过渡材料对等离子喷涂Al2O3梯度陶瓷涂层性能影响

针对Al2O3陶瓷涂层结合强度低、孔隙率高的实际,选择NiAl金属间化合物和金属铜粉作为过渡材料,利用等离子喷涂制备Al2O3梯度陶瓷涂层,并对梯度涂层进行组织形貌观察,测试结合强度和孔隙率.结果表明,梯度涂层的组织表现出宏观的不均匀性和微观连续性的分布特征,NiAl和Cu是金属基体与Al2O3涂层之间过渡层的理想材料,可以有效地提高涂层的结合强度,而Cu-Al2O3梯度涂层又比NiAl-Al2O3梯度涂层结合强度高;梯度涂层的孔隙率远低于双涂层的孔隙率,在Cu-Al2O3梯度涂层中随Al2O3含量的增加,涂层的孔隙率降低,而且孔隙率低于NiAl-Al2O3梯度涂层.     

EB—PVD梯度热除涂层的热循环失效机制

了一种新型梯度结构的EB－PVD（电子束物理气相沉积）热障涂层的热循环性能,并分析了涂层的失效机制,结果表明,由于NiCoCrAlY粘结层以及在粘结层上形成的Ni3Al薄层发生了选择性氧化,从而在粘结层和梯度过渡层之间形成了一层Al2O3层,随着热循环时间增长,Al2O3层不断增厚,而且在热循环应力作用下,涂层最终沿Al2O3层内部断裂失效。     

等离子喷涂ZrO2热障涂层热冲击破坏研究

对比研究了等离子喷涂ZrO2梯度热障涂层及传统的双层结构热障涂层,选择NiCoCrAlTaY合金粉末作为热障涂层的粘结底层材料、7％Y2O3-ZrO2作为热障涂层的面层材料、不同比例的NiCoCrAlTaY与7％Y2O3-ZrO2(YPZ)复合粉末作为梯度过渡层材料,然后进行热冲击试验、金相分析及扫描电子显微镜形貌分析,结果表明梯度热障涂层热冲击寿命明显高于传统的双层结构热障涂层。     

45钢表面激光熔覆Al_2O_3陶瓷涂层的研究

采用SEM,TEM及EDAX等手段研究了45钢表面Al2O3－NiCrAl复合陶瓷涂层的组织结构,实验结果表明：Al2O3－NiCrAl复合陶瓷等离子喷涂层的组织呈层片状,面层由α－Al2O3和少量的γ－Al2O3组成,Al2O3与NiCrAl及NiCrAl与基体间均为机械结合界面：激光熔覆层组织为单一的α－Al2O3柱状晶、过渡合金与基体间形成了良好的冶金结合界面,Al2O3与NiCrAl间的界面结合状况得到了明显的改善,在激光熔覆过程中存在着分层凝固机制．熔敷层硬度达2423－2664HV0．2     

Al2 O3与ZrO2复合粉涂层的组织形貌分析

利用大气等离子喷涂技术（ASP）在20号锅炉钢（20G）基体上制备Al2O3和ZrO2复合粉热障涂层（TBC）。通过X射线衍射分析（XRD）、扫描电镜（SEM）等观察分析了复合粉涂层表面形貌，分析了表面微裂纹和孔隙的形成过程。结果表明，涂层表面主要由α-Al2O3和t-ZrO2高温稳定相组成。复合粉涂层面层组织致密，Al2O3和ZrO2颗粒互熔在一起，从而提高了涂层的结合强度和致密度。     

20钢表面喷涂Al_2O_3陶瓷涂层组织与隔热性能研究

采用等离子喷涂技术在20钢表面制备Al2O3陶瓷涂层。利用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪对涂层的微观组织、成分及物相组成进行了表征,在不同温度下对试样进行隔热性能测试。结果表明:涂层厚约0.40 mm,涂层截面是由涂层和许多孔洞组成,20钢基体与过渡层以及陶瓷层与过渡层之间形成良好的机械结合界面;涂层内主要含有SiO2、Al2O3、Na2O、NaAlO2;喷涂陶瓷涂层后,隔热性能明显提高,在550℃时Al2O3陶瓷涂层能使试样表面温度降低80℃左右。     

溶胶-凝胶法45钢表面制备Al2O3陶瓷涂层及性能

采用溶胶-凝胶法在45钢表面制备了Al2O3陶瓷涂层,研究了通过化学镀Ni-P层为中间过渡层对45钢表面Al2O3陶瓷涂层性能的影响.通过压入法和划痕法研究了膜基结合强度,观察了复合涂层压痕和划痕形貌,通过扫描电子显微镜(SEM)对复合涂层表面形貌进行了分析.结果表明,中间层与基体材料、Al2O3层与中间层结合良好,涂层均匀致密,表面显微硬度最大值为1030HV,压入法结果表明膜与45钢基体结合较好.     

