热喷涂激光预处理的应用与影响研究进展

综述了激光预处理技术在热喷涂中的应用研究进展,通过调整激光工艺对基体进行清理或刻蚀处理,能够完成对基体表面的净化与粗化,提升涂层服役性能。分析了激光预处理对涂层性能的影响,激光预处理后能增强涂层在基体表面的机械结合,改善涂层/基体界面润湿,降低孔隙率。明确了激光预处理在热喷涂中存在的问题,并展望了其应用前景与研究方向。     

基于超声红外热波技术的再制造零件裂纹检测研究现状

再制造是制造的延续，再制造零件由涂覆层和已经服役过的基体组成，异质材料体系的添加以及二次服役使得再制造零件的安全面临巨大的挑战，辨识及表征再制造零件缺陷是再制造零件服役安全评价的重要难题。超声红外热波检测技术利用超声激励产生能量转化和热传导原理，通过采集材料表面和近表面的红外热图对缺陷结构进行反演表征，是热学无损检测技术中非常重要的研究方向。然而，由于涂层的存在，将红外热波技术用于再制造零件裂纹的评价表征也面临着新的理论难题。基于此，本文系统分析了再制造零件的特点，总结了超声红外热波的检测机理，详细综述了低频超声振动能量与裂纹缺陷耦合生热机制研究现状，其中，摩擦生热机制得到了较多的理论支持和试验验证。同时，概述了内部热异常信号向表面瞬态传导的规律。通过对多种超声红外热波的辨识理论的应用，可实现表面异常热波的辨识及准确表征的协同提升。最后，对表面裂纹、界面裂纹及基体裂纹检测的研究现状进行概述，并总结了超声红外热波技术在再制造零件缺陷检测方面的应用和亟待解决的问题。     

热喷涂层孔隙及对涂层性能影响的研究现状

孔隙是热喷涂层的一种重要结构缺陷,热喷涂层孔隙率是表征涂层致密程度的重要指标,也是评价涂层质量优劣的重要标准。孔隙率的高低直接影响涂层的服役性能,将涂层孔隙率控制在一定范围内,对提高涂层使用寿命、增强涂层的防护性能具有重要意义。总结了热喷涂层孔隙的形成机理、热喷涂层孔隙形成的影响因素、涂层孔隙率的测试方法,阐述了热喷涂层孔隙对涂层隔热性能、力学性能、腐蚀性能的影响,并展望了该领域未来的重点研究方向。     

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。     

热喷涂涂层缺陷形成机理与组织结构调控研究概述

热喷涂技术是再制造工程的关键支撑技术之一,在高端装备零部件防磨抗蚀方面发挥着重要作用,是延长损伤零部件服役寿命的重要手段。热喷涂技术主要应用于装备零部件的表面防护、尺寸恢复和增材制造,在航空航天、燃气轮机、石油化工、交通运输等领域具有广阔的应用前景和发展空间。然而,随着复杂工况条件下高端装备对涂层性能要求的不断提高以及其他表面技术的蓬勃发展,热喷涂技术面临着提高涂层质量和性能的挑战。就涂层可靠性而言,由于热喷涂涂层层间结合有限、内部缺陷复杂,导致热喷涂涂层,特别是敏感材料的涂层质量通常不稳定,涂层抗拉、抗扭以及抗剪切性能较差,无法应用于高速、重载等环境。因此,阐明热喷涂涂层的缺陷形成机理,发展热喷涂涂层组织结构调控的新方法是近期热喷涂领域的研究热点和重要方向。国内外众多学者通过多年深入研究,采用SEM、TEM、MIP、XMT等手段表征了热喷涂涂层内部缺陷的形成机制与分布规律,建立了涂层微观结构参量与涂层重要力学指标间的映射关系模型,证实了涂层内部固有微观缺陷是限制涂层性能提升的关键症结。为突破制约涂层性能提升的瓶颈,研究者们致力于热喷涂涂层后处理理论及工艺研究,从组织结构调控的角度出发,改善涂层的性能。目前所采用的后处理方法主要包括重熔处理、退火处理、热等静压、喷丸和滚压强化等,有力地消除或减少了涂层内部的贯通孔隙,提高了粒子间的边界融合,改善了涂层内部残余应力的分布状况,提升了涂层的力学性能、耐磨损及抗腐蚀性能。但是从实际应用的角度考虑,目前采用的后处理方法的处理温度通常较高,装备零部件长时间处于高温处理环境,可能会使涂层或基体材料的组织劣化,失去组织结构调控的意义。所以,现有热喷涂涂层组织结构调控方法的应用范围有限,针对热喷涂涂层的孔隙、裂纹等缺陷的改善尚无万全之策,仍需研究和发展涂层组织结构调控的新理论、新方法。高密度脉冲电流处理是一种对材料的极端非平衡处理过程,国内外学者在电致塑性、电致损伤愈合、电致晶粒细化等方面做了大量研究工作,并取得了丰硕的成果。从理论上讲,对于非均质的热喷涂涂层而言,由组织结构取向差异造成的内部电流场分布不均,在缺陷或夹杂周围会发生绕流集中现象,在脉冲电流的电、热、力效应耦合作用下有望提高涂层的均一性和致密性,实现涂层组织结构的调控和使役性能的改善。本文归纳了热喷涂涂层制备技术的优缺点、涂层缺陷形成机理及其对性能的影响规律,分析了现有涂层组织结构调控方法的利弊,介绍了脉冲电流在金属材料中的电、热、力效应,总结并分析了高密度脉冲电流处理方法在实现非均质热喷涂涂层组织结构调控和性能提升方面的理论可行性,并进行了初步实验验证,以期为丰富热喷涂涂层后处理方法、拓展热喷涂技术的应用领域提供参考。     

