纳米Al2O3-40％TlO2复相陶瓷颗粒增强镍基合金复合涂层的摩擦学性能

运用等离子喷涂技术在7005铝合金表面制备Al2O3-40%TiO2纳米结构颗粒增强镍基合金复合涂层,分析其微观结构,研究其在不同载荷和速度条件下的摩擦磨损性能。结果表明：复合涂层主要由γ-Ni、α-Al2O3、γ-Al2O3和金红石型-TiO2等相组成,其摩擦因数和磨损失重较镍基合金涂层显著降低。在轻载3 N 时,复合涂层磨损表面的接触应力较低,主要发生微观切削磨损;当载荷上升至6~12 N时,接触应力高于磨损表面的弹性极限应力,复合涂层的磨损机理变为多次塑变磨损、微观脆性断裂磨损和磨粒磨损。随着速度的增大,磨损表面的接触温度逐渐升高,复合涂层以多次塑变磨损、疲劳磨损和粘着磨损为主。     

TiC颗粒增强镍基合金复合涂层的摩擦学性能(英文)

运用等离子喷涂技术制备了TiC颗粒增强镍基合金复合涂层,分析了TiC颗粒增强镍基合金复合涂层的微观结构,研究了其摩擦磨损行为与机理。结果表明:TiC颗粒增强镍基合金复合涂层主要由γ-Ni,CrB,Cr7C3和TiC构成;复合涂层与基底材料间形成了厚度为9.4μm的过渡层,达到了冶金结合。当TiC颗粒含量为30%(体积分数)时,复合涂层的摩擦系数和磨损率均最低,即其摩擦系数为0.33,较纯镍基合金涂层降低了30%;其磨损率为0.3×10-3mm3/m,是纯镍基合金涂层的1/3。当载荷在6～10N的范围内时,复合涂层呈轻微磨损,其磨损机理主要为粘着磨损;当载荷达到12N时,复合涂层产生严重磨损,其磨损机制转变为硬质相的脱落和转移层的层脱剥落。     

喷涂参数对Al2O3-13wt% TiO2纳米涂层组织和性能的影响

研究了等离子喷涂特征参数(CPSP)对Al2O3-13wt%TiO2纳米涂层相组成、微观组织和性能的影响.结果表明,纳米涂层含有αAl2O3、γ-Al2O3和金红石结构TiO2,其微观组织由全熔柱状晶区域和纳米结构的部分熔化区域组成.部分熔化区形貌与CPSP有关,低CPSP时主要为球状和部分条状,高CPSP条件下基本上都是不规则条状或块状.随CPSP增加,纳米涂层的结构缺陷减少,致密度提高.不同CPSP获得的纳米涂层的显微硬度和韧性均高于传统涂层,但CPSP过低或过高时,涂层中结构缺陷或结晶相较多,导致硬度和韧性降低.纳米涂层的耐磨性也随CPSP的变化而改变,并与涂层的组织、硬度和韧性的变化相对应.     

激光熔覆纳米Al2O3等离子喷涂陶瓷涂层

采用X射线衍射仪、扫描电镜和显微硬度计研究了45#钢表面激光熔覆纳米Al2O3改性Al2O3 13%TiO2(质量分数)陶瓷涂层的相组成、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,激光重熔区亚稳相γ-Al2O3转变成稳定相α-Al2O3,熔覆层由粗颗粒α-Al2O3和TiO2以及纳米α-Al2O颗粒组成,在激光的作用下,等离子喷涂层的片层状结构得以消除; 纳米Al2O3颗粒仍然保持在纳米尺度,填充在涂层的大颗粒之间,使涂层致密化程度得以提高,因此纳米Al2O3改性涂层的显微硬度较高,且其耐磨性能明显优于等离子喷涂层.     

钛合金表面等离子喷涂Al2O3-40%TiO2陶瓷涂层的高温摩擦磨损性能

目的 研究温度对钛合金表面Al2O3-40%TiO2陶瓷涂层摩擦磨损性能的影响,探讨涂层在高温下的摩擦磨损机理。方法 采用大气等离子喷涂技术(APS)在TC4钛合金表面制备Al2O3-40%TiO2(AT40)陶瓷涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)和能量分散谱仪(EDS),对AT40陶瓷涂层中的微观形貌和物相进行定性分析。借助维氏显微硬度计,研究 AT40陶瓷涂层在常温下的截面显微硬度分布规律,以及高温下的显微硬度。采用多功能摩擦磨损试验机,测试AT40陶瓷涂层在200、350、500 ℃下的摩擦磨损性能,并进行原位在线自动3D形貌表征。结果 AT40陶瓷涂层呈典型的热喷涂层状结构,各相分布均匀,涂层结构致密,平均显微硬度相较于TC4钛合金基材提高了81%。AT40陶瓷涂层在200、350、500 ℃下的高温硬度分别为513HV0.3、463HV0.3、448HV0.3。在200、350 ℃时,AT40陶瓷涂层的平均摩擦系数分别为0.18±0.02和0.38±0.03,磨损率分别为(7.8±0.01)×10^–5 mm³/(N.m)和(37.2±0.01)×10^–5 mm³/(N.m),涂层具有优异的抗高温摩擦磨损性能。500 ℃时,涂层的平均摩擦系数和磨损率分别为0.77±0.02和(134.4±0.01)×10^–5 mm³/(N.m),磨痕深度和磨损体积大幅增加,耐磨性能降低。结论 AT40陶瓷涂层在200 ℃和350 ℃的磨损机制主要为微区脆性断裂,在500 ℃时的磨损机制表现为裂纹扩展引起的分层剥落和轻微磨料磨损。     

