超音速电弧喷涂制备镍钛涂层的空蚀性能

以1Cr18Ni9Ti为基体,采用超音速电弧喷涂技术制备NiTi涂层,通过扫描电镜、X射线衍射研究了涂层的性能,并用超声波伸缩振动空蚀试验机进行了空蚀试验。结果表明,超音速电弧喷涂NiTi涂层中产生了孔隙和NiO、TiO氧化物相,降低了NiTi的超弹性,使NiTi涂层的抗空蚀性能下降。     

超音速等离子喷涂制备金属陶瓷涂层的抗冲蚀性能

通过高效能超音速等离子喷涂(SAPS)制备WC-Co及WC-Ni Cr金属陶瓷涂层,对比研究了2种涂层的抗冲蚀性能及在热腐蚀条件下的结构和性能演变。结果表明:2种涂层在喷涂过程中均会发生一定程度的脱碳,表现为W_2C相的形成;同时在WC-Co涂层中有少量的Co_3W_3C和Co_6W_6C相生成,且该涂层在热腐蚀后表层的WC相出现了分解与氧化,形成了W_3C、W_6C_(2.54)等脱碳相与CoWO_4、WO_3等氧化物相。在普通冲蚀条件下,WC-Co涂层的抗冲蚀性能更为优异,但热腐蚀会极大降低WC-Co涂层的抗冲蚀性能;与之相反,WC-NiCr涂层中的NiCr相在热腐蚀环境下生成的Cr_2O_3可以有效阻挡涂层内部与外部之间的物质扩散,从而降低了热腐蚀对涂层结构的破坏,在热腐蚀条件下表现出了优良的抗冲蚀性能。     

超音速等离子喷涂Mo涂层的载流摩擦磨损性能

采用超音速等离子喷涂技术在45CrNiMoVA钢表面制备Mo涂层，利用场发射扫描显微镜（SEM）、X射线能谱分析仪（EDS）观测涂层显微形貌与组织成分，分析了载流摩擦中的电接触模型及电弧成因，利用滑动式摩擦试验机研究了电流强度对涂层粗糙度、表面温升及摩擦磨损性能的影响。结果表明：制备的Mo涂层组织致密、氧化程度低，与基体结合方式为“机械铆合”；随电流增加，摩擦副间电弧能量急剧升高，起弧率与表面粗糙度先降低，后上升。其中收缩电阻和微电容产生的自感电动势促进了电弧形成；摩擦副表面的温升由摩擦热、焦耳热、电弧热共同决定，与电流强度呈正相关；摩擦因数受表面粗糙度、材料剪切强度、表面膜等因素共同影响，随电流增加呈下降趋势。此外，载流条件下会出现黏着磨损、氧化磨损、电弧烧蚀等磨损，加剧了涂层剥落与磨粒磨损，但形成的摩擦膜可以有效保护涂层，降低磨损率。     

含碳化物陶瓷粉芯丝材电弧喷涂层的结构和性能

分别将WC、TiC、Cr3C2等碳化物陶瓷粉末与304不锈钢带轧制成3种粉芯丝材,采用电弧喷涂技术在Q235钢基体上制备铁基复合涂层.利用光学显微镜、SEM、XRD对3种涂层的形貌、相组成和磨损表面进行分析,并用湿砂橡胶轮磨损试验机(MLS-225)测试了涂层的抗磨粒磨损性能.结果表明,碳化物陶瓷粉末的加入使涂层的硬度和耐磨性显著提高,涂层的平均显微硬度值高达1100～1200 HV0.1.在本试验条件下,铁基复合涂层的耐磨性比Q235钢高6～18倍.塑性微切削和脆性剥落为涂层的主要磨粒磨损形式.     

滑动频率对超音速等离子喷涂Mo涂层载流摩擦磨损性能的影响

目的 提高45NiCrMoVA钢的高频载流摩擦磨损性能。方法 采用超音速等离子喷涂技术在表面制备Mo涂层,通过红外热成像仪、高速摄像机记录载流摩擦实验中的温度分布、起弧率和电弧形貌。采用载流摩擦磨损试验机、三维形貌仪测算涂层的摩擦系数、稳定性系数、磨痕轮廓和磨损率。利用场发射扫描显微镜、X射线能谱分析仪、X射线衍射仪对磨痕、磨屑进行分析。结果 当滑动频率由5 Hz提升至20 Hz时,起弧率由1.13%提升至8.24%,造成的电弧烧蚀区面积逐渐扩大。载流摩擦过程中表面的温度变化明显受滑动频率与实验时间的影响,各组均在300 s时达到最高温度,范围为63.3~91.7 ℃。随滑动频率的增加,涂层的摩擦系数及稳定性系数呈先下降后上升趋势,15 Hz时,两者值达到最小,为0.337（平均摩擦系数）和1.443。磨损率同样随滑动频率的增加呈先下降后上升趋势,10 Hz时达到最小,为66.6×104 μm3/(N?m);当频率大于15 Hz时,磨痕深度、宽度大幅增加。结论 摩擦膜可以降低摩擦副间的粘着倾向,提高运动稳定性,其形成与破裂受表面温度、材料屈服强度等多方面因素的影响,是导致摩擦系数变化的主要原因。载流摩擦除机械损耗外,还存在电气损耗及电气-机械共同损耗。高频率下,电弧烧蚀现象明显,同时加剧了粘着磨损、氧化磨损、层片剥落及磨粒磨损,导致磨损率较高。     

