悬浮液等离子喷涂热障涂层的沉积机制及热循环特性

悬浮液等离子喷涂(SPS)较大气等离子喷涂(APS)具有诸多优势,目前对SPS涂层沉积机理报道较少。采用6%~8%Y2O3-ZrO2(YSZ)悬浮液送料进行等离子喷涂制备热障涂层,利用激光粒度仪测试悬浮液中的YSZ粒度,采用扫描电镜(SEM)、光学显微镜观察雾化粒子形貌和涂层的显微组织,探讨涂层的热循环特性并分析其沉积机制。结果表明:悬浮液中93.38%的YSZ粒子尺寸在3.311μm以下;等离子火焰中雾化的YSZ粒子主要有熔融致密的小球状、未完全熔融的疏松球状和未熔融的原始无定形3种形态;喷涂时,小球状粒子撞击基体表面后主要形成直径3~7μm的致密扁平粒子,未完全熔融的疏松球状和无定形态粒子撞击基体时铺展不明显,粒子堆积时容易形成孔隙;粘结层与陶瓷层间横向裂纹的萌生扩展导致热障涂层最终脱落失效。     

BSAS喷涂粉体制备工艺及其对涂层性能的影响

采用不同工艺制备BSAS(BaO-SrO-Al_2O_3-SiO_2)喷涂粉体。研究喷涂粉体特性及其对等离子喷涂工艺制备的环境障涂层结构和性能的影响。结果表明:粉体造粒工艺制备的BSAS喷涂粉体颗粒不均匀,流动性差。制备的涂层粗糙,孔隙率高,结合强度为24.1MPa;造粒烧结工艺制备的BSAS喷涂粉体表面圆滑,流动性好,沉积效率高。制备的涂层结构均匀,少孔隙,无裂纹,结合强度达到29.8MPa,涂层中BSAS相保留率最高,达到53.2%;熔融破碎工艺制备的BSAS粉体呈致密不规则块状,虽然流动性好沉积效率高,制备的涂层光滑且孔隙极少,但微裂纹较多,结合强度仅为14.2MPa,粉体经喷涂后发生相结构重组,BSAS相保留率为20.5%,对涂层的高温性能不利。分析认为,造粒烧结工艺制备BSAS粉体具有工艺过程简化、粉体质量好、相稳定性高等优点,更适合于等离子喷涂的要求。     

超音速等离子体喷涂MoSi2涂层工艺研究

涂层技术是C/C复合材料高温抗氧化与抗烧蚀的有效手段,单一的SiC涂层很难为C/C复合材料提供有效的长寿命保护。金属间化合物MoSi2高温时会形成一层致密的SiO2保护膜,具有特别优异的高温抗氧化性能,常作为C/C复合材料的高温抗氧化涂层。本文采用超音速等离子喷涂法在带SiC涂层的C/C复合材料表面制备了MoSi2涂层,主要研究了喷涂功率、主气(Ar)流量对粉料表面温度、飞行速度、沉积率以及对涂层表面微观结构和结合强度的影响。结果表明:喷涂功率在47.5~52.5 kW之间,既能使粒子有较高的速度和温度,还能保证粉末不过熔,在喷涂功率为50 kW时,粉料的沉积率最高,氧化不高,涂层表面致密性好,截面结合紧密,结合强度高;Ar流量为65 L/min时,能够保证MoSi2粉末有较高的表面温度与较快飞行速度,沉积率最高,氧化不高,涂层表面致密,几乎没有孔隙与裂纹。因此,调控超音速等离子体喷涂工艺参数能够在带SiC涂层的C/C复合材料表面得到致密且结合良好的MoSiO2涂层。     

真空等离子喷涂碳化硼涂层制备与抗激光辐照性能研究

采用真空等离子喷涂技术,在不锈钢基体上制备碳化硼(B₄C)涂层,并对涂层的组成、结构、沉积效率、结合强度以及抗激光辐照性能进行了表征.结果显示,真空等离子喷涂B₄C涂层中没有出现明显的B₂O₃相,表明真空等离子喷涂可有效避免B₄C氧化现象.采用较细的粉末制备的B₄C涂层较为致密.较高的喷涂功率和较大的氢气流量,有助于改善粉末的熔化程度,从而提高涂层的沉积效率和结合强度.在适宜的工艺参数下,涂层的沉积效率与结合强度可分别达72%与49MPa.激光辐照试验表明,在不锈钢表面沉积B₄C涂层,可以明显改善其抗激光辐照性能.     

