的时间内动能转化为热能,使得熔融粒子在界面处产生二次塑化,有利于熔滴的快速铺展,增强了涂层的致密性,提高了涂层与基体的结合强度。     

高能等离子喷涂TBCs热循环失效机理研究

本文研究了高能等离子喷涂和大气等离子喷涂两种工艺中粉末束流的特点,并采用两种喷涂工艺制备YSZ涂层,通过观察涂层在热循环条件下的微观组织变化,探讨了高能等离子喷涂YSZ涂层的热循环失效机理。结果表明,采用高能等离子喷涂工艺时,粉末粒子的速度可达430m/s,而采用常规大气等离子喷涂时,其速度仅为275m/s;采用高能等离子喷涂工艺制备的YSZ涂层的结合强度可大于60MPa,而大气等离子喷涂的YSZ涂层的结合强度为45MPa;与大气等离子喷涂相比,高能等离子喷涂工艺制备的YSZ涂层的热循环寿命可提高20%;在热循环过程中涂层内可形成垂直裂纹,但两种涂层的热循环失效方式相似。     

喷涂工艺及其粒子状态对涂层结合强度的影响

热喷涂涂层结合强度是评价涂层质量、满足使用要求的关键指标之一,针对电弧喷涂涂层结合强度较低的问题,以典型Ni Al材料为研究对象,从喷涂工艺和粒子状态方面探讨了其对涂层结合强度的影响。研究结果表明,随着喷涂距离在一定范围内增加,粒子飞行温度和速度相差不大,但涂层界面氧化明显加剧,弱化了变形粒子的结合能力,使得涂层平均结合强度从39.8MPa下降到28.9MPa,此时粒子氧化程度的加剧是导致涂层结合强度降低的主要因素。采用氮气雾化保护后,粒子氧化得到有效控制,但雾化粒子尺寸明显增大,同时飞行粒子的平均温度和速度大幅下降,严重降低了粒子的铺展变形能力,使得涂层平均结合强度由33.2MPa下降到23.8MPa,此时粒子扁平率减小是导致涂层结合强度下降的主要原因。     

HVAF喷涂铁基非晶涂层工艺优化

铁基非晶材料具有优异的耐蚀性和耐磨性,空气/丙烷超音速火焰喷涂(HVAF)技术制备铁基非晶涂层近年来引起了广泛关注。由于铁基非晶粉在高温下粘度较大,很容易造成喷枪堵塞,制约了该技术的工程应用。通过在铁基非晶粉末中掺入10 wt.%～20 wt.%的180目白刚玉砂,缓解喷枪堵塞、改善涂层的喷涂稳定性。研究了白刚玉含量、喷涂气体压力、送粉速率、喷涂距离等对涂层沉积效率、抗拉结合强度、孔隙率及粘枪情况的影响规律。结果表明,Fe基粉/白刚玉复合粉喷涂可以实现20 min以上的稳定喷涂,且制备的涂层结合强度达到40 MPa以上,涂层孔隙率<1%,涂层粘枪情况得到显著改善。优化出了适用于铁基非晶粉HVAF喷涂的工艺方法,能够指导该技术的推广应用。     

粒子飞行速度对热障涂层结构和性能影响

采用常规等离子喷涂（APS）和超音速等离子喷涂（SAPS）两种工艺制备了热障涂层,研究表明：两种等离子射流中粒子表面温度相近,SAPS工艺中粒子飞行速度达到430m/s,比APS工艺（200m/s）粒子飞行速度提高1倍。由于SAPS工艺中等离子射流速度高,熔融粒子在等离子射流中产生雾化形成尺寸较小粒子,伴随粒子撞击基体的速度提高,增加了熔融粒子撞击基体能量,在基体上形成厚度薄和飞溅少的＂板条＂,加强了＂板条＂与基体或＂板条＂与＂板条＂间结合,消除了APS工艺制备的热障涂层中典型层状结构,使热障涂层结合强度和抗热震性能分别提高40%和1倍。     

用烧结型粉末喷涂的镍铬-碳化铬耐磨涂层

镍铬-碳化铬涂层是航空发动机常用的高温耐磨涂层之一。本研究通过优化大气等离子喷涂工艺,用烧结型粉末制备了镍铬-碳化铬涂层。涂层显微组织均匀,氧化物弥散分布、孔洞及未熔颗粒较小。Cr3C2-30%NiCr涂层的拉伸结合强度不小于40MPa,显著高于Metco81VF-NS粉末喷涂的涂层,用两种粉末喷涂涂层的表面洛氏硬度及耐砂粒冲蚀性能相近。Cr3C2-30%NiCr涂层性能符合设计要求,喷涂工艺现已被用于某型号发动机的前轴承机匣零部件的喷涂生产。     

