多功能复合陶瓷涂层的组织与性能研究

本工作试验研究了用于机械,尤其是石油化工机械中的具有耐磨、耐蚀和耐热等多功能的陶瓷涂层。以氧化铬为研究对象,采用等离子喷涂技术,研究解决热喷涂陶瓷涂层中的三个主要问题,即涂层中的残余应力、微孔洞和层间界面的弱结合。为此,系统研究了喷涂工艺参数波动、涂层结构和添加剂对氧化铬陶瓷涂层组织和性能的影响及其相互关系;涂层的热震、磨损和腐蚀失效规律和机制;建立了陶瓷涂层抗热震失效寿命的表达式。结果表明,影响涂层性能最重要的工艺参数为电弧电流,其次为涂层厚度。从基体到陶瓷层,通过涂层成分逐渐变化可以制备梯度涂层,并且多层复合涂层的综合性能优于双层涂层,其中,四层阶梯复合涂层的综合性能最佳,其次是五层梯度涂层。在氧化铬材料中,加入3.0％氧化铈,可降低涂层中的孔隙率和孔洞尺寸,从而提高氧化铬涂层的综合性能;陶瓷涂层热震失效的本质为热疲劳失效。在滑动磨损条件下,涂层的磨损失效主要是循环接触应力导致的疲劳磨损。涂层的腐蚀失效是陶瓷层自身的化学腐蚀和粘结结层/基体界面的电化学腐蚀。试验结果证实了涂层热震失效寿命定量表达式的有效性和适用性。首先提出并定义的临界热震温差范围可作为评价涂层抗热冲击性能的指标和使用依据。     

溅射工艺参数对氧化铌涂层微观结构与耐蚀性的影响

为揭示溅射工艺参数对氧化铌涂层耐蚀性的影响规律,采用直流反应溅射技术在AZ31镁合金表面制备了不同工艺参数的氧化铌涂层,并通过扫描电镜和电化学工作站对涂层进行微观结构及耐蚀性测试。结果表明：氧气流量对涂层微观结构的影响不显著,但涂层的耐蚀性随氧气流量的增加而降低;当溅射功率由60 W增大到100 W时,涂层表面的致密性变差,甚至出现裂纹,耐蚀性则先增强后减弱;随着沉积时间由180 min增加到420min,涂层的厚度增加、致密性下降,对基底的腐蚀保护效果先增强后减弱。     

耐锌蚀陶瓷防护层的制备与腐蚀机理初探

采用电弧喷涂法预先在Q235钢试样基体上喷涂FeCrAl粘结层,再利用等离子弧喷涂制备Al2O3陶瓷涂层,分析了陶瓷涂层在500℃静态锌液腐蚀试验中的腐蚀机制及影响因素.通过SEM和XRD分析可知,Al2O3陶瓷涂层与锌液为不互溶材料,起隔离基体与锌液、防止铁锌发生互扩散反应的作用.试验结果表明,等离子喷涂的Al2O3陶瓷涂层能极大地延缓Q235钢腐蚀失效的时间,耐液锌腐蚀性极好;陶瓷涂层的结合强度和涂层厚度是影响耐锌蚀性能的主要因素.     

金属陶瓷涂层耐蚀性能研究

在不锈钢、纯铜及铝合金上,采用溶胶－凝胶浸清提拉法可制作连续的对钨起保护的ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３及ＳｉＯ２－ＴｉＯ２陶瓷涂层。通过阳极极化曲线、循环动电位极化曲线、点蚀电位、三氯化铁腐蚀试验、５％硫酯腐蚀试验及氧化试验研究了陶瓷涂层对金属的保护性能。结果表明,这些陶瓷涂层大大提高了基本金属的耐蚀性及抗氧化能力。     

纯铜表面火焰喷涂陶瓷/渗铝复合层及其性能

为提高铜部件的使用寿命,采用火焰涂技术,在铜基体表面先后喷涂中间铝层和表层陶瓷涂层,经加热扩散处理,制备成铜基陶瓷/渗铝复合涂层。用扫描电镜、X射线衍射仪、热震试验、腐蚀失重、耐磨检测等对复合涂层进行分析、研究。结果表明:复合涂层中有Cu1.05Zn0.95,Cu2TiZn等新相生成;复合涂层抗热震性能较单纯陶瓷涂层好,经920℃加热扩散处理的复合涂层热震次数达40次;复合涂层显著提高了纯铜基体的耐蚀性和耐磨性。     

