热喷涂NiCr／纳米（ZrO2＋8％Y2O3）梯度涂层的性能研究

针对陶瓷涂层与基体结合强度低、易产生裂纹和剥落的现象,进行了抗高温氧化耐磨损梯度涂层的设计.采用热喷涂技术在45钢基体表面制备由面层[纳米(ZrO2 8%Y2O3)]和中间层(NiCr)组成的梯度涂层,利用扫描电镜(SEM)、测定结合强度、测定显微硬度、X射线衍射等方法研究涂层的性能.结果表明:NiCr/纳米(ZrO2 8%Y2O3)梯度涂层显微组织结构致密,与NiCr合金涂层和纳米(ZrO2 8%Y2O3)陶瓷涂层相比,具有更优良的力学性能;梯度涂层的面层有利于提高基体的耐高温、耐磨损性能,而中间层则有利于改善基体的抗高温氧化性能.     

热喷涂NiCr/纳米(Zr02 +8% Y2 03)梯度涂层的性能研究

针对陶瓷涂层与基体结合强度低、易产生裂纹和剥落的现象,进行了抗高温氧化耐磨损梯度涂层的设计。采用热喷涂技术在45钢基体表面制备由面层[纳米（Zr02 +8% Y203）]和中间层(NiCr)组成的梯度涂层,利用扫描电镜(SEM)、测定结合强度、测定显微硬度、X射线衍射等方法研究涂层的性能。结果表明：NiCr/纳米(Zr02+ 8% Y203)梯度涂层显微组织结构致密,与NiCr合金涂层和纳米(Zr02,+8% Y2 03)陶瓷涂层相比,具有更优良的力学性能;梯度涂层的面层有利于提高基体的耐高温、耐磨损性能,而中间层则有利于改善基体的抗高温氧化性能。     

反应火焰喷涂梯度陶瓷涂层的组织与性能

以Ti-B4C-C系团聚粉和Ni-Al"自粘结"复合粉作为喷涂体系,利用反应火焰喷涂技术在金属表面制备了Ti(C,N)-TiB2和NixAly梯度过渡复相涂层,分析了涂层的组织结构,研究了其孔隙率、显微硬度等性能.结果表明,梯度过渡涂层由Ti(C0.7,N0.3)、TiC、TiB2、TiN、Ni3Al、NiAl、Ti、TiO2等多相组成,涂层组织结构具有沿厚度方向的梯度过渡特征,沿远离基体方向,陶瓷相逐渐增多而金属相逐渐减少.引入梯度过渡设计的涂层与基体结合强度提高1倍,孔隙率下降,而涂层的显微硬度也具有沿厚度方向的梯度过渡特征.     

高速电弧喷涂含稀土FeMnCrNiAl/Cr3C2复合涂层的组织与耐磨性能

利用高速电弧喷涂技术在20钢表面分别制备了含稀土和不含稀土的FeMnCrNiAl/Cr3C2涂层。结合光学显微镜、显微硬度、场发射扫描电子显微镜、能谱分析等分析方法对喷涂层的微观组织、显微硬度、结合强度、常温滑动摩擦磨损、高温冲蚀磨损等性能进行研究。结果表明:FeMnCrNiAl/Cr3C2涂层具有较高的结合强度、显微硬度和耐磨性能,加入稀土能降低涂层摩擦系数、提高涂层常温滑动磨损和高温冲蚀磨损性能。     

高速电弧喷涂FeAlCr/Ni包Cr3C2复合涂层摩擦学特性

使用THT07-135高温磨损实验机对高速电弧喷涂FeAl,Fe-Al/Cr3C2,FeAlCr/Ni包Cr3C2复合涂层进行了滑动摩擦特性的研究,并用SEM、TEM、XRD等手段观察分析了磨痕的形貌和成分、涂层截面的组织和相结构.结果表明:FeAlCr/Ni包Cr3C2复合涂层具有典型的层状结构和较高的结合强度和硬度;从室温到250℃,涂层的抗磨损性能下降;从250℃到550℃,涂层磨损性能变化不大;550℃以后,涂层的耐磨损性能重新增强;剥层磨损是FeAlCr/Ni包Cr3C2涂层高温磨损的主要机理;Cr3C2增强相的加入,大大提高了涂层的耐磨损性能;Ni的加入一定程度提高了涂层的结合强度和抗磨损性能.     

