热喷涂陶瓷-树脂复合涂层的研究现状

陶瓷-树脂复合涂层兼具陶瓷材料和树脂材料的优异性能,具有良好的力学性能、摩擦磨损性能、耐腐蚀性能等,可用于防腐、减摩等领域,是当前热喷涂领域的新兴研究方向。如在先进航空发动机制造领域,通过在陶瓷涂层中添加树脂材料以增加涂层孔隙率,使高温可磨耗封严涂层的可磨耗性显著提升。然而,陶瓷与树脂的热物理性质和化学性质差异较大,导致复合涂层沉积时粒子的熔融沉积行为呈现复杂多样性,对涂层性能的影响规律尚不清晰。目前,国内外对陶瓷-树脂复合涂层的制备和应用开展了大量的研究,在不同热喷涂方法下,陶瓷材料和树脂材料对复合涂层结构、性能的影响取得了显著成果。基于此,本文综述了采用火焰喷涂、等离子喷涂、反应等离子喷涂三种热喷涂技术制备陶瓷-树脂复合涂层的国内外相关研究;比较分析了喷涂过程中,不同热喷涂技术对陶瓷材料与树脂材料的影响规律;梳理了等离子喷涂工艺的优化方法;展望了未来陶瓷-树脂复合涂层的研究重点与应用方向。     

等离子喷涂HA/Ti复合涂层研究 I.结构、组成和力学性能

采用等离子喷涂方法,在Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ基体上成功地制备了ＨＡ／Ｔｉ复合涂层,并对复合涂层的微观结构,相组成和力学性能进行了研究。结果表明,ＨＡ和Ｔｉ两相均匀地分布于复合涂层中。ＨＡ／Ｔｉ复合涂层的结合强度明显高于纯ＨＡ涂层,这主要是由于ＨＡ／Ｔｉ的复合和了涂层与基体之间的热膨胀系数失配,ＨＡ／Ｔｉ复合涂层在模拟体液中浸泡一段时间后,结合强度没有明显降低,ＨＡ／Ｔｉ复合涂层的断裂韧性和硬度均高于Ｈ     

陶瓷热障涂层的研究

研究了用等离子喷涂工艺制备的不同组分、结构的ＺｒＯ２热障梯度涂层,在２．５马赫、１８００℃、５８００ｋＷ／ｍ＾２的热流冲刷５ｓ后,涂层表面仍较光滑,与烧蚀前无明显差别,更无剥落、崩裂现象,平均每毫米隔热涂层降温约４０２．２℃     

等离子喷涂Al_2O_3-30%TiO_2微米/纳米复合涂层的结构与耐磨性能

采用溶胶-凝胶法合成了不同粒径的Al2O3-30%(质量分数)TiO2纳米复合粉体,用喷雾干燥法对合成粉体进行喷雾造粒,造粒后的粉体通过等离子喷涂制备Al2O3/TiO2复合涂层,最后对涂层结构和性能进行了表征。涂层结构和形貌分析表明制备的涂层具有微米/纳米复合结构,初始粉体粒径对涂层的结构和致密度影响很小;涂层摩擦学性能测试表明复合涂层的磨损率随初始粉体粒径的增大而减小,初始粉体粒径为100nm左右时,复合涂层的磨损率最低。复合涂层的磨损机制为裂纹扩展导致的磨损剥落。     

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。     

反应等离子喷涂TiN陶瓷涂层

采用气道型反应等离子喷涂技术,制备了TiN陶瓷涂层,通过XRD、SEM等手段对陶瓷涂层进行了相分析和横断面形貌分析。结果表明,陶瓷涂层主要由TiN相组成,并含有微量复杂成分的氧化物;TiN陶瓷涂层具有典型的层状组织结构,且层与层之间结合较好;显微压痕和断口显示TiN涂层的韧性较Al2O3涂层有明显提高。     