石墨/TiC改性镍基合金复合涂层的摩擦学性能

为降低纯镍基合金涂层在高接触应力下的摩擦因数并进一步提高其耐磨性能,运用等离子喷涂技术在45#钢表面制备石墨/TiC协同改性镍基合金复合涂层。结果表明：复合涂层的摩擦因数较纯镍基合金涂层降低47.45%,磨损质量降低59.1%。纯镍基合金涂层与GCr15钢对摩时,表面产生明显的滑移和粘着变形,从而使纯镍基合金涂层表现出多次塑变磨损和粘着磨损。在复合涂层的磨损表面形成较软的、富含石墨和铁氧化物的转移层,使得其摩擦因数显著降低,质量磨损大为减少。复合涂层的磨损机理主要为转移层的疲劳剥落。     

等离子喷涂Al2O3陶瓷涂层的冲蚀磨损特性

研究了在固体颗粒冲蚀条件下,不同冲击速度、不同磨料尺寸等因素对等离子喷涂Al2O3陶瓷涂层冲蚀磨损率的影响,并在不同条件下与20号钢进行了对比试验,分析了等离子喷涂Al2O3陶瓷涂层的冲蚀磨损特性及磨损机理,提出等离子喷涂Al2O3陶瓷涂层具有脆性特征的冲蚀磨损特性,它适用于细磨料低速冲蚀磨损条件.     

纳米 Al2 O3 等离子喷涂涂层的制备及性能分析

目的对比研究微/纳米Al2O3等离子喷涂涂层的组织、力学及摩擦磨损行为。方法以纳米Al2O3粉末为原料,利用喷雾干燥法制备出粒径分布在35~75μm的喷涂喂料,采用等离子喷涂技术在20钢基体上制备纳米Al2O3涂层。采用商用微米Al2O3喂料,以相同的喷涂工艺制备出微米Al2O3涂层。对粉末、涂层的显微结构及涂层的磨损形貌进行表征,对比分析两种涂层的组织、力学性能和摩擦磨损行为。结果与微米Al2O3涂层相比,纳米Al2O3涂层粒子间结合更为致密,使得其结合强度和显微硬度得到大幅度提高。在载荷750 g,转速1000 r/min的条件下,微米Al2O3涂层的摩擦系数为0.41,而纳米Al2O3涂层仅为0.34,并且摩擦系数值的波动幅度更为稳定。在不同转速下,纳米Al2O3涂层的磨损率均降低明显。结论纳米Al2O3等离子喷涂涂层组织致密,表现出了较好的力学性能和耐磨性。     

Al2O3-TiO2复相陶瓷涂层在动态LBE中的耐腐蚀行为

目的分析研究Al_2O_3-TiO_2复相陶瓷涂层在高温流动铅铋合金中的耐腐蚀行为。方法以纯Ti粉末、Fe Al粉末、CrFe粉末为原料制得复合粉末,在CLAM钢基材表面上采用热喷涂-激光原位合成复合工艺制备了Al_2O_3-TiO_2复相陶瓷涂层。试样在500℃,流速为0.3 m/s的液态铅铋合金中进行了时长1000 h的动态腐蚀实验,分别采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)等分析测试手段对涂层试样在动态LBE中的耐腐蚀行为进行了研究表征。结果在CLAM钢基材表面制备的Al_2O_3-TiO_2复相陶瓷涂层表面形貌整体较腐蚀前仍保持完好,涂层物相成分保持稳定,截面分析显示铅铋合金在腐蚀过程在涂层中未见渗透;而没有涂层保护的CLAM钢基材在腐蚀后表面发生明显的氧化腐蚀现象,生成结构疏松的Fe3O4氧化层,铅铋合金在氧化层中有扩散分布。结论通过火焰热喷涂-激光原位合成复合工艺在CLAM钢表面制备得到的Al_2O_3-TiO_2复相陶瓷涂层在高温流动的铅铋合金腐蚀条件下组织结构稳定,具有良好的适用性,能有效地阻止高温流动铅铋合金对CLAM钢基体材料的腐蚀。     

Al对反应火焰喷涂Al2O3基复相涂层性能的影响

以Al-CuO为主反应体系，利用反应火焰喷涂技术制备了Al2O3基复相涂层。测试了不同Al含量团聚粉喷涂所得涂层与基体的结合强度、显微硬度、孔隙率及耐磨损性能，分析了Al含量对反应火焰喷涂Al2O3基复相涂层性能的影响规律。研究发现，当团聚粉中Al过量6％（质量分数）时，涂层与基体结合强度为24．6MPa，显微硬度5149MPa孔隙率为10．5％，磨损量14．9mg／h，均较Al不过量时明显提高，具有良好的综合性能。     

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.     