陶瓷基高温自润滑复合涂层的制备及摩擦学性能研究进展EI北大核心CSCD

摩擦磨损大多数情况下不利于机械设备,我国作为机械制造大国,降低摩擦磨损对工业进步及可持续发展有重大意义。陶瓷基高温自润滑复合涂层作为工业应用中常见体系之一,主要以硬质陶瓷为基体,并掺杂润滑材料作为第二相组成,使其一方面继承陶瓷相优异的高温稳定性及强度,另一方面提高在常见摩擦环境下的润滑性能,因此被广泛应用于船舶、航空航天、生物科技、高速列车等领域,受到研究人员的广泛关注与探索。本文以陶瓷基高温自润滑复合涂层为中心,首先阐述复合涂层及固体润滑材料的基本分类;其次综述不同制备方法的最新研究进展,重点关注工艺参数对制备陶瓷基高温自润滑涂层性能的影响及改善方法;然后归纳改善陶瓷基高温自润滑复合涂层表面摩擦学性能的关键因素,探讨了提升减摩耐磨性能的可行性和研究潜力;最后总结目前陶瓷基高温自润滑复合涂层存在的问题,主要有以下2点:(1)对复合涂层的物相分析仍以解释现象为主,没有完整的理论基础;(2)对不同制备工艺下复合涂层结构和摩擦学性能的改善手段较单一。因此提出相应的解决办法以及未来可能的发展方向:(1)研究陶瓷基体和不同润滑相、附加组元、高温环境的协同作用机理,建立系统的理论基础;(2)针对不同制备工艺的成型机理,重点研究工艺参数的协同作用对复合涂层微观结构形成的影响,扩展制备工艺的改善方法。     

金属表面热喷涂陶瓷层的防腐蚀性能研究现状与展望

金属基体涂覆陶瓷涂层后具有优异的耐腐蚀性能。从陶瓷涂层的耐蚀性、对金属基体耐蚀性的改善和提高热喷涂陶瓷涂层防腐蚀性能的后处理方法如封孔方法等方面概述了陶瓷涂层对金属基体的防腐蚀性能研究现状,在与电镀硬铬防腐蚀性能比较的基础上,指出了目前研究中存在的问题,并对未来的研究进行展望。     

羟乙基纤维素增稠剂对达克罗涂层耐蚀性的影响

为了探讨羟乙基纤维素增稠剂添加量对达克罗涂层耐腐蚀性能的影响规律及机理,分别采用快速腐蚀试验和电化学阻抗谱(EIS)技术对不同增稠剂添加量涂层的耐蚀性和腐蚀过程进行了研究.结果表明:随着增稠剂添加量的增加,达克罗涂层中铝锌粉分布密度提高;涂层表面铝锌粉与腐蚀介质容易反应生成腐蚀产物覆盖涂层表面,从而阻止了腐蚀的进一步进...     

超音速电弧喷涂Monel合金涂层的电化学腐蚀特性

利用超音速电弧喷涂技术制备了Monel合金涂层,采用扫描电镜、能谱分析、X射线衍射等分析了涂层的显微结构、成分和相组成,并对涂层的结合强度和耐腐蚀性能进行了测试.研究表明,工艺参数对涂层的显微结构影响较小,局部结合界面区域出现孔隙;涂层主要由镍铜无限固溶相组成;涂层的结合强度和耐蚀性能随着电弧电压的升高而提高,平均结合强度最高达到23.25 MPa.涂层在5%HCl酸性溶液中,H+的浓度与腐蚀速率成正比,电位基本稳定在-400 m V并逐渐下降;在5%Na OH溶液中能很好地保护基体,涂层中的镍优先腐蚀而发生脱镍现象,4 h后腐蚀电位已趋于平衡,约为-300 m V.     