低温超音速喷涂原态沉积高铝青铜涂层的耐腐蚀性能

为提高HSn62-1铜合金表面抗点蚀能力,解决高铝青铜涂层制备过程中相变和氧化造成涂层耐腐蚀性能降低的问题,采用低温超音速喷涂技术,在HSn62-1铜合金表面制备不含γ2相的高铝青铜涂层。利用场发射扫描电镜(SEM)、电子能谱仪(EDS)、X射线衍射仪等分析粉末和涂层的组织结构、表/截面形貌等特征;利用电化学工作站、盐雾腐蚀试验箱等测定分析Na Cl溶液环境中涂层及基体的耐腐蚀性能及失效机制。结果表明:制备的高铝青铜涂层结构致密,结合良好,无γ2相和氧化夹杂生成,涂层腐蚀敏感性均一;涂层自腐蚀电流密度为6.938μA/cm2,较HSn62-1铜合金基体降低了1个数量级,涂层自身具有较好的耐腐蚀性能,可有效阻挡腐蚀介质向涂层更深处渗入;盐雾环境中,高铝青铜涂层表面腐蚀产物薄膜反复地剥落和生成使其腐蚀失效机制宏观上表现为均匀腐蚀。     

电子束交替蒸发制备蓄能发光膜及其性能研究

使用真空电子束交替蒸发的方法,在DMD-450型真空镀膜系统中,通过调整Sr_2CO_3、Al_2O_3、Eu_2O_3、Dy_2O_3独立原料靶材的蒸发时间和蒸发周期次数,制得蓝绿色(GF) 和蓝紫色(PF)发光膜.在以铝酸盐为基质的蓄能发光膜中,改变铝与锶的摩尔比,将出现Eu~(2+)的4f~65d~1→4f~7多颜色宽带跃迁和Eu~(3+)的~5D_0→~7F_J窄带跃迁.还原热处理条件对发光膜的发光性能有着重要影响:温度明显影响结晶状态;还原气氛中H_2量对发光膜的发光颜色影响较小,但会影响其相对发光强度.     

热喷涂技术及陶瓷涂层

本文介绍了热喷涂技术及其最新发展情况，重点介绍了在金属表面陶瓷涂敷方面的应用。     

超音速等离子喷涂NiCr-Cr3C2涂层高温性能研究

采用超音速等离子喷涂在20G钢表面制备了NiCr-Cr3C2涂层。通过在涂层表面涂抹7:3的Na2SO4+K2SO4腐蚀介质进行800℃下的热腐蚀试验和高温摩擦磨损试验。采用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪和轮廓仪分别对涂层的组织结构和磨痕三维形貌进行了表征。结果表明,涂层致密,具有典型的"硬质相+软基体"的耐磨组织;其良好的耐热腐蚀性能是20G钢的15倍;在800℃下NiCr-Cr3C2与Si3N4的磨损行为主要为磨粒磨损和疲劳磨损。     

Characterization of Nanostructured WC-Co Deposited by Cold Spraying

Nanostructured WC-Co coating was deposited by cold spraying using a nanostructured WC-12Co powder. The critical velocity for the particle to deposit was measured. The coating microstructure was characterized by X-ray diffraction analysis, scanning electron microscopy, and transmission electron microscopy. The coating hardness was tested using a Vickers hardness tester. The deposition behavior of single WC-Co particle was examined. WC particle size was measured for comparison of deposit properties to that of sintered bulk. The result shows that the nanostructured WC-Co coating can be successfully deposited by cold spraying using nanostructured powders. The coating exhibited a dense microstructure with full retention of the original nanostructure in the powder to the coating. The test of microhardness of the coating yielded a value of over 1820 Hv_0.3, which is comparable to that of sintered nanostructured WC-Co. The deposition behavior of WC-Co powders as superhard cermet materials in cold spraying and powder structure effects is discussed. This article is an invited paper selected from presentations at the 2007 International Thermal Spray Conference and has been expanded from the original presentation. It is simultaneously published in Global Coating Solutions, Proceedings of the 2007 International Thermal Spray Conference, Beijing, China, May 14-16, 2007, Basil R. Marple, Margaret M. Hyland, Yuk-Chiu Lau, Chang-Jiu Li, Rogerio S. Lima, and Ghislain Montavon, Ed., ASM International, Materials Park, OH, 2007.     

