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。     

纳米结构Ni/Al2O3热喷涂喂料的制备及显微分析

采用化学包覆、喷雾造粒以及气体保护烧结等工艺,制备了纳米结构Ni/Al2O3热喷涂喂料.对喂料以及使用该喂料制备的等离子喷涂涂层的显微结构进行了分析,结果表明:化学包覆后,Ni/Al2 O3粒度约为100～200 nm,喂料为多孔的球形结构,直径约为20～50 μm.采用该喂料制备的涂层表面粗糙度约为50μm,内部呈现...     

超音速等离子喷涂纳米结构Al2O3-13%TiO2涂层的形成机理

采用超音速等离子喷涂方法制备了含纳米结构的Al2O3-13%TiO2涂层。对涂层的相变过程和显微结构的形成进行了分析。结果表明,涂层主要由完全熔融和不完全熔融两部分组成,不完全熔融的喂料中部分α-Al2O3未发生相变。涂层形成过程中晶粒熔融长大到100nm以上。Al2O3和TiO2之间存在Al2TiO5共晶组织和界面间原子尺度键合结构。     

激光熔覆纳米Al2O3增强等离子Al2O3+13%TiO2复合陶瓷涂层的组织结构及磨损性能

在45钢的Al2O3＋13％TiO2等离子涂层上进行了纳米Al2O3的激光熔覆试验，对制备的纳米复合陶瓷涂层进行了磨损性能测试与组织结构分析。试验表明：由于纳米材料的大量渗入与激光的双重作用．涂层原有的疏松、裂纹等缺陷得到极大改善，致密度极大提高，力学性能得到显著改善。磨损试验中，纳米涂层材料的去除持续、均匀，无脆断现象，磨损状况良好。     

喷雾造粒纳米结构喂料等离子喷涂过程温度特性

采用CCD热喷涂状态监测设备对采用喷雾造粒方法制备的纳米结构Al2O3-13%TiO2喂料在等离子喷涂过程中的温度特性进行了研究。结果表明,CCD设备清晰地捕捉到了飞行粒子,其流量呈近似正态分布。喂料的温度最高超过2600℃,当下降到熔点附近时出现再次升高现象,内部熔化材料随气体在局部喷发而流到表面是导致出现这一现象的主要原因。     

等离子喷涂纳米结构n-Al2O3/Ni涂层性能研究

采用化学方法在纳米Al2O3颗粒表面包覆了一层Ni，通过喷雾干燥法制成了纳米结构热喷涂喂料。采用等离子喷涂工艺在45钢试样上制备了纳米结构n-Al2O3／Ni涂层，并对涂层的性能和结构进行了试验分析。结果表明，粒子飞行过程中存在“爆破”及物质迁移现象；涂层结构疏松多孔，与基体平均结合强度低；喷涂过程发生了由α-Al2O3向У-Al2O3的转变；与电弧喷涂类似3Cr13钢成分涂层相比，n-Al2O3／Ni涂层耐磨性显著提高，摩擦系数降低，主要的磨损形式是伴随疲劳磨损的粘着磨损。     

等离子喷涂纳米Al2O3-13%TiO2陶瓷涂层的工艺研究

采用正交实验方法对等离子喷涂纳米Al2O3-13%TiO2陶瓷涂层的电压、电流及主气流量进行优化设计,并利用SEM、XRD对纳米Al2O3-13%TiO2复合粉和涂层进行检测和分析.结果表明,影响涂层热震性能的因素主次关系是电流>电压>主气流量;优化后的喷涂参数为电压60V,电流450A,主气流量40L/min,优化后纳米涂层的熔融、涂覆状态有所改善.喷涂时涂层中生成了γ-Al2O3,增加了涂层内的孔隙率,同时,Rutile-TiO2相转变成Brookite-TiO2相,增加了涂层中的内应力,加剧了裂纹的扩展,降低了涂层的抗热震性能.     

激光重熔等离子喷涂Al2O3–13 %TiO2涂层的组织结构

采用等离子喷涂方法制备Al2O3–13%TiO2涂层,对涂层进行激光重熔处理。利用电子扫描显微镜(SEM)观察涂层断口组织,金相截面组织和金相表面组织形貌,分析激光重熔处理后涂层的凝固过程。结果表明:激光重熔处理,使涂层由块状结构转变为平行排列,垂直于基体方向生长的柱状晶和柱状枝晶结构。由于金属基体温度低、散热快,使得陶瓷涂层上下温差大,诱发了陶瓷晶粒的定向生长,这是使陶瓷晶粒垂直于基体生长的主要原因。     

特征喷涂参数对等离子喷涂纳米 Al2 O3 -13%TiO2涂层微观结构及耐磨性能的影响

目的研究等离子喷涂纳米Al2O3-13%TiO2的特征喷涂参数(CPSP)对涂层微观结构及耐磨性能的影响,探索更合理的等离子喷涂工艺参数。方法采用等离子喷涂,在Q235钢表面制备过渡层为NiCrAl、陶瓷层为纳米Al2O3-13%TiO2的涂层系统。对涂层试样进行高温和常温磨损性能测试,并对比分析喷涂粉末、涂层的微观结构和相组成。结果纳米涂层为微观双模结构,由部分熔化区和完全熔化区组成,存在裂纹、孔隙等缺陷,其主要物相为α-Al2O3,γ-Al2O3和rutile-TiO2。纳米涂层磨损失效的主要原因是内部板条的分层剥落和涂层表面材料的塑性变形切削。结论随着CPSP的增大,纳米涂层的耐磨性能增强,且高温磨损性能较室温磨损性能为差。纳米Al2O3-13%TiO2涂层微观结构中部分熔化区结构和纳米晶粒的存在显著提高了涂层的耐磨性。     