金属喷涂、堆焊与修复——金属喷涂工艺与设备

热喷涂纳米结构热障涂层的最新研究;渗铝及扩散处理对电弧喷涂层结合强度的影响;高速电弧喷涂3Cr13钢涂层的组织及在含细沙油润滑条件下的磨损性能;锌合金快速模具表面改性技术;过渡材料对等离子喷涂Al2O3梯度陶瓷涂层性能影响     

激光合成FeAl金属间化合物涂层

用优化的工艺参数,在45钢基体上用激光合成了表面质量好的FeAl金属间化合物涂层.结果表明,多道搭接处理对涂层相组成无影响. 涂层外层 （约1/3涂层）组织为灰白相间的FeAl及基体上分布少量黑色针状FeAl3,里层只有FeAl.FeAl的组织生长形态为树枝晶,白色枝晶富Fe,灰色枝间富Al.涂层/基体界面清晰,呈凹凸状.能量分散谱仪（EDS）成分线扫描分析结果表明,从1/3涂层处Al、Fe开始缓慢过渡,结合区比合成区成分过渡明显,但梯度不大,涂层/基体间有明显互扩散,为冶金结合. 激光合成FeAl涂层的最高硬度为565 HV0.025,比基体高1.7倍.     

超音速等离子弧喷涂ZrO_2/CoNiCrAlY热障涂层界面高温氧化性能研究

采用超音速等离子弧喷涂设备在35Cr Mo钢基体上制备了Zr O_2/Co Ni Cr Al Y热障涂层,并将涂层加热到1 150℃进行氧化试验。利用扫描电子显微镜和X射线衍射方法对涂层的组织结构和相组成进行了分析,并对元素扩散情况进行研究。结果表明,涂层组织致密,界面结合良好,无剥落;粘结层表面存在少量尖角和钩状突出颗粒。热障涂层经过1 150℃加热后,在粘结层与陶瓷层的界面处出现少量深颜色的热生长氧化物(thermally grown oxide,简称TGO);随着氧化时间的延长,TGO层厚度明显增加并且开始连续。通过对Zr O_2-8Y2O3/Co Ni Cr Al Y界面扫描发现,该处Al元素出现了的富集峰,而Cr和Ni元素的含量远小于金属黏结层中含量,并且Cr和Ni元素的变化趋势为沿界面呈梯度下降,TGO层由亚稳态的θ-Al2O3逐渐转变为稳定态的α-Al2O3,有效地提高了涂层的抗高温氧化性能。     

Manufacture and characteristics of Al_2O_3 composite coating on steel substrate by SHS process

Many steel components are needed to be reinforced on their surface to have a high abrasive resistance and corrosion resistance.Based on self-propagating hightemperature synthesis,a process to making Al_2O_3 composite coatings on mild steel substrate in atmospheric environment with the help of simple auxiliary facilities was developed successfully.A pre-coated bilayer coating was employed.The effects of Fe content in pre-coated transition layer on phase composition,porosity and interfacial bonding were studied using scanning electron microscopy(SEM),energy-dispersive spectrum(EDS)and X-ray diffraction(XRD).The thermal shock resistance and abrasive resistance were investigated.When Fe content changes from 0 wt% to 50 wt%.the bond quality at first becomes better and then worse gradually.When Fe content is less 20 wt%,there is a small gap between the transition layer and the substrate;when Fe contents are 30 wt% and 40 wt%,working layer,the transition layer and the substrate bond together well.The working layer is mainly composed of Al_2O_3,Fe-Cr and Al(Cr)_2O_3 phases and has a dense structure with porosity of less than 1%.The coating has a good thermal shock resistance and abrasive resistance.The abrasive resistance of the working layer is about ten times that of the substrate.     