高效能超音速等离子喷涂粒子特性及涂层特点

超音速等离子喷涂技术是热喷涂技术的关键技术之一.从基础及应用的角度,研究了高效能超音速等离子(HEPJet)喷涂粒子的特性,探讨了高效能超音速等离子在制备Ni/Al等金属及其合金涂层、WC-Co金属陶瓷涂层、ZrO2等氧化物陶瓷涂层上的特点.结果表明,高效能超音速等离子喷涂系统具有焰流温度高、射流速度快等特点;制备的涂层粒子变形充分,涂层均匀,孔隙率低,结合强度高,涂层质量好;可将适用于喷涂的所有粉末材料制备成高质量涂层.     

Plasma Spraying of Silica-Rich Calcined Clay Shale

Silica-rich clay shale is a viable candidate for replacement of mullite in many applications, especially when outstanding refractoriness and chemical resistance to various agents are desirable. In this contribution, instead of the commonly used synthetic mullite feedstock, the thermal stability of inexpensive calcined natural raw clay shale sprayed using water stabilized plasma system is reviewed. Phase stability and phase changes at elevated temperatures up to 1500 °C were studied by an array of experimental techniques ranging from measurements of thermal conductivity and the heat flow as functions of temperature, scanning electron microscopy, x-ray diffraction (XRD) of the annealed samples, and in situ high temperature XRD. The mostly amorphous as-sprayed coatings with less than 10 wt.% of mullite are temperature stable up to 800 °C and rapid crystallization occurs between 920 and 940 °C. Performed analyses gave evidence about the increase of mullite grain sizes for temperatures higher than 1200 °C and, moreover, certain saturation of crystallinity, not surpassing the threshold of 60 wt.% even for 1500 °C, is observed. The microstructure after annealing at 1500 °C is notable by clusters of fine needle-like mullite crystallites with sizes within the range of tens of nanometers in Si-rich amorphous matrix.     

超音速电弧喷涂的粒子雾化研究

雾化在电弧喷涂中具有重要的作用,滁层质量很大程度上取决于雾化效果。超音速电弧喷涂的雾化过程包括丝材端部的熔化、熔化金属的脱落、熔滴的雾化三个阶段。气流的速度和流量、送丝速度、熔化金属的物理特性、气流的物理特性是影响雾化效果的主要因素。超音速电弧喷涂由于拉伐尔喷咀的作用,雾化效果好,从而得到高质量的涂层。     

超音速火焰喷涂的火焰速度特性

本文介绍了超音速火焰喷涂系统的火焰特性。试验结果表明在使用氧气和丙烷燃气时．可在较大的压力和流量范围内,获得超音速火焰。喷枪出口火焰的速度可达1500m／s以上。根据火焰射流照片中的马赫锥角来计算马赫数,并依据火焰的其它参数估算出火焰的速度。     

超音速电弧喷涂粒子速度的计算机仿真

粒子速度对涂层质量有重要的影响,计算机仿真是确定粒子运动规律的有效方法。通过建立数学模型,对超音速电弧喷涂纯铝的粒子速度进行了仿真计算,结果表明,粒子飞行过程中经历了一个加速减速的过程,直径40μm的粒子最大速度为365m／s,最大速度点离喷嘴出口52mm,试验测得的粒子最大速度为386m/s,位置在喷嘴出口40～60mm范围内。仿真计算反映了射流中粒子的运动特征,从理论上证明超音速电弧喷涂的粒子速度超过音速。     