电站锅炉防护用Fe-Al/Cr3C2涂层性能研究及应用

使用高速电弧喷涂技术结合Fe-Al/Cr3C2粉芯丝材制备了铁铝金属间化合物涂层,对涂层的常温与高温性能进行了研究,并进行了应用的探索.结果表明,Fe-Al/Cr3C2复合涂层具有典型的层状结构、较高的结合强度和硬度;涂层的耐高温冲蚀性能良好,温度升高、角度增大,冲蚀性能提高;由于Cr2O3的存在以及涂层结合能的提高,Fe-Al/Cr3C2涂层的高温抗腐蚀性能较高;其常温和高温耐磨损性能也较高;应用研究表明,该涂层适合用于电站锅炉＂四管＂的防护.     

等离子喷涂NiAl-MoO3/BaO复合涂层的高温摩擦学性能及润滑机理研究

目的 根据氧化物润滑离子势和阳离子极化率判据,研究MoO3/BaO复合对等离子喷涂NiAl基复合涂层的高温摩擦学性能影响,并阐明复合涂层的高温润滑机理。方法 采用等离子喷涂技术(APS)制备MoO3/BaO(1∶1)质量分数分别为20%、30%、40%的复合涂层。采用显微硬度计、万能材料试验机、摩擦磨损试验机等测试复合涂层的硬度、结合强度、摩擦学性能。通过扫描电镜(SEM/EDS)、X射线衍 射仪(XRD)、激光拉曼散射仪(Raman)和透射电子显微镜(TEM)分析涂层的微观组织结构、磨损表面形貌、物相结构等。结果 选用互作用参数较低和离子势差较大的MoO3/BaO作为复配润滑剂制备的NiAl-MoO3/BaO复合涂层有效改善了NiAl涂层的高温摩擦学性能,特别是NiAl-30% MoO3/BaO(1∶1)的复合涂层在800 ℃具有较低的摩擦系数(0.15)和磨损率(9.31×10^–5mm³/(N.m))。结论 复合涂层在600 ℃以上具有良好的减摩性能,高温促进了磨损表面形成新的三元高温润滑相BaMoO4、NiMoO4,并与MoO3 和NiO起到协同润滑作用,显著提升了复合涂层的高温摩擦磨损性能,同时摩擦对偶表面形成的复合氧化物润滑转移膜,降低了涂层的磨损率。     

高速电弧喷涂Fe-Al金属间化合物涂层

采用粉芯丝材和高速电弧喷涂技术(HVAS)制备了Fe-Al金属间化合物涂层,并研究了涂层的显微组织和室温至650℃的滑动摩擦磨损性能.结果表明:Fe-Al涂层的平均成分为Fe-20.0Al-14.1O(摩尔分数,%),主要相是Fe3Al,FeAl,α-Fe,Al2O3及少量Al;涂层具有较高的结合强度和硬度、较低的孔隙率及较高的高温耐磨性;高温下磨损面形成了大面积的氧化物保护层,降低了涂层的摩擦因数,而剥层磨损是涂层的主要磨损机制.涂层中Fe3Al和FeAl金属间化合物相较高的高温强度和硬度能有效地阻碍裂纹的产生、扩展及扁平颗粒的断裂,从而使Fe-Al涂层表现出优异的高温耐磨性.     