激光烧结纳米Al2O3陶瓷的研究

纳米陶瓷材料具有许多优异的功能和特性,但在烧结过程中纳米颗粒容易长大,从而失去纳米特性.对激光烧结纳米陶瓷进行的理论和试验分析证明:利用激光烧结的方法,可使烧结陶瓷的晶粒保持在纳米尺度,从而为纳米材料在功能部件和结构部件等方面的应用提供了基础.     

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.     

等离子喷涂制备石墨烯/Al2O3+13%TiO2自润滑涂层及其性能研究

目的研究石墨烯和石墨对大气等离子喷涂制备的Al2O3+13%TiO_2(AT-13)陶瓷涂层力学性能和摩擦学性能的影响,探究作用机理。方法采用大气等离子喷涂制备石墨烯质量分数为1%的石墨烯/AT-13和石墨/AT-13复合陶瓷涂层及纯AT-13涂层,利用洛氏硬度计测试涂层的硬度,并通过压痕周围情况反映涂层的断裂韧性,采用往复式摩擦磨损试验机进行摩擦学性能测试,利用扫描电子显微镜观察涂层的微观形貌,并用其自带的能谱仪(EDS)分析元素分布,采用表面轮廓仪测量磨损表面形貌并计算磨损率,用X射线衍射仪分析喷涂前后涂层的物相变化,用拉曼光谱仪对喷涂前后石墨烯的结构变化进行表征。结果石墨烯/AT-13涂层具有良好的力学性能和摩擦学性能,其硬度提升了约10%,同时断裂韧性显著提升,摩擦系数和磨损率最多下降了13%和19%,并且随着载荷的增大,摩擦系数和磨损率呈下降趋势。石墨/AT-13涂层的硬度增加了约30%,但是断裂韧性显著降低,摩擦学性能的提升比较有限。石墨烯和石墨的加入都会改变AT-13涂层的物相组成和微观结构,复合涂层中Al2O3相增多,Al2Ti O5相则相对减少,同时复合涂层拥有更加致密的微观结构。此外拉曼光谱显示,经历热喷涂后,涂层中能够观察到石墨烯特征峰的存在,但是其结构发生了一定程度的氧化破坏。结论石墨烯可以显著提升AT-13涂层的摩擦学性能和力学性能。     

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Al2O3-13%TiO2复合陶瓷涂层的组织及热氧化性能的研究

采用大气等离子喷涂法在Q235钢上喷涂了常规微米、纳米Al2O3-13%TiO2复合涂层,对2种涂层进行了高温热氧化实验。利用XRD对比分析了2种涂层及其相应粉末的相组成,利用SEM观察了涂层的表面、截面形貌,并运用EDS对2种涂层的组分分布情况进行分析,比较2种涂层的不同结构及热氧化性能,初步探讨了涂层热氧化失效的原因。结果表明:2种粉末在喷涂之后,涂层中的α-Al2O3均有所减少,生成了γ-Al2O3,金红石TiO2相转变成了板钛矿型TiO2相,增加了涂层的内应力,加剧了裂纹的扩展;常规微米涂层中的孔洞细小但密集,纳米涂层中的孔洞较大但不密集,且大部分的气孔都存在于部分熔化区的内部;涂层在喷涂过程中所生成的气孔以及热氧化过程中由于热应力而产生的裂纹是造成涂层失效的直接原因。     

等离子喷涂Al2O3-13％TiO2涂层微观组织形貌分析

采用微米粉末和纳米粉末,分别在45钢表面等离子喷涂Al2O3-13%TiO2涂层,测定了涂层的显微硬度和孔隙率,分析了涂层的显微组织。结果表明;微米尺寸粉末制备的Al2O3-13%TiO2涂层具有明显的层状结构;纳米尺寸粉末制备的Al2O3-13%TiO2涂层中有大量的未熔和半熔化粒子,粒子间结合紧密,涂层孔隙率小。     

激光重熔纳米Al2O3-13%TiO2陶瓷涂层组织及性能

为了进一步提高等离子喷涂纳米Al2O3-13%TiO2(质量分数, 下同)复合陶瓷涂层的性能,在γ-TiAl基体材料表面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)和显微硬度计分析了涂层形貌、微观结构和显微硬度,同时对涂层的磨损特性进行了考察.结果表明,等离子喷涂纳米陶瓷涂层由纳米颗粒完全熔化区和部分熔化区两部分组成,仍然具有等离子喷涂态的典型层状结构.经过激光重熔后,形成了致密细小的等轴晶重熔区、烧结区和残余等离子喷涂区,由于激光快速加热和快速冷却加工特点,在重熔区仍保留了部分来源于原等离子喷涂部分熔化区的残留纳米粒子.与常规等离子喷涂陶瓷涂层相比,纳米结构涂层可在一定程度上提高其硬度和耐磨性,经过激光重熔后其硬度和耐磨性进一步提高.