超音速电弧喷涂NiTi混合涂层及其组织结构表征研究

目的为改善NiTi涂层在工程应用中的不足,研究一种性能更优越的表面喷涂材料。方法先对0Cr13Ni5Mo不锈钢基体表面进行预处理,包括用丙酮清洗(除油、除锈)及喷砂处理(棕刚玉颗粒),选择超音速火焰喷涂技术在基体表面分别制备NiTi/Ni、NiTi和NiTi/NiAl三种混合涂层,并分别采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对三种混合涂层的显微组织结构和形貌及相组成进行表征,同时在显微硬度计上进行硬度试验,测量三种涂层的厚度和硬度,并观察涂层与基体的结合界面形貌,进而对上述三种涂层的组织结构表征进行对比研究。结果 NiTi/Ni、NiTi、NiTi/NiAl涂层的硬度平均值分别为574.3、683.3、735,NiTi/Ni、NiTi、NiTi/NiAl涂层试样的平均厚度分别为279.3、270.5、229.4μm。NiTi/Ni混合涂层的主要组织为Ni3Ti和Ni,NiTi涂层的主要成分为NiTi(B2)相、NiO、TiO以及少量的NiO_2,NiTi/NiAl涂层主要含有NiTi、NiAl及少量的单质Ni和NiO_2。结论 NiTi/NiAl混合涂层的硬度最高,与基体的结合界面最致密,具有极强的抗氧化性,组织较均匀,因此总的来说,NiTi/NiAl混合涂层的性能稳定,工程应用中有望成为更加理想的涂层材料。     

高效能超音速等离子喷涂系统的研制

研制的HEPJet高效能超音速等离子喷涂系统，最大功率80kW，最大工作气体流量6m^3／h，可以喷涂金属粉末、碳化物陶瓷粉末和氧化物陶瓷粉末。单阳极内送粉结构的高效能超音速等离子喷枪，为国内外研究超音速等离子喷涂技术开创了一条新路。80kW级20kH脉宽调制IGBT逆变电源解决了输出电压高、输出电流大、高频干扰强等一系列难题，工作可靠。在保证涂层的结合强度、孔隙率等性能指标的前提下，喷涂成本比国外产品降低一半以上。     

Corrosion Resistance of Copper Coatings Deposited by Cold Spraying

In the article, a study of corrosion resistance of copper and copper-based cermet (Cu+Al₂O₃ and Cu+SiC) coatings deposited onto aluminum alloy substrate using the low-pressure cold spraying method is presented. The samples were subjected to two different corrosion tests at room temperature: (1) Kesternich test and (2) a cyclic salt spray test. The selected tests were allowed to simulate service conditions typical for urban, industrial and marine environment. Examination of corroded samples included analysis changes on the coating surface and in the microstructure. The physicochemical tests were carried out using x-ray diffraction to define corrosion products. Moreover, microhardness and electrical conductivity measurements were conducted to estimate mechanical and physical properties of the coatings after corrosion tests. XRD analysis clearly showed that regardless of corrosion conditions, for all samples cuprite (Cu₂O) was the main product. However, in the case of Cu+Al₂O₃ cermet coating, chlorine- and sulfate-containing phases such as Cu₂Cl(OH)₃ (paracetamite) and Cu₃(SO₄)(OH)₄ (antlerite) were also recorded. This observation gives better understanding of the lowest microstructure changes observed for Cu+Al₂O₃ coating after the corrosion tests. This is also a justification for the lowest decrease in electrical conductivity registered after the corrosion tests for this coating.     

超音速电弧喷涂NiAl复合涂层的电化学行为研究

目的研究NiAl复合涂层在腐蚀环境下的腐蚀行为及其失效机理,为其在工程中的实际应用提供理论依据。方法采用超音速电弧喷涂技术在20#钢基体表面制备了NiAl复合涂层,在此基础上对涂层的组织结构进行了表征,并对涂层与基体在3.5%NaCl溶液中的极化行为和交流阻抗谱行为进行了对比研究。结果 NiAl复合涂层的表层主要由Ni固溶体、NiAl金属间化合物和少量通过孔隙扩散到表层的Al组成。涂层呈典型的层状结构,结合较致密,表层(Ni)的孔隙率为5.3%,底层(Al)的孔隙率为4.4%。NiAl复合涂层的自腐蚀电位低于基体的自腐蚀电位,能起到良好的阴极保护效果。在测试初期,由于涂层厚度高达380μm,腐蚀介质通过涂层中存在的微裂纹和孔隙进入涂层内部,涂层快速消耗,形成较少的不溶性腐蚀产物,涂层阻抗较小,腐蚀速率较快。随腐蚀时间延长,不溶性腐蚀产物逐渐在孔隙内堆积,涂层内的极化电阻迅速增大,起到延缓腐蚀的作用。结论 NiAl复合涂层更好地发挥了Ni的耐蚀作用和Al的钝化保护作用,结合了两者的长处,表现出更好的耐蚀性能。涂层的自封闭作用是涂层阻抗值增加的主要原因。     

Development of Electrolessly Deposited Nano Fe-P Films

This paper describes the development of electrolessly deposited Fe-P films for use in soft magnetic devices. A practical plating solution using hypophosphite as a reducing agent, and three complexing agents, namely sodium tartrate, sodium citrate, and ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) has been developed. The microstructure of deposited films is found to be nano-crystalline.