等离子喷涂制备耐磨涂层研究进展

综述了国内外等离子喷涂制备传统耐磨涂层的研究情况,介绍了等离子喷涂制备纳米结构涂层和纳米掺杂微米结构涂层的研究新进展,介绍了纳米结构喂料的制备、纳米结构涂层的特殊性能及应用情况,同时还指出纳米结构涂层制备过程中存在的问题.最后,等离子喷涂今后的发展方向和应用前景进行了展望.     

耐热钢表面等离子喷涂热障涂层性能研究

利用等离子喷涂法在耐热钢1Cr18Ni9Ti基体表面喷涂NiCrAl＋（ZrO2＋Y2O3）陶瓷热障涂层，并进行高温隔热性能试验。试验结果表明，1Cr18Ni9Ti经等离子喷涂处理后表面形成陶瓷热障涂层且与基体结合紧密；经等离子喷涂处理后，表面陶瓷层的硬度显著增高，耐磨性能提高；经高温隔热性能试验，NiCrAl＋（ZrO2＋Y2O3）热障涂层隔热效果较为明显。用XRD，SEM检测了试样的金相组织、结构及形貌。     

等离子喷涂陶瓷涂层的动态防滑性能和耐磨性

采用等离子喷涂技术制备Al2O3-13%Ti O2和WC复合涂层。利用MMS-1G高速摩擦试验机评价涂层在高速动态条件下防滑性能和耐磨性,并分析涂层的磨损机制。结果表明:所有涂层防滑性能随着速度和载荷的增加而下降,在相同条件下WC涂层的防滑性能最好,但Al2O3-13%Ti O2涂层耐磨性要好于WC涂层;所有涂层磨损率均随载荷和速度增加呈现上升趋势,Al2O3-13%Ti O2涂层磨损机制以黏着磨损和层片剥落为主,而裂纹扩展引起的脆性断裂则主导了WC涂层的磨损机制。     

碳钢表面等离子喷涂陶瓷涂层的制备及表征

采用不同的喷涂功率,在Q235钢表面喷涂氧化铝涂层,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、金相照相机和显微硬度计表征不同功率下Al2O3陶瓷涂层的成分、表面和界面形貌、金相组织以及显微硬度.结果表明,等离子喷涂能在碳钢表面形成结构致密的Al2O3陶瓷涂层,其与基体的结合主要以冶金的机械结合为主,硬度较基体有明显提高.XRD分析表明,陶瓷涂层中主要的成分是稳定的γ-Al2O3相,存在少量的α-Al2O3,同时还有极少量的其他多晶相和非晶相.     

等离子喷涂碳化钨涂层组织与喷涂条件的关系

将粉末直接输送到低功率等离子喷枪内部阴、阳极之间，携带粉末气体转变为等离子体，在输入电功能1．8－5．6kW条件下，利用低能等离子喷涂铸造－破碎和烧结－破碎两种碳化钨粉末，沉积效率达到80％以上。同时研究了Ar-N2、Ar-H2两种不同等离子气体和不同等离子工艺参数下涂层的组织结构、硬度等的关系。Ar-Z2气体成分对涂层硬度的影响 大于Ar-H2。并且推荐了适合于内送粉低功率等离子喷涂金属碳化钨的工艺。     

反应等离子喷涂陶瓷涂层的研究

采用等离子喷枪与自行研制的反应室，通过喷涂Ti粉在反应室内实现Ti—N2反应，制备出TiN陶瓷涂层，并对该涂层的微观结构、涂层的力学与摩擦、磨损性能进行了分析和讨论。结果表明，反应等离子喷涂TiN涂层主要由TiN相以及少量Ti的氧化物组成，具有明显的硬度压痕尺寸效应。在无润滑高载荷条件下，反应等离子喷涂TiN涂层的耐磨性明显高于淬火M2钢，且涂层的减摩性远远优于M2钢。     

等离子喷涂镍基合金涂层的摩擦学研究

Ni60是一种镍铬硼硅合金,具有良好的可塑性且硬度高、耐磨、耐蚀、耐热等综合性能;选用粒度为-125-325目且有较高硬度的钼Mo和钴Co及能显著提高涂层耐磨性的铬Cr作为添加合金粉;用均匀设计方法进行试验设计和等离子喷涂镍基钼、钴、铬400m涂层来提高齿轮轴20CrMoTi的摩擦学性能,涂层相比20CrMoTi显微硬度提高(2～4)倍,耐磨性提高(2～4)倍;采用SEM对涂层剖面及表面组织形貌和元素进行分析,涂层与基体结合良好且呈层状结构分布;将验证结果和神经网络预测值对比,显微硬度误差在20%之内,磨损误差在15%之内,可从人工神经网络的预测结果中选出具有优良性能的Ni60基Mo、Co、Cr合金涂层的配比范围。     