316L不锈钢表面等离子喷涂TiO2-10Al2O3热障涂层组织和电热性能分析北大核心CSCD

为了提高316L不锈钢表面等离子喷涂TiO2涂层的性能,通过添加Al2O3颗粒的方式制备TiO2-10Al2O3复合热障涂层。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、热重、电热等试验测试分析其性能。研究结果表明:TiO2-10Al2O3涂层产生了六方结构TiO2相。在涂层表面形成了熔融区与未熔融区两个部分,颗粒在熔融区中呈现充分铺展,形成了紧密结合效果。涂层形成了致密组织,并未产生纵向分布的裂纹,当把Al2O3添加到TiO2中之后,可以使复合涂层达到更加紧密的结合状态。当加入Al2O3颗粒后,试样氧化增重速率减小。当温度上升后,涂层发生了电阻率线性增加的变化现象,不同循环周期中的增长斜率基本一致。涂层形成较为完整的结构,并未产生明显裂纹与氧化区,依然保持致密组织结构,具备优异电热稳定性。     

316L不锈钢表面等离子喷涂TiO_2-10Al_2O_3热障涂层组织和电热性能分析

为了提高316L不锈钢表面等离子喷涂TiO_2涂层的性能,通过添加Al_2O_3颗粒的方式制备TiO_2-10Al_2O_3复合热障涂层。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、热重、电热等试验测试分析其性能。研究结果表明:TiO_2-10Al_2O_3涂层产生了六方结构TiO_2相。在涂层表面形成了熔融区与未熔融区两个部分,颗粒在熔融区中呈现充分铺展,形成了紧密结合效果。涂层形成了致密组织,并未产生纵向分布的裂纹,当把Al_2O_3添加到TiO_2中之后,可以使复合涂层达到更加紧密的结合状态。当加入Al_2O_3颗粒后,试样氧化增重速率减小。当温度上升后,涂层发生了电阻率线性增加的变化现象,不同循环周期中的增长斜率基本一致。涂层形成较为完整的结构,并未产生明显裂纹与氧化区,依然保持致密组织结构,具备优异电热稳定性。     

大气等离子喷涂制备莫来石涂层的性能

采用大气等离子喷涂制备莫来石涂层,对涂层进行了热震试验。以OLYCIA m3图像分析软件测定涂层孔隙率,以MH-5-VM型显微硬度仪测定涂层硬度,依照ASTMC633-79标准测定涂层结合强度,以X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征涂层的相组成和微观形貌。结果表明,莫来石涂层主要由变形颗粒、未熔融粉末及少量孔隙组成,涂层中没有微观裂纹;涂层中含有莫来石晶体和部分非晶态玻璃相;热震过程中,涂层中的非晶转变为晶态莫来石,同时伴随应力释放,导致涂层出现微观裂纹。     

等离子喷涂Fe/Al2O3涂层的微观结构及介电性能

以往将等离子喷涂层用于介电性能的研究较少。采用大气等离子喷涂在石墨表面制备了一系列Fe/Al2O3陶瓷涂层。采用表面分析技术研究了不同Fe/Al2O3含量涂层的微观结构和在8.2～12.4GHz频率范围的介电性能,探讨了Fe含量对涂层相组成和微观结构以及介电性能的影响。结果表明:Fe/Al2O3陶瓷涂层中Fe粉和气孔分布均匀;随着Fe粉量的增加,颗粒热导率变大,涂层中未熔融颗粒减少,γ-Al2O3随之增加,气孔率逐渐下降;涂层的复介电常数随着Fe粉含量的增加而增大。     

C/C复合材料表面等离子喷涂ZrO2/SiO2涂层的组织结构及抗烧蚀性能

为了提高C/C复合材料的抗氧化性能,采用大气等离子喷涂(APS)法在C/C表面制备ZrO2/SiO2复合涂层,选用氧乙炔在1450,1700,2000℃下对涂层进行烧蚀考核,并对团聚粉体以及烧蚀前后涂层的成分及组织进行分析.结果 表明:大气等离子喷涂虽然可以实现C/C基体表面ZrO2/SiO2复合涂层的制备,但是由于2种材料熔点差异较大导致粉体熔融不充分,涂层孔隙率为40.12％,涂层结合强度为12.1 MPa.ZrO2/SiO2复合涂层抗烧蚀性能表现较好,其防护机理随温度的增加可以分为2个阶段:低温阶段,SiO2熔化并起到封填愈合作用,提高了致密度,ZrO2逐渐形成骨架,支撑液态SiO2;高温阶段,SiO2逐渐蒸发损耗,涂层中仅剩ZrO2并且发生烧结,继续起到抗氧化烧蚀的作用.     

