纳米 Al2 O3 等离子喷涂涂层的制备及性能分析

目的对比研究微/纳米Al2O3等离子喷涂涂层的组织、力学及摩擦磨损行为。方法以纳米Al2O3粉末为原料,利用喷雾干燥法制备出粒径分布在35~75μm的喷涂喂料,采用等离子喷涂技术在20钢基体上制备纳米Al2O3涂层。采用商用微米Al2O3喂料,以相同的喷涂工艺制备出微米Al2O3涂层。对粉末、涂层的显微结构及涂层的磨损形貌进行表征,对比分析两种涂层的组织、力学性能和摩擦磨损行为。结果与微米Al2O3涂层相比,纳米Al2O3涂层粒子间结合更为致密,使得其结合强度和显微硬度得到大幅度提高。在载荷750 g,转速1000 r/min的条件下,微米Al2O3涂层的摩擦系数为0.41,而纳米Al2O3涂层仅为0.34,并且摩擦系数值的波动幅度更为稳定。在不同转速下,纳米Al2O3涂层的磨损率均降低明显。结论纳米Al2O3等离子喷涂涂层组织致密,表现出了较好的力学性能和耐磨性。     

等离子喷涂Al2O3与Al2O3/TiO2涂层中的相变及涂层的耐腐蚀行为

研究了采用等离子喷涂法制备Al2O3涂层与Al2O3／TiO2复合涂层，以及喷涂前后涂层中相变及涂层的腐蚀行为。结果表明，在喷涂过程中有9％的α-Al2O3及45％的β-Al2O3转变成为γ-Al2O3；机械混合的Al2O3与TiO2之间没有新相Al2TiO5形成，但有39％的TiO2由金红石晶型转变为锐钛矿晶型。在5％沸腾的HCl内γ-Al2O3及β-Al2O3较α-Al2O3被优先腐蚀，TiO2相也同时被腐蚀。     

等离子喷涂Al2O3/TiO2纳米陶瓷复合涂层的微观结构及性能

采用等离子喷涂技术制备了不同成分的Al2O3/TiO2纳米陶瓷复合涂层,并利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、显微硬度计和摩擦磨损试验机等分析测试手段研究了纳米陶瓷复合涂层的微观结构与性能.结果表明:纳米陶瓷复合涂层中Al2O3以α-Al2O3和γ-Al2O3两相共存的形式存在,且γ-Al2O3的含量随喷涂功率的增加而增加,而涂层中的TiO2则以金红石型存在;其微结构为完全熔化区的片状微观组织和部分熔化区的纳米级颗粒共存的组织;等离子喷涂功率和TiO2含量对涂层的硬度和耐磨性能均有显著的影响.     

超音速等离子喷涂纳米结构Al2O3-TiO2喂料涂层性能研究

采用特殊的工艺，制备了可用于热喷涂的纳米结构Al2O3-TiO2喂料，并采用超音速等离子喷涂技术制备了涂层。涂层的结合强度和显微硬度与美国产相同成分的Nanox^TM2613P纳米喂料制备的涂层基本相同。喷涂过程中存在相的转变和晶粒长大现象。     

纳米掺杂Al2O3＋13wt% TiO2等离子喷涂涂层的抗磨损性能

采用纳米掺杂(5%～30%)方法制备出纳米包覆微米级粒子的AT13等离子喷涂粉末,并利用大气等离子喷涂技术制备出了含有纳米复相结构的陶瓷涂层.在MM-200型磨损试验机上进行了常温干摩擦试验,比较了纳米复相结构涂层和传统陶瓷涂层的耐磨性能,利用扫描电镜观察了磨损后的磨痕形貌.结果表明,纳米复相涂层的耐磨性能明显好于传统陶瓷涂层,且随着磨损载荷的增大,纳米复相涂层和传统涂层的磨损机制的变化是不同的,传统涂层的磨损机理主要是微裂纹和颗粒的剥落,而相同条件下纳米复相涂层则由于涂层韧性的提高,主要表现为涂层的粘着磨损与局部剥落,并对纳米掺杂等离子喷涂涂层对AT13涂层磨损机制的影响进行了探讨.     

喷涂参数对Al2O3-13wt% TiO2纳米涂层组织和性能的影响

研究了等离子喷涂特征参数(CPSP)对Al2O3-13wt%TiO2纳米涂层相组成、微观组织和性能的影响.结果表明,纳米涂层含有αAl2O3、γ-Al2O3和金红石结构TiO2,其微观组织由全熔柱状晶区域和纳米结构的部分熔化区域组成.部分熔化区形貌与CPSP有关,低CPSP时主要为球状和部分条状,高CPSP条件下基本上都是不规则条状或块状.随CPSP增加,纳米涂层的结构缺陷减少,致密度提高.不同CPSP获得的纳米涂层的显微硬度和韧性均高于传统涂层,但CPSP过低或过高时,涂层中结构缺陷或结晶相较多,导致硬度和韧性降低.纳米涂层的耐磨性也随CPSP的变化而改变,并与涂层的组织、硬度和韧性的变化相对应.     