高速电弧喷涂铁基Cr3C2复合涂层组织及磨损特性的研究

采用高速电弧喷涂技术将自制的铁基Cr3C2型粉芯丝材制备成复合涂层,并对涂层的组织结构、力学性能及高温冲蚀磨损特性进行了研究.结果表明,该涂层组织致密,颗粒扁平细小,主要由α-Fe固溶体、(Fe,Cr)23C6、(Fe,Cr)7C3及少量FeCr2O4等氧化物相构成;涂层具有较高的结合强度和硬度、较低的孔隙率及优良的抗热震性能;铁基Cr3C2复合涂层的冲蚀磨损行为介于塑性与脆性冲蚀之间,其冲蚀机理以塑性冲蚀为主,在650℃高温环境下,涂层的抗冲蚀磨损性能高于20g钢,表现出良好的抗高温冲蚀抗力,能够解决循环流化床锅炉受热面的高温磨损问题.     

爆炸喷涂工艺制备MCrAIY+Al2 03金属陶瓷涂层

为了提高高温合金材料的高温抗氧化性,利用爆炸喷涂工艺制备了MCrAlY Al2O3金属陶瓷涂层.比较了采用压缩空气和N2作为保护气体对涂层性能的影响,利用扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计对涂层性能进行了分析,在此基础上,进一步研究了涂层的结合强度,并对涂层的高温抗氧化性能进行了测试.结果表明:采用N2作为保护气体,涂层均匀致密,孔隙率小,显微硬度合格;涂层与基体的结合强度达到了95MPa,涂层具有良好的抗氧化性能.     

镁合金AZ91HP表面激光重熔Al2O3涂层的组织及性能

采用等离子喷涂和激光重熔复合工艺在AZ91HP镁合金表面制备了Al2O3陶瓷涂层.结果表明,由于受激光作用区温度场分布、陶瓷材料热物性参数和涂层厚度等因素的综合影响,激光重熔Al2O3涂层呈现出明显的分层结构特征.依据组织结构不同,可将其分为:由α-Al2O3柱状晶构成的表面熔凝区、具有团絮状形貌特征的烧结区以及保持原喷涂态结构特征的残留等离子喷涂层.由于激光重熔陶瓷涂层表面单相α-Al2O3柱状晶的形成,使其硬度及耐磨、耐蚀性均明显优于等离子喷涂Al2O3涂层和原始镁合金.     

激光重熔等离子喷涂WC颗粒增强镍基涂层组织及高温磨损性能

为了提高等离子喷涂WC颗粒增强镍基涂层的性能,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性能的影响．用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和显微硬度计分析了涂层表面形貌、微观结构、相组成和显微硬度,同时对涂层的高温摩擦磨损特性进行了考察．结果表明,激光重熔消除了等离子喷涂层的层片状结构、孔隙等缺陷,涂层致密度提高;另外在激光高能量密度作用下,WC颗粒部分熔化,并在周围析出枝晶结构．激光重熔处理后涂层的显微硬度明显提高,其磨损性能也显著高于原等离子喷涂层．     

激光重熔和时效处理的Co基合金堆焊层组织和性能

利用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、X射线衍射物相分析和显微硬度、耐磨性测定等试验手段,对激光重熔及经不同时效工艺处理后的Co基合金堆焊层显微组织、相结构、显微硬度及高温耐磨性能进行了分析研究.结果表明,经激光重熔后,Co基合金堆焊层的组织得到明显细化,硬度和耐磨性都得到提高;重熔堆焊层的组织主要由γ-Co和Cr7C3、Cr23C6等强化相组成.经时效处理后的重熔堆焊层的硬度不但明显得到提高而且耐磨性均优于原始堆焊层.相比较,经900 ℃×6 h时效处理后的重熔堆焊层耐磨性最好.     