可磨耗封严涂层粉料,喷涂工艺及基本性能的研究

分析了几种中温可磨耗封严涂料层粉料的特性,并改变喷涂工艺制得不同硬度的涂层,分析了涂层的组织和相结构,探讨了粉料和喷涂工艺对组织结构和基本性能的影响。研究结果表明,国产３０７涂层粉料颗粒较粗,包覆不理想,涂层组织疏松,硬度偏低。国产３１０粉料细小,使硬度高出Ｍｅｔｃｏ所要求的硬度范围;从硬度方面考核,国产３１３、６０１涂层粉料尚可。对试验的几种封严涂层,火焰喷涂通过改变工艺参数容易调整涂层硬度,等     

纳米氧化锆热障涂层完整性研究

分别采用超音速火焰喷涂技术(HVOF)与大气等离子喷涂技术(APS)喷涂NiCrAlY粘结底层, APS喷涂纳米氧化锆的方法获得了两种热障涂层(涂层A与B),并评估了热震试验前后涂层的完整性。试验结果表明:二者热震前,完整性基本相当,涂层结合强度为(55±5)MPa;但是经过热震试验后,涂层A具有更好的完整性。     

等离子喷涂纳米ZrO2热障涂层的耐盐雾腐蚀性能

对大气等离子喷涂技术制备的纳米ZrO2热障涂层进行盐雾试验,采用金相显微镜、X射线衍射仪、拉伸试验机等对试验前后涂层组织及性能进行了研究。结果表明,纳米ZrO2热障涂层具有优异的耐盐雾腐蚀能力,盐雾腐蚀对涂层的显微组织、相结构、结合强度、剪切强度和耐湿热环境能力均无明显影响。盐雾腐蚀前后纳米ZrO2陶瓷面层均由t-ZrO2单相组成,其孔隙率分别为13.1%和12.6%,平均结合强度分别达到47.9MPa和48.7MPa。湿热试验后涂层完整、表面清洁,无新相生成。     

工艺参数对电弧喷涂NiAl涂层结合强度的影响

以涂层结合强度为判据,采用Ni-Al丝材和PARXAIR-9935电弧喷涂系统制备镍基涂层,通过正交试验对电弧喷涂NiAl合金工艺进行了优化。利用在线检测系统对焰流的强度、粒子的速度和温度进行检测,通过金相显微镜、扫描电镜、能谱仪等手段对涂层和断口形貌进行分析。结果表明,喷涂电流、喷涂电压、雾化空气压力、喷涂距离对NiAl合金涂层结合强度具有不同程度的影响,确定优化后的工艺参数为喷涂电流150A,喷涂电压27V,雾化空气压力0.6MPa,喷涂距离150mm。在优化工艺参数条件下,电弧喷涂NiAl合金涂层组织呈现出典型的层状结构;并且随着涂层厚度的增加,结合强度呈线性下降,其最大结合强度可达39.8MPa。     

制备工艺方法对 NiCrFeMo 涂层组织和性能影响研究

采用等离子喷涂、 超音速火焰喷涂和冷喷涂工艺制备了 NiCrFeMo 涂层, 并对涂层的金相性能、 不同基体 材料下涂层的结合性能、 不同温度下涂层的耐磨性能进行了检测。 实验结果表明： 采用冷喷涂工艺制备的涂层孔 隙率最低, 对应涂层的结合强度最高, 但冷喷涂工艺制备的涂层对基体材料较为敏感, 而超音速火焰喷涂和等离 子喷涂受基体材料影响不大。 在室温下, 冷喷涂涂层显示出较优的耐磨性能, 在高温下超音速火焰喷涂涂层显示 出较优的耐磨性能。     

基于激光重熔的纳米陶瓷颗粒改性喷涂层的耐磨性研究

介绍了基于激光重熔技术的纳米陶瓷颗粒改性热喷涂耐磨涂层复合加工方法.以SiC纳米颗粒和WC-Co及Al2O3-TiO2热喷涂涂层为研究对象,进行了涂层改性加工试验.使用扫描电镜分析了纳米颗粒改性重熔涂层微观组织结构,并分别对热喷涂涂层、激光重熔喷涂涂层和纳米颗粒改性涂层进行了耐磨性测试.结果表明:SiC纳米颗粒能有效改善热喷涂涂层组织,并能显著提高涂层耐磨损性能.     

等离子喷涂FeCrMoSnPBSiC非晶合金涂层的结构和性能

 将软磁非晶合金FeCrMoSnPBSiC粉末作为喷涂材料,用大气等离子喷涂法在Q235钢板表面制备非晶态合金涂层。结果表明,该非晶态合金涂层组织致密均匀,具有较高的硬度,平均显微硬度为HV01 644,涂层与基材结合强度超过25 MPa,而且涂层具有较高的热稳定性和较好的耐腐蚀性能,起始晶化温度约516 ℃,在5%NaCl溶液中具有钝化作用。