PTFE复合涂层的摩擦学性能及疏水性能研究现状

聚四氟乙烯(PTFE)具有优良的自润滑性能、耐化学腐蚀性能和介电性能,以及优异的高低温稳定性和化学稳定性。此外,PTFE还具有优异的超疏水性能,人工制备的超疏水表面在诸多领域有着广阔的应用前景,但单一的PTFE硬度较低、耐磨性差。本文综述了国内外近些年使用碳材料或聚合物对PTFE进行填充改性,并利用表面工程技术制备复合涂层以改善摩擦学性能及疏水性能方面的研究进展,并对未来PTFE复合涂层的研究方向进行了展望。     

陶瓷/金属等离子涂层显微组织特征及其图像分析

用扫描电镜和能谱仪研究了ZrO2陶瓷与NiCrAl金属等离子喷涂形成梯度涂层的显微组织特征；扫描电镜联机图像分析系统软件作为涂层质量的一种检验方法，对涂层特征显微组织进行了图像处理，对成分和孔隙率进行了定量计算，通过对计算结果的方差分析，对等离子喷涂工艺参数的调整提出了参考意见和措施。     

等离子喷涂TiC-Graphite复合涂层摩擦磨损性能

等离子喷涂TiC涂层具有良好的综合性能, 在极端环境能起到较好的耐磨保护作用, 而石墨是一种优异的自润滑材料。通过喷雾干燥与真空烧结技术制备不同石墨添加量(1.25%、2.5%、5%和10%, 质量分数)的TiC-Graphite球形粉体, 并采用大气等离子喷涂技术制备TiC-Graphite复合涂层。对涂层的相组成、显微结构和力学性能进行了表征, 并对涂层的摩擦磨损性能进行了比较研究。结果发现, TiC-Graphite涂层主要由TiC和石墨相组成。随石墨添加量增大, TiC-Graphite涂层截面微裂纹增多, 表面粗糙度增大, 硬度下降。石墨对TiC涂层在高载荷的磨损性能影响更显著。在50 N高载荷条件, 随石墨添加量增大, TiC-Graphite涂层磨损率降低后急剧增大, 而摩擦系数持续减小。当石墨添加量为2.5%时, 涂层获得最低的磨损率为0.67×10^-5 mm³/(N·m), 同时具有较低的摩擦系数(0.35), 与不添加石墨的TiC涂层相比, 分别降低了72.4%和27.8%。     

反应等离子喷涂TiC/Fe涂层的摩擦磨损性能研究

采用等离子喷涂前驱体热分解技术制备的Fe-Ti-C系反应热喷涂粉末,在低碳钢基体上沉积TiC/Fe金属陶瓷复合涂层.利用SEM和X射线衍射仪对涂层的显微组织结构、磨损表面及其相组成进行分析;采用SRV型往复式摩擦磨损试验机评价喷涂涂层的摩擦磨损性能.结果表明: TiC理论含量为53%(质量分数)TiC/Fe金属陶瓷涂层的耐磨粒磨损性能较好,相比基体提高了约25倍;反应等离子喷涂TiC/Fe陶瓷涂层的磨损机制主要为粘着磨损和轻微的剥落.     

热喷涂金属陶瓷涂层复合磨损失效机制

热喷涂金属陶瓷涂层由于具有优异的耐磨性能,广泛应用于机械零部件的性能提升。热喷涂金属陶瓷涂层在复杂工况中服役时,在多种外界因素的复合作用下,会发生由磨粒磨损、腐蚀磨损、冲蚀磨损、疲劳磨损中的一种或几种作用导致的失效。结合涂层的服役工况和其自身结构特点归纳分析了热喷涂金属陶瓷涂层的复合磨损失效机制,并对热喷涂金属陶瓷涂层复合磨损失效研究的发展方向进行了展望。     

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.     

n-Al2O3/Ni复合镀层的组织与滑动磨损性能研究

用电刷镀技术制得了镍基n-Al2O3复合镀层，并对镀层的滑动磨损性能进行了试验研究。纳米复合镀层的表面形貌比较细腻，镀层中纳米粒子分布均匀，与基质金属结合紧密。镀层显微硬度达到HV700，比快速镍镀层提高约40％。滑动磨损试验结果表明，随着纳米粒子含量的增大，镀层的耐磨性提高，摩擦系数也呈增大趋势；但当镀层中n-Al2O3粒子的超过2.56%(质量分数）时，镀层的耐磨性显著下降。纳米复合镀层的磨损机制以疲劳磨损为主，而快速镍底层以粘着磨损为主。     