冷喷涂Cu402F涂层激光重熔表面改性后摩擦学行为

目的研究激光重熔后冷喷涂Cu402F涂层在腐蚀介质中的摩擦学行为。方法采用冷喷涂技术在镍铝青铜9442合金上制备了厚度约为882.11μm的Cu402F涂层,并使用激光重熔技术对冷喷涂涂层进行表面改性。使用OM、SEM观察涂层截面与表面的微观形貌;使用XRD、X射线残余应力测试仪、多功能表面性能测试仪、多频直线往复磨蚀实验机,重点表征测试了涂层的组织、表面残余应力、摩擦学性能与磨蚀行为。结果激光重熔后的涂层分为表面重熔层、多孔的重熔过渡层以及冷喷涂遗传层。激光重熔前后,涂层的物相、残余应力均未发生较大变化。在20、50、100 N条件下,激光重熔态涂层的平均摩擦系数呈递增趋势,磨损率分别为1.01×10~(-2)、1.17×10~(-2)、1.34×10~(-2) mm~3/(N·m);由磨蚀实验可知,磨蚀是涂层表面产生钝化膜与钝化膜被破坏的此消彼长的过程,反映着摩擦与腐蚀的协同作用,涂层在磨蚀过程中,开路电位与摩擦系数呈正相关,说明激光重熔态涂层表面钝化膜产生的速度快于钝化膜被坏的速度。结论激光重熔保留了冷喷涂技术制备的Cu402F涂层的优点,同时激光重熔涂层上产生钝化膜的速度更快,有利于提高涂层的耐磨蚀性能。     

激光重熔Ni基WC涂层的组织与性能研究

研究了45钢为基体的Ni基WC涂层经激光重熔后形成涂层的显微组织、硬度和耐磨性.结果表明:涂层经激光重熔处理后,WC颗粒部分分解形成W_2C,同时形成新的硬质相和共晶组织.涂层中包含γ固溶体和W_2C、Ni_3B、Cr_73、Cr_(23)C_6和(Fe,Ni)_(23)C_6等化合物;有效地改善了涂层的性能.     

激光重熔Ni60/50%WC复合涂层的制备及性能

为消除Ni60/50%WC复合涂层的裂纹及孔洞等缺陷,采用CO₂激光器在45钢表面进行激光熔覆+重熔处理,利用商用着色探伤剂显示涂层裂纹,通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM/EDS)分析涂层的微观组织结构,采用显微硬度计及摩擦磨损试验机等测试复合涂层的硬度和耐磨性能。结果表明,激光重熔能达到二次排渣排气、愈合裂纹,改善表面粗糙度的目的;使用3.0 kW 的激光功率,350 mm/min的扫描速度,50%搭接率,5 g/min送粉量激光熔覆,辅以1.5 kW重熔功率,300 mm/min扫描速度,50%搭接率的重熔可以获得无裂纹的涂层;激光重熔能改善涂层组织的不均匀性,提高熔覆层的结晶度和致密性;重熔前后涂层的平均显微硬度分别为740.07和700.02 HV0.2,平均摩擦因数分别为0.475和0.462,磨损率分别为4.223×10^-15和4.874×10^-15 m³/(N·m)。     

An investigation on the microstructure and oxidation behavior of laser remelted air plasma sprayed thermal barrier coatings

NiCrAlY bond-coat was coated on Inconel 718 substrate by air plasma spraying (APS) followed by APS ZrO₂-8 wt.%Y₂O₃ as top-coat. Using CO₂ laser of different energy densities, ceramic top-coat surface was remelted. Laser remelting with high energy density (4 J/mm²) produced a dense microstructure over the whole thickness of top-coat, while low energy density (0.67 J/mm²) laser remelting produced a ~ 50 μm thick dense layer on the top-coat surface. It was found that the volume fraction of monoclinic phase decreased from 9% in as-sprayed coating to 4% and 3% after laser remelting with high and low energy density respectively. After isothermal oxidation at 1200 °C for 200 h, the thickness of oxide layer (TGO) in the sample produced by low energy density laser remelting was ~ 5.6 μm, which was thinner than that of oxide layer in as-sprayed (~ 7.6 μm) and high energy density laser remelted (~ 7.5 μm) samples. A uniform and continuous oxide layer was found to develop on the bond-coat surface after low energy density laser remelting. Thicker oxide layer containing Cr₂O₃, NiO and spinel oxides was observed in both as-sprayed and high energy density laser remelted coatings. After cyclic oxidation at 1200 °C for 240 h, the weight gain per unit area of as-sprayed coating was similar to that of high energy density laser remelted coating while a significantly smaller weight gain was found in low energy density laser remelted coating.     