Cr2O3涂层性能与等离子喷涂工艺稳定性的关系

研究了等离子喷涂工艺参数稳定性对Ｃｒ２Ｏ３涂层结合强度和耐磨性的影响。结果表明,影响涂层性能及其稳定性的最重要的工艺参数是电弧电流,其次为涂层厚度;电弧电流和涂层厚度之间有一定的交互作用。涂层孔隙率是影响涂层性能的主要原因。涂层的抗拉结合强度与耐磨性之间存在着正比关系。     

静态铝热自蔓延高温合成陶瓷层耐蚀性的研究

对比研究了静态铝热ＳＨＳ陶瓷涂层在不同组成，不同冷却保温条件和腐蚀阶段的耐蚀性，试验得出，腐蚀在第一阶段最为严重以后趋于平缓稳定，添加ＳｉＯ２和保温缓冷的涂层可减少孔隙，改善组织分布，从而提高耐蚀性。     

激光多层熔覆纳米陶瓷层工艺参数优化

为了深入了解激光多层熔覆工艺与涂层性能之间的关系,采用压片预置式激光多层熔覆工艺制备了纳米Al2O3-13%TiO2(质量分数)陶瓷层;通过3因素3水平正交试验分析了激光熔覆熔池闭环控制温度、超声振动频率及保温箱预热温度对涂层结合强度的影响,并对激光熔覆工艺参数进行了优化;通过扫描电镜(SEM)和结合强度测试研究了最优工艺下所得涂层的形貌和性能。结果表明:影响涂层结合强度的因素主次顺序依次为熔池闭环控制温度、保温箱预热温度、超声振动频率;激光多层熔覆纳米Al2O3-13%TiO2涂层最佳工艺参数为熔池闭环控制温度2 500℃,超声振动频率50 kHz,保温箱预热温度400℃;优化工艺熔覆的涂层各层之间无明显界面,涂层内部致密、连续,基本无孔隙及贯穿性大裂纹,涂层结合强度明显提高,达66.3 MPa。     

激光表面重熔工艺参数对Al2O3涂层耐腐蚀性的影响

采用激光表面重熔的方法封闭等６出子喷涂层表面缝隙，可以有效防止腐蚀介质渗入，提高试样耐腐蚀性，。不同激光重熔工艺参数对涂层组织与耐蚀性影响很大。     

激光熔覆制备抗冲蚀磨损镍基复合涂层的研究进展

冲蚀磨损是材料在流体或含固体颗粒流体的冲击作用下造成的表面磨损现象,在传统材料表面熔覆粉末可以有效改善其表面性能,抑制材料损伤速度,降低制造成本.采用激光熔覆制备的涂层具有结合强度高、对基材的稀释率低和热影响程度小等优点,用于解决恶劣环境下服役零件的冲蚀磨损问题,具有很好的应用前景.熔覆材料主要包括铁基、钴基、镍基三个体系.其中,铁基涂层抗磨性好、成本低,但涂层易产生裂纹缺陷,自溶性、抗氧化性差;钴基涂层耐磨耐蚀性好,但是价格昂贵;镍基涂层抗高温氧化性和耐磨耐蚀性好,价格适宜,综合起来优势明显,应用前景广阔.国内外很多研究人员通过调整镍基合金粉末的成分和激光熔覆的工艺参数改善涂层的性能,如向镍粉中加入硬质陶瓷颗粒或者合适的元素等提高镍基复合涂层的性能.主要硬质颗粒包括WC、Al2 O3、SiC、TiC等.一些学者通过加入镍铝金属间化合物来提高涂层的耐蚀性能;一些学者向涂层中加入稀土元素以生成稳定的化合物;一些学者研究工艺参数对涂层性能的影响.此外,还有一些学者通过在渣浆泵、抽油泵、水轮机等零件上制备镍基涂层,显著提升工件的耐磨耐蚀性能.本文综述了激光熔覆镍基复合涂层的研究进展,指出了目前研究存在的问题,并对未来的研究方向进行了展望,为镍基复合涂层的深入研究和在冲蚀磨损工况条件下的推广应用提供参考.     

镁合金热化学反应热喷涂Al2O3基复相陶瓷涂层的性能

为了提高镁合金的耐磨、耐蚀等性能,以Al2O3+TiO2为陶瓷骨料,加入Al+B2O3+TiO2放热反应体系,采用氧乙炔火焰喷涂技术在AZ31B镬合金表面制备Al2O3基复相陶瓷涂层,研究了复合陶瓷涂层的形貌、致密性、相结构、热震性能、耐磨性和耐蚀性,并与普通热喷涂陶瓷涂层进行了比较.结果表明:热化学反应热喷涂层表面陶瓷粒子的熔化率较高,呈熔岩状;热化学反应热喷涂过程中发生热化学反应,涂层中有TiB2等新相生成;热化学反应热喷涂层的抗热震性、致密性、耐磨性、耐蚀性均优于普通热喷涂层,清漆封孔可使热化学反应热喷涂层的致密性大幅提高,几乎不发生腐蚀.     