等离子喷涂Ni基涂层摩擦学性能研究

为研究和改善Ni基涂层的摩擦学性能,利用大气等离子喷涂法在316不锈钢基体上制备NiCrBSi涂层、质量分数30%WC掺杂的NiCrBSi-30%WC涂层以及质量分数30%WC和15%Mo共同掺杂的NiCrBSi-30%WC-15%Mo涂层,研究涂层的物相结构、组织形貌、显微硬度以及大气环境下涂层与GGr15球对磨时的滑动摩擦磨损性能,并分析涂层的磨损机制。结果表明:WC掺杂、WC和Mo的共同掺杂提高了NiCrBSi涂层的显微硬度;NiCrBSi-30%WC涂层摩擦因数最大,达到0.502 0,NiCrBSi-30%WC-15%Mo涂层次之,NiCrBSi涂层最小,为0.393 8;涂层NiCrBSi-30%WC-15%Mo耐磨性最佳,较NiCrBSi涂层提升25%,NiCrBSi-30%WC次之,而NiCrBSi涂层磨损最为严重。在摩擦过程中,3种涂层上都产生了Fe转移膜,其中NiCrBSi涂层磨损机制主要为磨粒磨损和疲劳剥落,NiCrBSi-30%WC、NiCrBSi-30%WC-15%Mo涂层的磨损机制主要以疲劳剥落为主。     

涂层结构对等离子喷涂陶瓷涂层抗热震性的影响

采用等离子喷涂工艺制备了四种结构的金属－陶瓷复合涂层,对涂层进行了热震试验,并探讨了涂层的热震失效机制。试验结果表明,涂层热震的效的本质为循环应力作用下的疲劳失效,其失效过程包括裂纹形成,扩展及最终剥落三个阶段。     

热喷涂A1_2O_3-TiO_2复合陶瓷涂层滑动磨损特性研究

本文利用环块磨损试验机在不同载荷下对热喷涂Al_2O_3-TiO_2复合陶瓷涂层的滑动磨损特性进行了研究,结果表明热喷涂Al_2O_3-TiO_2复合陶瓷涂层干摩擦和水润滑时的磨损量均随载荷的增加而增大.利用扫描电镜观察了磨损表面形貌并用能谱分析了磨损表面成分,结果表明干摩擦情况下在低载和高载时其磨损机理有所不同:低载时主要为钢轮对涂层的涂抹及陶瓷涂层的剥落,高载时主要为陶瓷涂层的断裂剥落;水润滑情况下的磨损机理与低载干摩擦时相类似,主要为涂抹及剥落.     

等离子喷涂纳米Al_2O_3-13%TiO_2陶瓷涂层的组织结构与抗冲蚀性能

采用等离子喷涂方法分别制备了常规和纳米Al2O3-13%TiO2陶瓷涂层,用扫描电子显微镜分析了涂层的显微结构,并对涂层进行了抗冲蚀试验。结果表明:常规陶瓷涂层具有典型的片层状结构,但纳米陶瓷涂层片层状结构并不十分明显,且涂层裂纹数量明显减少;纳米陶瓷涂层中的显微结构的变化改善了涂层的韧性和结合性能;在冲蚀过程中,常规陶瓷涂层表面剥落严重,而纳米陶瓷涂层的冲蚀质量损失较小,抗冲蚀性能比常规陶瓷涂层提高了30%左右。     

2Al2铝合金微弧氧化膜性能研究

采用Na2 WO4和Na2SO3电解液对2Al2铝合金进行微弧氧化,研究了微弧氧化陶瓷膜表面形貌、截面组织、显微硬度及耐磨性等性能.结果表明,微弧氧化表面处理可以在2Al2铝合金表面形成致密并与基体结合良好的陶瓷膜,Na2WO4溶液浓度对陶瓷膜颜色、表面形貌、致密度和显微硬度都有影响,但对于陶瓷膜成膜厚度没有显著影响....     