热喷涂粒子氧化机理分析及其保护方法概述

热喷涂涂层由大量撞击到基体后变形铺展的扁平粒子堆积而成, 热喷涂过程中粒子的氧化对涂层的相组成、微观组织以及涂层性能都会有较大影响.本文综述了热喷涂粒子在喷涂过程中的氧化机理及减少粒子氧化的方法.     

热喷涂Zn-Al合金防腐涂层技术的研究进展

热喷涂Zn-Al合金涂层技术是一项新发展起来的防腐技术.介绍了近年来分别利用火焰喷涂技术和电弧喷涂技术制备Zn-Al合金涂层及其喷涂材料的研究应用现状,分析了涂层的形成及其耐蚀机理,并展望了热喷涂Zn-Al合金涂层技术的发展趋势.     

热喷涂成形过程热量累积行为与温度控制研究现状

热喷涂技术作为零部件表面强化的重要技术,在提升零部件耐磨、耐腐蚀、耐高温等综合性能,延长零部件的使用寿命等方面发挥着重要作用。但热喷涂成形过程中焰流温度高、能量密度集中易使涂层/基体体系累积大量热量,进而导致涂层出现热裂纹甚至开裂、剥落等现象,降低涂层的服役可靠性和缩短涂层的工作寿命。针对热量累积造成涂层质量下降的问题,目前研究焦点为探究热喷涂成形过程热量累积行为并对涂层/基体体系进行温度场监控,以掌握体系温度场动态变化过程。根据体系热量累积规律,调节喷涂工艺参数并加载冷媒介质来实现涂层成形过程的温度控制是提升涂层成形质量的重要方法,为涂层成形过程创造良好的外界环境,解决涂层/基体热量累积的难题。近年来研究人员综合应用数值模拟与实验测试方法探究热喷涂成形过程中涂层/基体体系热量累积行为,研究其温度演变规律。基于数值模拟高效率、形象直观的特点,研究静态喷枪在不同喷涂距离、不同基体物性参数等条件下基体表面与截面温度场分布。在此基础上,研究动态喷枪不同加热运动轨迹对体系热量累积的影响,以及考虑涂层动态逐层搭接堆垛过程体系的温度变化。本文还归纳了多种测温设备在基体/涂层体系温度测量中的适用性及优缺点。还有学者分析了喷枪移动速度与运动轨迹对体系热量累积的影响,并力图通过控制喷涂工艺使体系温度处于合适范围。在综合对比压缩空气冷却、水冷却与干冰喷射冷却等不同冷媒介质对体系温度控制优缺点的基础上,提出干冰冷却具有洁净与散热的双重作用,可大幅度提升涂层的综合性能。本文归纳了热喷涂成形过程热量累积行为与温度控制的研究现状,其中热量累积行为研究主要通过数值模拟与实验测试进行,而温度控制主要是基于喷涂工艺优化与采用合适的冷媒介质冷却展开,分析了目前理论研究与实验测试中的不足。总体上,数值模拟在预测喷涂成形过程中涂层/基体体系的温度场演变规律,特别是针对喷涂件形状不规则或喷枪运动轨迹复杂的场合具有广阔的应用前景。     