等离子喷涂氧化锆涂层及激光重熔涂层的摩擦磨损性能

采用等离子喷涂制备了常规氧化锆涂层和纳米氧化锆涂层,并对制备的纳米氧化锆涂层进行了激光重熔处理,系统地研究了3种氧化锆涂层(常规、纳米和激光重熔涂层)在常温和高温下的摩擦磨损性能.结果表明,纳米氧化锆涂层耐磨性能明显优于常规氧化锆涂层,而激光重熔处理后的纳米氧化锆涂层在常温和高温下,都表现出最低的摩擦系数和最好的耐磨性能.这3种涂层的表面粗糙程度、涂层孔隙率和裂纹状况明显不同,从而表现出不同的摩擦磨损特性;说明纳米粉末等离子喷涂结合激光重熔技术是提高氧化锆涂层性能的有效方法.     

感应重熔和激光重熔合成FeCrMnAlCu高熵合金涂层组织与性能

采用冷喷涂辅助感应重熔和冷喷涂辅助激光重熔2种方法分别在45#钢表面制备FeCrMnAlCu高熵合金涂层。对高熵合金涂层的相组成、显微组织、硬度、耐磨性能进行表征与检测,研究2种工艺对涂层耐磨性能的影响。结果表明：2种工艺合成的FeCrMnAlCu高熵合金涂层均由体心立方（bcc）和面心立方（fcc）相组成,涂层组织致密,元素分布均匀。涂层微观组织均为树枝晶+枝晶间组织,枝晶区主要由Mn、Cr和Fe元素构成,枝晶间主要为Cu,Al元素均匀地分布在枝晶和枝晶间。冷喷涂辅助感应重熔合成的FeCrMnAlCu高熵合金涂层中bcc晶格应变大于激光重熔合成的高熵合金涂层的晶格应变。冷喷涂辅助感应重熔合成FeCrMnAlCu高熵合金涂层的显微硬度是冷喷涂辅助激光重熔合成涂层硬度的1.2倍,是45#钢基体硬度的3.5倍。FeCrMnAlCu高熵合金涂层在摩擦过程中主要以磨粒磨损为主,采用冷喷涂辅助感应重熔合成的FeCrMnAlCu高熵合金涂层具有良好的耐磨性能,其磨损率比冷喷涂辅助激光重熔合成涂层的磨损率降低29%。     

激光重熔对电弧喷涂含非晶相铁基涂层性能的影响

目的提高电弧喷涂含非晶相Fe基涂层的抗冲蚀及耐腐蚀性能。方法采用YAG脉冲激光器对电弧喷涂含非晶相Fe基涂层进行激光重熔处理。通过X-ray、SEM、冲蚀磨损和电化学等检测手段,研究该涂层重熔后的组织结构、冲蚀磨损性能和耐腐蚀性能。结果电弧喷涂含非晶相Fe基涂层经激光重熔后发生了晶化,并随着功率的增加,非晶含量降低,硬度也降低。重熔后,涂层与基体的结合方式由之前的机械咬合转变为冶金结合,涂层的致密度明显提高,组织缺陷减少。与喷涂层相比,0.3k W激光重熔涂层的抗冲蚀性能在30°攻角下可提高3倍,在90°攻角下可提高将近6倍。重熔层的冲蚀磨损机制在低冲角时以显微切削为主,高冲角时则以挤压破碎为主。随着激光功率的增加,重熔涂层的抗冲蚀性能降低。同时,在3.5%NaCl溶液中,重熔层的耐蚀性能随重熔激光功率的提高而提高,并且重熔层的腐蚀电流密度比喷涂层明显降低。结论激光重熔不但改善了电弧喷涂含非晶相Fe基涂层与基体间的结合状态,同时也增强了涂层的耐蚀和耐磨性能,是一种有效提升涂层性能的后处理工艺。