自动化n-SiC/Ni复合电刷镀层的高温摩擦性能研究

采用自主研制的自动化电刷镀技术制得n-SiC/Ni复合电刷镀镀层.对比研究了手动与自动复合电刷镀镀层的组织与摩擦磨损性能.相对于手动电刷镀镀层,自动化镀层表面形貌更加均匀细化,组织更加致密,显微硬度更高.高温滑动摩擦磨损实验表明:相对于手动电刷镀镀层,自动化镀层拥有更好的耐磨性能.     

SiC_p/A356复合材料微弧氧化陶瓷膜的生长规律与性能EI北大核心CSCD

采用微弧氧化法在SiC_p/A356复合材料表面沉积获得连续致密的陶瓷膜,测定了陶瓷膜的生长曲线和显微硬度,利用SEM与XRD分析了陶瓷膜的组织形貌和相组成,考察了金属基复合材料微弧氧化膜的耐磨和防腐性能。结果表明:SiC增强体阻碍了微弧氧化膜的生长,但它并未破坏其完整性;微弧氧化处理初始阶段,陶瓷膜生长方式以向外生长为主,陶瓷膜主要由γ-Al_2O_3相组成;30min后,向外生长逐渐变慢,向内生长开始增强;处理20min之后,陶瓷膜主要由γ-Al_2O_3,α-Al_2O_3相和莫来石相构成;膜层耐磨性良好,耐腐蚀性能得到明显改善。     

常用的牙科用复合光敏树脂的摩擦学性能研究

采用Charisma、Elitefil、TPH、Veridonfil4种常用的牙科用复合光敏树脂材料，对其颗粒含量、断裂韧性、以及表面硬度进行了测量，并在球-面往复摩擦磨损试验机上考察了4种牙科用复合光敏树脂材料的摩擦磨损特性。结果表明：TPH具有最低的摩擦系数，Charisma、Elitefil、Veridonfil的摩擦系数均较低；在相同条件下，TPH具有较高的断裂韧性和耐磨性。摩损机理主要表现为由树脂机体摩损和塑性变形引起的颗粒脱落和磨粒磨损。     

SiC复合微弧氧化陶瓷层制备及其摩擦学性能

通过在电解液中添加SiC纳米颗粒的方法,利用微弧氧化技术在ZL109铝合金上制备复合陶瓷层,研究SiC复合微弧氧化陶瓷层的微观结构和摩擦学性能。研究结果显示,SiC纳米颗粒进入到微弧氧化陶瓷层中形成了复合陶瓷层,复合陶瓷层主要由α-Al2O3、γ-Al2O3和SiC三相组成;与普通的微弧氧化陶瓷层相比,SiC复合陶瓷层的表面更加平整,硬度提高了20.4%;SiC复合陶瓷层在高速往复式摩擦磨损实验中的摩擦系数降低了22%、磨痕宽度减小了34.7%。分析表明,复合陶瓷层硬度的提高和导热性的增强是改善摩擦磨损性能的主要原因。     

等离子喷涂纳米莫来石基复合吸波涂层性能研究

应用喷雾造粒技术制备了Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂、C与莫来石复合吸波粉末, 并采用等离子喷涂技术制备了复合吸波涂层. 在涂层沉积过程中, 吸收剂相的C发生反应, 滑石相高温氧化、分解, 生成原顽辉石. 实验结果表明, 结合强度随涂层厚度增加而降低, 0.8mm时达到2MPa. 并用小波分析方法得出涂层断裂源为晶界玻璃相. 涂层中新生成相的成分增加了涂层的介质损耗性能, 使得涂层的电磁波反射性能下降, 并向高频部分偏移, 随涂层厚度的增加, 反射率曲线向低频移动, 所制备涂层在0.8mm时在15～18GHz之间均小于-5dB.