碳钢热喷涂镍沉积凝固过程热力耦合场的数值模拟及温度应力场的分布规律

为了进一步弄清热喷涂残余应力产生的机理、预测与控制技术,以碳钢表面热喷涂镍为例,对镍沉积凝固冷却过程进行了合理的假设和简化。利用ANSYS平台,采用热力耦合计算,模拟了涂层冷却过程,获得了温度场和应力场分布规律,分析了涂层上某些特征点的温度和应力随时间变化的情况,并探讨了基体预热温度和涂层厚度对涂层/基体界面应力的影响。结果表明,涂层温度沿中心向边缘逐渐降低,随时间延长呈降低趋势;基体温度随时间的变化呈先增加后降低趋势;涂层主要承受残余压应力作用,随基体温度升高,残余应力呈减小趋势,随涂层厚度增加,残余应力呈增大趋势。     

混凝土表面热喷涂陶瓷防护涂层的可行性试验研究

针对水泥混凝土长期耐久性防护的迫切需求,将热喷涂技术创新性引入混凝土表面防护领域.通过涂层与基体附着力及粘结面微观结构的初步测试,试验验证了混凝土表面等离子热喷涂陶瓷涂层的可行性.结果表明,通过原材料优选与热喷涂工艺优化,热喷涂过程的瞬间高温对混凝土基体并无损伤.涂层总厚度约0.3 mm,表面结构相对完整均匀,但未能完全封闭基体表面原有的大孔洞.热喷涂层与混凝土基体界面粘接良好,平均附着力达3.88 MPa,超过了基体本身的抗拉强度.涂层依靠物理抓固与基体粘接,微观结构相对致密、无明显空洞或缺陷.研究旨在拓宽热喷涂应用领域及混凝土功能防护涂层材料技术体系,提升混凝土耐磨、防腐及热防护等综合保障能力.     

等离子喷涂氧化铝涂层界面状态和结合性能的研究

采用相同的等离子喷涂工艺参数对TC4钛合金、45钢、6061铝合金和纯铜等不同基材进行了等离子喷涂工艺试验.利用金相显微镜和扫描电镜观察了涂层组织的界面结合状态,测试了不同基材上涂层的结合强度,分析了基材性质不同对涂层残余应力、界面组织状态和结合强度性能的影响规律.结果表明:基材的热膨胀系数、导热系数、比热容等物性参数...     

Bioceramic coating of hydroxyapatite on titanium substrate with Nd-YAG laser

The ability to bond to bone tissue is a unique property of bioactive ceramics. Hydroxyapatite (HAp) is one of the potential bioceramics candidates due to its superior bio-compatibility. Significant effort has been devoted to coat HAp ceramics on metallic substrates. Most of these processes, such as ion-beam sputter coating, thermal spraying, and flame spraying, are high temperature line of sight processes, which suffer from undesirable phase formation and weak metal/HAP bonding strength. This paper presents a unique process to coat HAp powders on titanium substrates at low temperature and enhance the coating/substrate interface by laser surface engineering. Nd-YAG laser transmits HAp powders and the laser power is absorbed by titanium substrate to produce a thin layer of molten region. During coating process, HAp powders are kept at low temperature before they are entrapped in metallic layer. Scanning electron microscope (SEM) was used to investigate the microstructure of coating; the chemical composition of the coating is determined by energy dispersive spectrometry (EDS). Mechanical properties of the interface between coating and Ti substrate were investigated by nanoindentation.     

冷喷涂技术研究进展及其在舰船领域的应用

冷喷涂作为一种低温固态成型技术,具有基材热影响小、粉末材料不易氧化、沉积效率高等特点,可用于金属防护涂层制备、零部件修复和增材制造。首先从冷喷涂系统、喷涂材料、喷涂工艺3个方面介绍了冷喷涂技术的特点;其次总结了近年来冷喷涂技术在粉末材料设计、涂层结合机理、组织结构与性能调控方面的研究进展;然后,详述了冷喷涂技术在国外海军舰船领域的应用情况;最后,简述了冷喷涂技术在我国海军舰船领域的研究及应用情况,并对其未来发展方向进行了展望,以期提高我国海军舰船装备腐蚀防护及维修保障能力。     

等离子喷涂工艺参数对FeCrBSi合金涂层结合强度的影响

采用等离子喷涂工艺在Q235钢基体上直接制备了FeCrBSi合金涂层,使用正交试验法研究了喷涂工艺参数对涂层结合强度的影响,并对喷涂工艺参数进行了优化,同时在优化参数的基础上进一步研究了涂层厚度对结合强度的影响。结果表明：等离子喷涂制备FeCrBSi合金涂层的最佳工艺参数为喷涂电流900A,主气流量44．8L·min-1,辅气流量27．8L·min-1,喷涂距离110mm;采用最佳工艺制备的涂层与基体的结合强度为18．2MPa,内聚强度为33．5MPa;随着涂层厚度的增加,涂层与基体的结合强度明显下降,而涂层的内聚强度先上升后下降,较佳的涂层厚度为347．2μm。     