涂层结构对Cr2O3涂层组织和性能的影响

采用等离子喷涂技术制备了3种结构的Cr2O3陶瓷涂层，即双层涂层，3层涂层和5层梯度涂层。探讨了涂层结构对涂层组织、抗拉结合强度、抗热震性和耐磨损性能的影响。结果表明，在涂层总厚度相同的条件下，采用多层复合涂层可提高Cr2O3涂层的结合强度、耐磨性和抗热冲击性，其中，5层结构涂层的综合性能最佳。涂层微观组织观察和显微硬度测试结果发现，5层结构涂层从基体到陶瓷层，涂层成分逐渐变化，具有梯度材料的特征。试验表明采用等离子喷涂技术可以制备梯度涂层。     

6063铝合金表面等离子喷涂Al2O3/TiO2纳米陶瓷涂层组织与性能研究

采用等离子喷涂技术在6063铝合金表面喷涂Al2O3/TiO2纳米陶瓷涂层,并利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、显微硬度计和摩擦磨损试验机等分析测试手段研究了纳米结构陶瓷涂层和传统陶瓷涂层的组织与性能.结果表明:纳米陶瓷涂层中Al2O3以α、γ两相共存的形式存在,且γ-Al2O3的含量随等离子喷涂功率的增加而增加.纳米陶瓷涂层较传统陶瓷涂层的硬度和耐磨性能都有明显的提高.     

等离子喷涂纳米Al2O3-13TiO2陶瓷涂层研究

以常规和纳米团聚体Al2O3-13TiO2(ω/%,下同)复合陶瓷粉末为原料,采用等离子喷涂工艺在TiAl合金表面制备常规和纳米结构陶瓷涂层.用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)仪分析粉末和涂层形貌、微观结构及相组成,同时对纳米结构涂层的微观组织形成机制进行了讨论.结果表明:常规复合陶瓷涂层呈典型的等离子喷涂层状堆积特征;纳米结构复合陶瓷涂层由部分熔化区以及与常规等离子喷涂类似的片层状完全熔化区组成.根据组织结构的不同,部分熔化区又分为亚微米A12O3粒子镶嵌在TiO2基质相的三维网状或骨骼状结构的液相烧结区和经过一定长大但仍保持在纳米尺度的残留纳米粒子的固相烧结区,不同的部分熔化组织源于复合陶瓷粉末中A12O3与TiO2之间的熔点差异.由于等离子喷涂过程中涂层沉积时的快速凝固作用,不管是常规还是纳米涂层都以亚稳相γ-A12O3为主.     

等离子喷涂纳米Al2O3/TiO2涂层耐磨性的研究

采用液相喷雾造粒的方法将纳米粒子团聚成微米级颗粒,并利用等离子喷涂技术制备出了含有纳米结构的陶瓷涂层。在MM200型环块磨损试验机上进行了常温干摩擦试验,比较了纳米结构涂层和传统陶瓷涂层的耐磨损性能,利用扫描电镜观察了磨损后的磨痕形貌。结果表明,纳米涂层的耐磨损性能明显好于传统陶瓷涂层,且随着磨损载荷的增大,纳米涂层和传统涂层的磨损机制的变化是不同的。传统涂层的磨损机理主要是微裂纹和颗粒的剥落,而相同条件下纳米涂层则由于涂层韧性的提高,几乎不存在微裂纹,主要表现为涂层的局部剥落和粘着。     

Microstructure and properties of Al2O3-13%TiO2 coatings sprayed using nanostructured powders

The microstructure and wear performance of M203-13% TiO2 coatings prepared by plasma spraying of agglom- erated nanoparticle powders were investigated. SEM analysis showed that the as-sprayed Al2O3-TiO2 coatings comprise of two kinds of typical region： fully melted region and unmelted/partially melted nanostructured region, which is different than the conventional coating with lamellar structure. It is shown that the microhardness of the nanostructured coatings was about 15%-30% higher than that of the conventional coating and the wear resistance is significantly improved, especially under a high wear load. The nanostructured coating sprayed at a lower power shows a lower wear resistance than the coatings produced at a higher power, because of the presence of pores and microstructural defects which are detrimental to the fracture toughness of the coatings.     