Al-Zn-Mg-Cu合金表面Al2O3-MoO2-SiO2微弧氧化复合陶瓷涂层的制备及其耐腐蚀性能

为了增强Al-Zn-Mg-Cu合金零件的耐腐蚀性能,通过在硅酸盐微弧氧化(MAO)电解液中增加钼酸根离子的方法,在合金表面制备了Al2O3-MoO2-SiO2复合陶瓷涂层.通过扫描电子显微镜、X射线衍射和电化学方法分析了钼酸钠的浓度对复合陶瓷涂层的形成、结构特征以及耐蚀性的影响.涂层的扫描电子显微镜(SEM)结果显示:经过15 min的MAO处理后,制备的Al2O3-MoO2-SiO2复合陶瓷涂层由约2μm厚的致密内层和约5μm厚的多孔外层组成,涂层表面出现了2种不同的形貌区域.X射线衍射结果表明:Al2O3-MoO2-SiO2复合陶瓷涂层主要由MoO2、γ-Al2O3和3Al2O3-2SiO2组成.电化学试验表明:当电解液中加入3 g/L钼酸盐时,涂层的孔隙率降低了4个数量级,涂层的腐蚀速率降低约100倍,表现出最好的耐腐蚀性能.     

用热化学反应法制备金属陶瓷涂层工艺的研究

研究用热化学反应法在金属表面制备陶瓷涂层的工艺，并对涂层的相结构及显微组织进行分析。结果表明，采用该工艺可以在金属表面获得连续、致密且与基体结合良好的陶瓷涂层。腐蚀试验证明，采用本工艺在４５号钢表面涂覆陶瓷后可使其抗蚀性显著提高。     

硅含量对K_3合金上铝硅涂层性能的影响

本文研究了K_3合金上的铝硅涂层,由于硅含量的不同所带来的性能影响。在本试验的范围内,硅含量越高,铝硅涂层的耐燃气热腐蚀性能越好。为了有效地改善铝硅涂层对K_3合金在燃气热腐蚀中的耐蚀性,需要将铝硅涂层中的硅含量提高到5%。     

国外文摘

金属腐蚀9702001 有机复合涂层钢板中二氧化硅腐蚀控制作用机理——Kubota T.Tetsu to Hagane,1995,81(1):76(日文)有机复合涂层钢板广泛用于汽车制造和设备制造,二氧化硅具有高耐蚀性,常用于有机复合涂层中。近年来对二氧化硅腐蚀控制机理已有不少研究,但对二氧化硅在有机复合涂层中的作用还缺乏认识。该研究采用循环腐蚀试验、盐雾试验和潮热试验等方法测试了有机涂层镀锌板和有机涂层Zn-Ni合金镀层板的性能,并分析了试验条件对二氧化硅腐蚀防护作用的影响。还研究了在氯化锌溶液中,二氧化硅对生成氢氧化锌的影响,结果表明,二氧化硅加速了氯化氢氧化锌的形成,由于生成氯化氢氧化锌,控制了氧含量,从而控制了腐蚀发生。此外,发生腐蚀时溶解的二氧化硅生成硅酸锌,阻止了腐蚀继续发生。     

消失模铸造镁合金表面陶瓷化研究

利用消失模铸造工艺,以PbO-ZnO系低温玻璃粉作为主要的陶瓷化材料,进行了镁合金表面陶瓷化研究。利用SEM、XRD、线能谱分析和极化曲线等手段研究了镁合金表面陶瓷涂层的组织结构、相组成和元素的分布,测试了陶瓷层的耐腐蚀性能。结果表明,在基体的表面形成厚度为40～80μm左右的陶瓷涂层,涂层的主要成分有低温玻璃粉组成,并且成分组成由表层到基体变化明显,与基体之间形成了良好的结合界面。通过电化学性能测试表明,表面陶瓷层的腐蚀电位大幅度的提高,腐蚀电流密度降低,经过表面陶瓷化的镁合金耐腐蚀性能得到了提高。