基于粉末冶金纳米YSZ热障涂层的研究与应用

以结合强度为衡量指标,由L9（3^4）试验确立了等离子喷涂纳米YSZ制备热障涂层的最佳工艺参数。采用SEM对涂层微观组织结构及涂层相关性能进行了研究分析。结果表明,经优化工艺参数喷涂制备的YSZ热障涂层,涂层中保留未完全熔融的小尺寸颗粒,该结构对提高涂层的性能极为有利,其中结合强度可达38．26MPa,300℃涂层的隔热温度在100℃以上。     

TiAl合金表面激光重熔热障涂层组织及抗高温氧化性能

为了进一步提高TiAl合金表面等离子喷涂ZrO2-7%(质量分数)Y203热障陶瓷涂层的性能,采用激光重熔工艺对涂层进行处理,研究了激光重熔对涂层微观组织和抗高温氧化性能的影响.用扫描电镜(SEM)分析了涂层形貌和微观结构,同时对其抗高温(850℃)氧化性能进行了考察.结果表明,等离子喷涂热障陶瓷涂层呈典型的层状堆积特征,有一定的孔隙且分布有微裂纹;经过激光重熔处理后,陶瓷涂层片层状组织得以消失,致密性提高,获得了基本没有裂纹等缺陷的重熔层;整个重熔层包括界面没有明显特征的平面晶和上部沿热流方向生长的柱状晶组织.等离子喷涂热障涂层具有较好的抗高温氧化性能,经过激光重熔后可进一步提高其抗高温氧化能力.     

Ti-Ni低温超音速火焰喷涂层及激光处理后的特征

低压等离子喷涂制备的Ti-Ni涂层性能优异,但成本高、效率低.以镍包钛为粉末,采用低温超音速火焰喷涂技术制备了Ti-Ni涂层,并在惰性气氛保护下对涂层进行激光后处理,从而获得了致密的Ti-Ni涂层.对粉末、喷涂态涂层和激光处理态涂层的结构和相组成进行了表征.结果表明:喷涂态Ti-Ni涂层次表面结构较为疏松,但内部结构致密;涂层以Ni作为Ti的黏结相,Ti没有发生熔融和铺展开,两者没有发生合金化;经激光处理后,涂层表面和内部的致密度明显提高,涂层中以TiNi和Ti2Ni合金相为主,但还含有少量的Ni相存在.     

等离子喷涂参数对钽涂层组织及性能的影响

采用等离子喷涂法制备了钽金属涂层，用电子显微镜分析了不同工艺条件下钽涂层的化学成分、表面形貌，测试了涂层与基材的结合强度。结果表明，采用优化的等离子喷涂工艺参数，可以制取组织致密、厚度均匀的钽涂层；钽粉的颗粒尺寸对材料的熔化状态影响较大；在试验的喷距范围内，喷距对粉末的熔化状态和涂层结合强度均无明显影响。     

等离子体喷涂羟基磷灰石涂层的化学不均匀性

采用等离子喷涂法制备了羟基磷灰石(HA)涂层,将涂层沿平行和垂直表面方向抛光试样表面,用电子探针微分析仪和X射线衍射仪等手段研究了试样的显微组织、成分分布和相组成等. 结果表明, 等离子喷涂HA涂层中存在化学成分和相组成等的不均匀性,表现为显微组织中衬度的差别. 其中低磷、低氧区主要由非晶相、分解相和重结晶相组成. 等离子喷涂时,HA粉末颗粒内外熔融程度的差异导致涂层相组成的不均性. 热处理可消除涂层组分的不均匀性,但会导致涂层内部裂纹的产生或扩展.     

喷涂工艺对Fe-Ni-B喷涂涂层组织性能的影响

采用高速火焰喷涂技术以及等离子喷涂技术制备了Fe-Ni-B涂层.利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线荧光光谱仪(EDX)分析了粉末以及涂层的微观结构、涂层到基体的成分分布.利用X射线衍射(XRD)分析了喷涂态的涂层物相.并对涂层的结合强度及抗热震性能进行了试验研究.研究结果认为:等离子喷涂层组织更为致密,但其热喷涂涂层存在的层状结构也更加明显.熔融液滴在涂层表面的平铺效果都比较好.Fe、Ni元素的分布从涂层到基体基本成均匀分布,避免了局部元素偏析所造成的应力集中.热震后,等离子喷涂涂层中的裂纹分布细小且无规律.高速火焰喷涂涂层裂纹主要集中在涂层与基体结合部位.根据材料抗热震性能的能量理论和弹性理论,等离子喷涂涂层的抗热震能力更强.并且涂层的断裂失效主要产生在结合部位.     