等离子喷涂ZrO2/Al2O3陶瓷涂层的摩擦磨损性能

采用等离子喷涂技术在20钢基体上制备不同ZrO2含量的ZrO2/Al2O3陶瓷涂层,在QG–700型高温气氛摩擦磨损试验机上测试了涂层的室温干滑动摩擦磨损性能,用JSM–5160LV型电镜(SEM)对涂层磨损表面和磨屑进行微观形貌观察。结果表明:40ZAT涂层的摩擦学性能较10ZAT与20ZAT涂层的有所改善;ZrO2含量对等离子喷涂ZrO2/Al2O3陶瓷涂层的磨损性能具有一定的影响;涂层的磨损机理为微观断裂引起的剥落磨损。     

等离子喷涂 NiCoCrAlY / Al2 O3 高温固体润滑耐磨涂层的抗氧化性能研究

目的研究等离子喷涂NiCoCrAlY/Al2O3高温固体润滑耐磨涂层在850℃时的高温抗氧化性能和抗氧化机理。方法采用喷雾造粒、化工冶金包覆技术制备NiCoCrAlY/Al2O3复合粉体,并采用等离子喷涂技术在45#钢表面制备NiCoCrAlY/Al2O3复合涂层。采用SEM和XRD研究粉体和涂层的显微结构和物相组成,并采用马弗炉研究复合涂层在850℃的恒温氧化动力学曲线,通过研究氧化96 h以后涂层表面的组织形貌,探讨NiCoCrAlY/Al2O3复合涂层的抗氧化机理。结果 NiCoCrAlY合金层均匀致密地包覆在Al2O3颗粒的表面,包覆层厚度约为3~5μm。复合粉体的主要组成为Al2O3相和NiCoCrAlY合金相,没有其他杂质相的存在。等离子喷涂NiCoCrAlY/Al2O3复合涂层氧化动力学曲线分为大斜率直线、抛物线和系数几乎为0的抛物线等3个阶段。氧化96 h以后,涂层的氧化质量增量为4.9 mg/cm2左右,表面形成了一层连续的氧化物保护膜,经EDX分析,氧化膜层主要由Al,O,Cr和Ni组成。结论等离子喷涂NiCoCrAlY/Al2O3复合涂层具有良好的高温抗氧化性能,涂层中Ni,Cr,Al的氧化以及硬质相Al2O3的加入是涂层抗氧化的主要原因。     

Al_2O_3含量对Al_2O_3-Al复合涂层组织和摩擦磨损性能的影响

通过改变喷涂粉末中Al2O3和Al的比例,在AZ91D镁合金表面制备不同Al2O3含量的等离子喷涂Al2O3-Al复合涂层。对复合涂层的显微组织、硬度和摩擦磨损性能进行表征,研究Al2O3含量对涂层组织和磨损性能的影响。结果表明,涂层组织为带状Al2O3分布在致密的Al基体上,Al2O3内可见细微的片层结构,且层与层间存在一定的孔隙。复合涂层中Al平均硬度62HV,Al2O3平均硬度达1380 HV。摩擦磨损实验证实,复合涂层具有较小的摩擦系数和较低磨损量,大大改善了镁合金表面的抗磨损性能。涂层中Al2O3体积少于Al时,Al2O3增加使涂层的抗磨效果增强。涂层中Al2O3体积超过Al后,涂层的孔隙增多、涂层变脆,其耐磨损性能下降。     

Plasma-sprayed nanostructured Al2O3/TiO2 powders and coatings

Air plasma spray has been used to produce metastable oxide-ceramic powders and coatings, starting with commercially available Al₂O₃/13TiO₂ powder feed. The feed material undergoes rapid melting and homogenization in the high-temperature zone of the plasma jet. A metastablex-Al₂O₃·TiO₂ phase is formed when the molten droplets are quenched on a chilled substrate. The metastable phase has a defect spinel structure and a nanocrystalline grain size. When heated, it decomposes into an equilibrium two-phase structure, consisting ofα-Al₂O₃ andβ-Al₂O₃·TiO₂. Both types of ceramic materials have potential as hard, wear-resistant coatings.     

等离子喷涂纳米结构Al2O3/TiO2涂层的组织与性能研究

采用液相喷雾造粒的方法将纳米级Al2O3／TiO2颗粒团聚成适用于等离子喷涂的微米级粉体。并利用等离子喷涂技术成功地制备出含有纳米结构的陶瓷涂层。利用X射线衍射仪、扫描电镜和显微硬度计等设备对涂层的微观结构和性能进行检测。结果表明，所制备的涂层中含有适当比例的未熔或半熔的纳米颗粒。涂层的硬度、韧性和耐磨性等性能与传统涂层相比都有了较大的提高。     