Formation of high heat resistant coatings by using gas tunnel type plasma spraying

Zirconia sprayed coatings are widely used as thermal barrier coatings (TBC) for high temperature protection of metallic structures. However, their use in diesel engine combustion chamber components has the long run durability problems, such as the spallation at the interface between the coating and substrate due to the interface oxidation. Although zirconia coatings have been used in many applications, the interface spallation problem is still waiting to be solved under the critical conditions such as high temperature and high corrosion environment. The gas tunnel type plasma spraying developed by the author can make high quality ceramic coatings such as Al2O3 and ZrO2 coating compared to other plasma spraying method. A high hardness ceramic coating such as Al2O3 coating by the gas tunnel type plasma spraying, were investigated in the previous study. The Vickers hardness of the zirconia (ZrO2) coating increased with decreasing spraying distance, and a higher Vickers hardness of about Hv = 1200 could be obtained at a shorter spraying distance of L = 30 mm. ZrO2 coating formed has a high hardness layer at the surface side, which shows the graded functionality of hardness. In this study, ZrO2 composite coatings (TBCs) with Al2O3 were deposited on SS304 substrates by gas tunnel type plasma spraying. The performance such as the mechanical properties, thermal behavior and high temperature oxidation resistance of the functionally graded TBCs was investigated and discussed. The resultant coating samples with different spraying powders and thickness are compared in their corrosion resistance with coating thickness as variables. Corrosion potential was measured and analyzed corresponding to the microstructure of the coatings. Keywords: High Heat Resistant Coatings, Gas Tunnel Type Plasma Spraying, Hardness,     

低压等离子喷涂技术及研究现状

低压等离子喷涂作为一种热喷涂技术,相比于传统的大气等离子喷涂技术以及气相物理沉积,可制备更加纯净、更为致密、结合强度更高的涂层。主要介绍了低压等离子喷涂的原理、分类及特征,回顾了低压等离子喷涂的产生及发展历程,并与等离子喷涂、超低压等离子喷涂和等离子喷射沉积相比较,分析了其在涂层制备上的独特优势。进一步叙述了低压等离子喷涂技术在制备热障涂层、燃料电池、太阳能、半导体等领域的国内外研究及应用情况,并对其发展进行了展望,指出低压等离子喷涂技术未来的重点发展方向在于对等离子喷涂焰流与材料基板作用机理进行深入研究,以及与其他前沿技术进行复合。     

等离子喷涂WC-12Co涂层的组织与性能

为了提高WC-12Co涂层的喷涂质量,采用大气等离子喷涂(APS)方法在Q235钢基体上制备WC-12Co复合涂层,探讨了不同工艺参数下涂层的组织与性能,用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和能谱仪(EDS)研究涂层形貌和微观组织及涂层成分演变规律,采用显微硬度计测试涂层显微硬度。结果表明:涂层主要由WC和W2C以及少量的Co3W3C和Co6W6C相组成;涂层主要以机械结合方式为主,厚度大约在300μm,粘结层厚度约为60μm。该试验最优工艺参数为电流300 A,送粉率50 g/min,喷涂距离110 mm;优化后涂层硬度为1 169HV0.5 N,孔隙率为3.6%。     

电磁轨道失效与表面喷涂Mo技术研究

为提高电磁轨道材料性能,采用等离子喷涂技术在45CrNiMoVA钢表面制备了Mo涂层,观察了涂层显微形貌,测试了显微硬度和载流摩擦磨损性能,并与基体进行了比较。结果表明:Mo涂层显微硬度平均值为482.3HV1 N,比基体45CrNiMoVA钢硬度提高1倍。涂层与基体结合强度为41.5 MPa,结合方式为机械结合;同等载流摩擦磨损试验条件下,与基体45CrNiMoVA钢相比,Mo涂层磨合时间较短,摩擦系数更小(0.6),耐电弧烧蚀能力强,磨损量小;涂层磨损机理为断续式黏着磨损。     

等离子喷涂参数对钽涂层组织及性能的影响

采用等离子喷涂法制备了钽金属涂层，用电子显微镜分析了不同工艺条件下钽涂层的化学成分、表面形貌，测试了涂层与基材的结合强度。结果表明，采用优化的等离子喷涂工艺参数，可以制取组织致密、厚度均匀的钽涂层；钽粉的颗粒尺寸对材料的熔化状态影响较大；在试验的喷距范围内，喷距对粉末的熔化状态和涂层结合强度均无明显影响。