BN粒径对车用2A12-T4合金微弧氧化涂层组织及和摩擦性能的影响

为了提高车用2A12-T4合金微弧氧化涂层的性能,在磷酸盐电解液中加入不同粒径BN颗粒。通过实验测试的方式分析BN粒径对涂层组织及和摩擦性能的影响。研究结果表明:在MAO涂层中形成许多裂纹并存在许多孔隙结构,BN粒径增大引起内部氧化物熔融烧结,对内部孔隙也起到了明显填充的作用,获得了更致密的组织。采用16.63μm粒径的BN颗粒制备得到了具有最优表面组织结构的MAO涂层,内部孔隙数量也发生了明显降低。将BN颗粒加入电解液后再进行MAO处理时,形成更长均匀击穿时间,涂层初始生长速率加快。当颗粒在微弧氧化涂层上发生沉积时,表面粗糙度随之提高。在MAO涂层内加入不同粒径的BN颗粒后,获得了减摩效果,BN颗粒为16.63μm时制得的MAO涂层达到了最小的磨损率。将BN颗粒加入MAO涂层形成均匀分布磨痕,发生了粘着磨损。     

铜基体低压等离子体钨喷涂层激光重熔后的结构与性能

在紫铜上直接喷涂的金属钨(W)层容易出现早期剥落。采用低压等离子体技术制备了Ni-Cu底层、Ni-W中间层和W层;利用大功率CO2激光束对W涂层重熔,研究了激光重熔处理对W涂层显微组织、致密度、结合强度及显微硬度的影响。结果表明:低压等离子喷涂的W层主要呈层状结构,W颗粒熔化不充分,涂层中存在大量的孔洞等缺陷;激光重熔后,W涂层表面的W颗粒已完全熔化,并在激光冷效应的作用下形成了一层厚度约为300μm的细晶组织,W涂层的致密度、结合强度得到了明显的提高。     

等离子喷涂CNTs/Al2O3复合涂层力学性能研究

通过等离子喷涂工艺制备了不同碳纳米管含量的CNTs/Al2O3复合涂层,系统研究了碳纳米管含量对涂层孔隙率、洛氏硬度和断裂韧性的影响规律。实验结果表明:采用喷雾干燥工艺制备的CNTs/Al2O3颗粒为球形,CNTs均匀分布在团聚颗粒的表面;部分CNTs经等离子喷涂后保留在沉积涂层内部并且与Al2O3基体形成冶金结合,起到一定桥接作用。涂层孔隙率和洛氏硬度值均随CNTs含量的增加呈现降低的趋势。随CNTs含量从6%(质量分数)增加到12%(质量分数),CNTs增韧效果的增强和涂层孔隙率的降低导致涂层断裂韧性值从48MPa增加到90MPa。     

热喷涂纳米陶瓷层单向荷载应力分布有限元分析

为了探讨陶瓷涂层的微观结构(孔隙及裂纹)对涂层断裂特性的影响,采用大气等离子喷涂技术制备了纳米Al2O3/TiO2陶瓷层。以有限元分析软件模拟了纳米结构陶瓷涂层在单向载荷作用下的应力分布,采用扫描电子显微镜(SEM)研究了其微观结构、内部存在的孔隙和裂纹等缺陷,将涂层的缺陷简化为大、中、小孔隙及裂纹,建立了涂层截面二维有限元模型,探讨了涂层受到单向荷载作用时的变形及等值应力分布。结果显示:涂层的小孔隙对应力分布影响不大,相邻孔隙的等值应力会发生叠加;涂层中孔隙的角度分布及孔隙距离对最大等值应力有影响,等值应力最大处最有可能产生裂纹。     

Al-Fe2O3体系等离子反应合成金属颗粒增韧复合陶瓷涂层的研究

利用Al-Fe2O3体系放热反应,采用等离子反应合成技术,制备出了金属颗粒增韧的FeAl2O4-Al2O3-Fe复合陶瓷涂层,并研究分析了复合涂层的组织及其性能.结果表明:等离子反应合成得到了以层状基体相FeAl2O4与硬质相Al2O3为骨架,球状Fe相弥散分布于基体相上的复合涂层;所制得的金属/陶瓷复合涂层的韧性得到明显提高,其韧性优于在同样基材上等离子喷涂的陶瓷涂层;特别是复合涂层具有较高的耐磨性能.