等离子喷涂Mo/8YSZ功能梯度热障涂层结构优化与热力耦合模拟计算

目的研究不同结构参数对Mo/8YSZ热障涂层系统残余应力的影响因素。方法设计Mo/8YSZ功能梯度热障涂层,并利用ANSYS有限元软件建立了等离子喷涂Mo/8YSZ功能梯度热障涂层的数值模型,模型中考虑了材料热物理性能参数随温度变化,研究粘结层、过渡层及陶瓷层厚度对Mo/8YSZ功能梯度热障涂层残余应力的影响规律。结果随着径向距离的增大,粘结层与陶瓷层界面的残余应力逐渐由压应力变为拉应力,并且在涂层边缘位置,径向残余拉应力达到最大值。在0~12 mm路径范围内的同一位置,伴随着陶瓷层厚度的增加,粘结层与陶瓷层界面位置的轴向残余应力无明显变化,且轴向残余应力的数值几乎为0;在6~12.5 mm路径范围内的同一位置,伴随着陶瓷层厚度的增加,其剪切残余应力逐渐增大。在基体与粘结层界面边缘0.5 mm处存在着与其他位置相比更大的应力突变。粘结层与陶瓷层的厚度参数比控制在4∶10~4∶13时,涂层具有最低的热失配。过渡层与陶瓷层的厚度参数比控制在1∶4时,涂层具有最低的热失配。当功能梯度热障涂层的过渡层采用50%Mo与50%8YSZ复合而成时,将粘结层、过渡层及陶瓷层三者的厚度比值控制在16∶10∶40~16∶13∶52,涂层具有最低的热失配。结论通过设计功能梯度热障涂层,并合理调控热障涂层系统的结构参数,可进一步减小喷涂构件的残余应力和应力突变情况,提升基体与涂层的结合强度。     

纯铜表面热化学反应陶瓷涂层耐磨性研究

在工业纯铜表面分别用料浆法和热化学反应法制备陶瓷涂层,陶瓷涂层骨料为Al_2O_3、TiO_2和ZnO,粘接剂为钠水玻璃.研究了该涂层与基体的结合强度、涂层的抗热震性能、耐磨性,用SEM观察了涂层表面和截面的形貌.用X射线衍射法分析了涂层的相组成.结果表明,热化学反应法制备的陶瓷涂层热同化后,涂层内有NiAl_2O_4、Al_2SiO_5,新相.且这新相增加了涂层与基体的结合强度.热化学反应法制备的陶瓷涂层磨粒磨损和粘着磨损的相对耐磨性分别是基体的11.26倍和7.97倍.     

纳米掺杂Al2O3基等离子喷涂涂层残余应力分析

利用逐层剥离X射线衍射法,测定了纳米粒子掺杂对Al2O3 13%TiO2(AT13)等离子喷涂涂层残余应力的影响.结果证明AT13等离子喷涂涂层残余应力分布为:陶瓷涂层部分为压应力;Al/Ni过渡层由陶瓷涂层到钢基体,由压应力过渡到拉应力;在距钢基体0.05mm处现拉应力峰值.随着纳米掺杂量的增大,陶瓷涂层及Ni/Al过渡层残余应力绝对值降低,这对改善陶瓷涂层性质是十分有益的.     

AZ91D镁合金等离子喷涂Ni-Al/陶瓷涂层的组织和性能

以Ni-Al为粘结层,在AZ91D镁合金基体上等离子喷涂Ni-Al/Al2O3、Ni-Al/Al2O3-13%TiO2(Ni-Al/AT13)、Ni-Al/Al2O3-20%TiO2(Ni-Al/AT20)复合涂层及Ni-Al/Al2O3/Al2O3-13%TiO2/Al2O3-20%TiO2(Ni-Al/Al2O3/AT13/AT20)梯度涂层,利用SEM、EDS和XRD分析涂层的微观组织特征,通过硬度、拉伸和热震实验研究涂层硬度、结合强度和抗热震性能,并与直接喷涂Al2O3、AT20的涂层进行比较。结果表明:Ni-Al粘结层因"自粘结"效应与基体形成较为致密并具有冶金结合的界面,且与Al2O3、AT13和AT20陶瓷层互有渗透、交叉和啮合,涂层致密性及结合力大为提高,表现出优良的抗热震性能。Al2O3涂层主要由亚稳态γ-Al2O3组成,AT20涂层以Al2O3和Al2TiO5为主。镁合金表面喷涂Al2O3陶瓷层后硬度大幅提高,由于加入TiO2,AT13和AT20涂层的硬度略低于Al2O3涂层的。Ni-Al/Al2O3-TiO2复合陶瓷的涂层结合强度高于Ni-Al/Al2O3单一陶瓷涂层的,而Ni-Al/Al2O3/AT13/AT20梯度涂层的结合强度比Ni-Al/AT20涂层的更高。     