激光重熔双模态Al2O3-TiO2复合涂层的组织与性能

采用普通Metco 130粉末及纳米结构Al2O3-13％ TiO2粉末通过等离子喷涂和激光重熔复合技术分别在Ti-6Al-4V合金表面制备了激光重熔涂层.采用扫描电镜(SEM)和维氏硬度计等手段观察和研究了激光重熔前后涂层的微观组织和硬度.结果表明,激光重熔后,消除了等离子喷涂涂层的层状结构,获得了致密的重熔涂层,且纳米结构重熔涂层传承了喷涂态涂层的双模态组织特征.随着扫描速度的降低,涂层表面的致密度提高.纳米结构重熔涂层的硬度为1150 HV0.3至1750 HV 0.3,比重熔之前的喷涂态涂层约提高了60％.     

TiC颗粒增强镍基合金复合涂层的摩擦学性能及磨损预测模型(英文)

运用等离子喷涂技术在铝合金表面制备TiCP/镍基合金复合涂层,研究干摩擦条件下载荷、速度和温度对复合涂层摩擦磨损行为与机理的影响规律;建立了基于最小二乘支持向量机(LS-SVM)的复合涂层磨损预测模型。结果表明:在不同摩擦条件下,TiCP/镍基合金复合涂层的摩擦因数和磨损质量均低于镍基合金涂层。LS-SVM模型对摩擦因数和磨损失重的预测时间仅为BP-ANN模型的12.93%,其预测精度分别比BP-ANN模型提高了58.74%和41.87%,可有效预测干摩擦条件下TiCP/镍基合金复合涂层的摩擦磨损行为。     

Fabrication of in-situ synthesized ceramic reinforced Ni-based alloy composite coatings by reactive braze coating processing

In-situ synthesized ceramic such as TiC, Cr7C3 and Cr5B3 reinforced Ni-based alloy composite coating was fabricated on the surface of mild steel substrate by reactive braze coating processing with colloidal graphite, Cr, Ni, ferro-boron, Si and titanium powders as the raw materials at low temperature of 1 000 ℃, and a new kind of coating materials was developed. By means of SEM, EDS, XRD and surface hardness tester, the microstructures, phases, hardness and wear-resistance of the coating were analyzed, respectively. The results revealed that the coating was mainly composed of the ceramic in-situ synthesized reinforcement phases of TiC, Cr7C3 and Cr5B3 and the binder phases in-situ synthesized of Ni31Si12 and (Ni, Fe) solid solution; The ceramic reinforcement phases of TiC, Cr7C3 and Cr5B3 were randomly distributed in the binder phases of Ni31Si12 and (Ni, Fe) solid solution; The coating had about 15vol% pores and can possibly be applied as a self-lubrication coating; The coating and the substrate were integrated together by metallurgical bonding; The coating had a hardness up to 91-94HR15N.     

等离子喷涂Al2O3-3%TiO2涂层结构及加载绝缘性能

目的研究等离子喷涂Al_2O_3-3%TiO_2涂层的抗低温冲击性能和外部载荷下的绝缘性能等综合性能,探讨大气等离子喷涂技术作为核聚变反应堆磁体支撑结构绝缘涂层制备方法的可行性。方法采用大气等离子喷涂技术在喷砂处理的A286基体上制备Al_2O_3-3%TiO_2涂层并进行封孔处理,利用XRD、SEM等手段对涂层的微观结构和常规性能进行表征,重点关注了涂层的低温热冲击性能和加载绝缘性能。结果喷涂粉末充分熔融及铺展而沉积为典型的层叠状结构,涂层的结合强度达30 MPa,孔隙率可控制在5%以内。均匀涂刷在涂层表面的硅树脂封孔剂有利于填充涂层孔隙和微裂纹,封孔剂在涂层内部的渗透深度可达到大约100μm。从室温水浴到液氮进行10个循环的热冲击试验后,涂层未发现裂纹和剥落,且热冲击对绝缘性能没有显著影响。250 MPa压缩载荷下,涂层的表面电阻率明显降低,但仍高于30 MΩ/sqr。结论 Al_2O_3-3%TiO_2涂层可作为高载荷和低温环境下使用的潜在绝缘材料,而大气等离子喷涂将成为制备核聚变反应堆磁体支撑结构关键部件绝缘涂层的重要选择。     

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.     

等离子喷涂ZrO2/Al2O3陶瓷涂层的摩擦磨损性能

采用等离子喷涂技术在20钢基体上制备不同ZrO2含量的ZrO2/Al2O3陶瓷涂层,在QG–700型高温气氛摩擦磨损试验机上测试了涂层的室温干滑动摩擦磨损性能,用JSM–5160LV型电镜(SEM)对涂层磨损表面和磨屑进行微观形貌观察。结果表明:40ZAT涂层的摩擦学性能较10ZAT与20ZAT涂层的有所改善;ZrO2含量对等离子喷涂ZrO2/Al2O3陶瓷涂层的磨损性能具有一定的影响;涂层的磨损机理为微观断裂引起的剥落磨损。