等离子喷涂Al2O3-13wt%TiO2纳米涂层的组织性能

基于涂层部分熔化(PM)区比例,孔隙率和结合强度,通过系列实验得到最佳喷涂工艺参数。利用XRD衍射仪,扫描电镜和透射电镜研究等离子喷涂纳米结构Al2O3-13wt%/TiO2(AT13)复合涂层的微观结构;对涂层的显微硬度和断裂韧性进行了Weibull统计,通过磨损实验建立了磨损图。研究表明,涂层存在全熔化(FM)区和PM区,关键等离子喷涂参数(CPSP)的增大促进PM区比例的减小及涂层结合强度的增大。喷涂过程中物相发生了反应,涂层中FM和PM区分别由完全和部分熔化的粒子形成。PM区存在纳米尺寸的晶体和非晶态物质,粒子间发生液相烧结。Weibull统计表明涂层显微硬度和断裂韧性的统计分布存在对应于组织的双态分布。PM区的平均显微硬度低于FM区的,而其显微硬度的分散性更大;PM区的平均断裂韧性及其分散性大于FM区。     

氧化铝增强镍基合金涂层的组织与耐冲蚀磨损性能研究

采用等离子喷涂(APS)方法制备了用Ni包Al作为过渡层材料,球磨法混合G112和不同含量的Al2O3粉末作为面层材料的金属-陶瓷涂层。用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对涂层显微组织和相结构进行了分析,用图像分析系统测试了涂层孔隙率,并对涂层在冲蚀磨损试验机上以30°、60°和90°冲蚀角进行了冲蚀磨损试验。结果表明,随Al2O3含量增加涂层的耐冲蚀磨损性能先上升后下降,18%wt.AlO时耐冲蚀性能最好,其升降规律与冲蚀角度无关而与孔隙率密切相关。     

Al2O3对等离子喷涂Cr2O3/TiO2/Al2O3/SiO2复合陶瓷涂层性能影响研究

目的研究Al_2O_3添加量对Cr_2O_3/TiO_2/Al_2O_3/SiO_2四元复合陶瓷涂层性能的影响。方法采用等离子喷涂技术在油气管道X80管线钢基体表面制备出具有不同Al_2O_3含量的四元复合陶瓷涂层。另外,为探究基体温度对涂层性能的影响,所有涂层均在等离子喷枪预热及室温的两种基体上制备。所制涂层的气孔率、硬度、结合力及电化学腐蚀性能分别采用煮沸称重法、维氏硬度计、划痕仪、电化学工作站进行检测,并用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)分析不同Al_2O_3含量涂层的物相组成和形貌特征,研究Al_2O_3含量对涂层各性能的影响。结果随着Al_2O_3含量的增加,Cr_2O_3/TiO_2/Al_2O_3/SiO_2四元复合陶瓷涂层的气孔率呈现先降低后增加的趋势,相对应的四元复合陶瓷涂层的结合力、维氏硬度则先增加后降低。当Al_2O_3质量分数为60%时,四元复合陶瓷涂层的性能最优,气孔率为3.6%,硬度为824.6HV,结合力为53.8N。电化学腐蚀测试表明,Al_2O_3能增强涂层的耐腐蚀性能,Al_2O_3质量分数为60%时,涂层自腐蚀电位最高,为-0.28 V。另外,在基体预热和不预热条件下,所制涂层性能随Al_2O_3含量的变化一致,但是基体预热比不预热更有利于涂层性能的提高。结论 Al_2O_3的添加不仅能够有效降低涂层Cr含量,还能显著提升四元复合陶瓷涂层的各项性能,特别是耐腐蚀性。此外,等离子喷涂前对基体进行预热,有利于涂层性能提高。     

等离子喷涂 NiCoCrAlY / Al2 O3 涂层的制备及摩擦性能研究

目的制备等离子喷涂NiCoCrAlY/Al2O3高温固体润滑耐磨涂层,并研究该涂层的摩擦性能和磨损机理。方法采用喷雾造粒、化工冶金包覆和固相合金化技术制备NiCoCrAlY/Al2O3复合粉体,用等离子喷涂技术在45#钢表面制备NiCoCrAlY/Al2O3复合涂层。用SEM和XRD等手段分析粉体和涂层的显微结构和物相组成,研究涂层从室温到800℃的摩擦磨损性能,探讨NiCoCrAlY/Al2O3复合涂层在室温和高温下的磨损机理。结果 Al2O3颗粒表面均匀包覆着一层致密的NiCoCrAlY合金,包覆层厚度大约为3~5μm;等离子喷涂NiCoCrAlY/Al2O3复合涂层呈典型的层状结构,涂层各层间结合良好,涂层中孔隙率约为2.84%,主晶相为Ni Cr Al合金相和Al2O3相。涂层的摩擦系数随温度的升高逐渐降低,在室温下约为0.64,800℃时在0.4以下。高温下,金属氧化物的形成是摩擦系数降低的主要原因。涂层的磨损率随温度的升高先升高后降低。涂层在低温下为脆性断裂和磨粒磨损,高温下为氧化磨损、磨粒磨损、塑性变形和金属氧化物的转移。结论等离子喷涂NiCoCrAlY/Al2O3复合涂层是一种性能优良的高温固体润滑耐磨涂层。