铝基体喷涂Al2O3-TiO2/NiCoCrAlY系梯度涂层的抗热震性能

在ZL104铝合金基体上喷涂了Al2O3-TiO2／NiCoCrAlY系梯度涂层和Al2O3-TiO2非梯度涂层,对这两种试样进行了室温←→400℃冷热循环试验,以研究涂层的抗热震性能和热震失效机制。结果表明：Al2O3-45%TiO2与基体热膨胀系数的差异所产生的热应力是热震过程中涂层剥落的主要原因,涂层成分的梯度变化缓解了热应力,提高了抗热震失效能力;在热震循环过程中试样的弯曲是由基体和涂层材料膨胀系数、导热系数的差异以及铝基体的塑性变形造成的,这种变形使涂层产生残余拉应力,降低了涂层的抗热震性能。     

阀门陶瓷喷涂工艺研究

从阀门的泄漏出发,分析了产生泄漏的原因,以截止阀为对象,采用陶瓷喷涂的方法,阐述了陶瓷喷涂的工艺,并对涂层结构进行了设计,可达到较高的喷涂结合强度,从而提高阀门耐磨性和耐腐蚀能力。     

反应等离子喷涂TiN/AlN涂层的性能研究

TiN涂层可以通过传统的物理或者化学气相沉积（PVD及CVD）工艺制备,但其缺点是沉积速率低,涂层厚度过薄;这些都严重地限制了TiN涂层材料在磨、蚀服役条件下的应用.本文利用反应等离子喷涂的方法制备了TiN/AlN涂层并研究分析了涂层的组织及摩擦磨损性能.结果表明：TiN/AlN涂层韧性比TiN涂层有所提高;TiN/AlN涂层不仅有较低的摩擦系数,且在高载下的磨损性能比TiN涂层有较大的提高.     

等离子熔射皮膜温度过程监控

提出一种红外测温仪结合机器人熔射路径进行在线温度检测的新方法,实现了对预热、熔射与冷却过程中基体与皮膜温度的在线监控。为保证监控系统的实时性,参考统计学方法采用周期温度均值与标准差等特征信息对温度变化趋势进行表征。结果表明:选取的特征量能够简单、直观地反映温度变化;能够对温度波动和皮膜破坏等现象做出及时响应;能够辅助熔射工艺分析与过程监控、诊断。同时也为等离子熔射过程控制提供了一种新途径。     

基于均匀设计的NiCr-Cr_3C_2超声速等离子喷涂工艺参数优化

运用均匀化设计方法研究超声速等离子工艺参数对涂层的孔隙率和显微硬度的影响。利用逐步回归的数学方法回归分析喷涂电压、喷涂电流、氩气流量和喷涂距离对孔隙率、显微硬度的综合作用。回归分析表明,三次多元多项式和二次多元多项式分别适合于表征上述工艺参数对涂层孔隙率和显微硬度的影响规律。对孔隙率回归方程和显微硬度回归方程进行数学处理并分析表明,超声速等离子喷涂NiCr-Cr3C2的最佳工艺参数对应的喷涂电压、喷涂电流、氩气流量和喷涂距离分别185V,375 A,110 L/min和107 mm,该参数下的涂层孔隙率为1.07%,显微硬度值为1 097 HV0.3。经验证,孔隙率及显微硬度回归方程分别适合于表征喷涂电压、喷涂电流、氩气流量和喷涂距离等工艺参数与NiCr-Cr3C2涂层孔隙率及显微硬度的关系。     

等离子喷涂WC/Co Fe基涂层摩擦与磨损性能

以普通铸铁为基体,碳化钨陶瓷粉末WC 12Co为热喷涂材料,采用大气等离子法制备WC/Co Fe复合涂层.通过SEM、EDS、XRD等手段对WC/Co Fe涂层微观组织与结构进行表征,并对WC/Co Fe复合涂层耐磨损性能进行测试.结果表明,等离子喷涂制备的WC/Co Fe涂层物相以WC相为主;WC涂层摩擦因数波动小于铸铁材料摩擦因数,表明WC复合涂层具有良好的抗摩擦性能.WC涂层耐磨损性能高于铸铁,主要归因于WC颗粒韧性好、硬度高、抗冲击及抗磨损性能强,与基体金属的结合性好.     

铝基体等离子喷涂NiCrAlCo-Y2O3涂层工艺的优化

对喷涂距离、电流、主气流量和辅气流量四个等离子喷涂主要参数设计了四因素三水平的正交试验,研究了工艺参数对在铝基体上喷涂NiCrAlCo-Y2O3涂层的结合强度的影响,并对工艺优化前后的涂层性能进行了分析。结果表明：影响涂层与铝基体结合强度的因素主次顺序是电流、喷涂距离、主气流量和辅气流量;工艺优化后涂层的最大结合强度达到55．1MPa。