TiAl合金表面等离子喷涂层的形貌和抗氧化性分析

采用等离子喷涂方法在TiAl合金表面喷涂，得到由CoNiCrAlY粘结层和(ZrO2 Y2O3)陶瓷外层组成的双层结构的热障涂层。对涂层进行了高温抗氧化试验，并用SEM和金相法观察和分析了涂层的组织及形貌。结果表明，经喷涂后试样的高温抗氧化能力显著提高。     

镁合金等离子喷涂Al/Al_2O_3涂层的组织与性能

采用等离子喷涂技术在AZ31镁合金表面制备Al/Al_2O_3复合材料涂层.借助SEM、TEM和XRD等技术分析了涂层的微观组织结构,通过测定涂层电极电位、盐雾实验和磨损实验研究了涂层的耐腐蚀性能和耐磨性能.结果表明,Al/Al_2O_3涂层的相组成主要为Al、Al_2O_3、Mg_(17)Al_(12);Al_2O_3颗粒均匀镶嵌在Al基体中;Mg_(17),Al_(12)主要分布于涂层与镁合金基材的界面处.与镁合金相比,Al/Al_2O_3涂层具有更高的耐腐蚀和耐磨损性能.     

曲轴表面改性用金属陶瓷电弧喷涂药芯丝材的研制

采用Al2O3和NiCr-Cr3C2复合粉末两种材料作为填充材料制备了曲轴表面改性用金属陶瓷喷涂药芯丝.分析了涂层显微组织,测试了涂层结合强度和耐磨性能.结果表明,采用Al2O3作为填充材料的药芯丝制备出的涂层中陶瓷相含量高,涂层和基体结合良好.涂层和基体结合强度达到21.23 MPa,抗剪强度达到31.27 MPa.涂层耐磨性好,相同摩擦磨损条件下,磨损失重仅为灰口铸铁试样的1/4.Ni3Al和石墨的加入是涂层结合强度高的主要原因.     

大气等离子喷涂锆酸镧热障涂层

利用自制的稀土元素复合掺杂锆酸镧热喷涂粉末,采用大气等离子喷涂技术,在镍基高温合金表面制备La1.6Nd0.4Ce1.0Zr1.0O7(LNCZ)热障涂层,研究了喷涂参数对涂层沉积率、显微结构、结合强度及抗热震性能的影响。结果表明,增大喷涂功率,降低送粉速率可以有效地提高涂层的沉积率,但对涂层结合和抗热震性能不利。减小喷涂距离不仅提高沉积率,还有利于获得孔径细小、孔隙率适中的层状组织结构,该结构对提高涂层的抗热震性能极为有利。采用DH-1080大气等离子喷涂设备制备LNCZ涂层较好的喷涂条件为:功率40 kW,喷涂距离9 cm,送粉速率12 g/min。     

热化学反应法制备Al2O3-13％TiO2陶瓷涂层及其性能研究

目的研究Al_2O_3-13%TiO_2陶瓷涂层对金属基体的热防护性能。方法以钠、钾混合硅酸盐溶液为粘结剂,添加Al_2O_3、TiO_2、MgO、SiO_2等陶瓷骨料,采用热化学反应法在304不锈钢基体表面制备了Al_2O_3-13%TiO_2陶瓷涂层(记为AT13)。使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对涂层的微观形貌、物相变化进行表征。在AT13涂层的基础上,预先喷涂金属Ni/Al过渡层,制备了AT13梯度涂层(记为AT13grade),综合比较分析了两种涂层在不同温度下固化后的结合强度,描述了涂层的高温氧化动力学曲线,对涂层的热震性能及失效机理进行了分析。结果涂层在800℃烧结固化后,致密性较好,涂层与金属基体之间呈现冶金结合,TiO_2发生了从锐钛相到金红石相的转变,α-Al_2O_3和金红石型TiO_2是陶瓷涂层耐高温的主体晶相结构。经1200℃高温氧化后,梯度涂层和非梯度涂层的增重与空白试样相比分别减少了0.223 mg/cm2和0.155 mg/cm2。800℃热震试验时,梯度涂层和非梯度涂层的热震循环次数分别为17次和6次。结论在涂层与基体之间制备金属Ni/Al过渡层能增强涂层的结合强度,提高其抗氧化性能,缓解陶瓷材料与金属基体之间的热膨胀系数差异,提高涂层的抗热震性能。梯度结构的陶瓷涂层具有更好的热防护性能。