等离子喷涂中雷诺数对熔滴扁平化行为的影响

采用狭缝法收集不同工艺条件(雷诺数)下的氧化钇部分稳定的二氧化锆(YSZ)扁平粒子, 采用扫描电子显微镜(SEM)及三维激光显微镜观察形貌, 同时采用Fluent流体力学软件模拟不同雷诺数下YSZ熔滴的铺展和凝固过程, 研究雷诺数对扁平粒子形貌的影响规律。实验及计算结果表明: 当欧氏数大于0.2时, 雷诺数对YSZ熔滴的扁平化行为具有重要的影响作用, 熔滴飞溅的临界雷诺数为450±20, 即当雷诺数小于450±20时, 熔滴呈圆盘状且不发生飞溅, 反之熔滴发生飞溅。对于粒径相同的YSZ熔滴, 超音速等离子喷涂(SAPS)获得的熔滴扁平率约为普通等离子喷涂(APS)工艺的1.3倍。     

等离子喷涂纳米Al2O3-13wt% TiO2涂层组织与性能的双态分布特性研究（英文）

采用由喷雾造粒制备的纳米团聚粉末并通过等离子喷涂制备出纳米Al2O3-13wt%TiO2涂层.研究分析了涂层的相组成、显微结构、硬度及断裂韧性,结果发现,该纳米涂层呈现出由两部分不同区域组成的双态分布结构:一部分为完全熔化后凝固形成的层状结构;另一部分则为部分熔化的粒状结构,其内保留来源于喷涂喂料的纳米或亚微米粒子.涂层中与未熔纳米α-Al2O3粒子含量成比例的部分熔化区百分数可以通过调整关键喷涂工艺参数(CPSP)来控制.纳米涂层所具有的这种混合结构特性,可以被其力学性能的双态分布特征所证实.Weibull统计分析表明,涂层的显微硬度和断裂韧性均呈现出双态分布,部分熔化区的显微硬度及其分散性均比完全熔化区低,而其断裂韧性及其分散性则均比完全熔化区高.     

悬浮液等离子喷涂热障涂层的沉积机制及热循环特性

悬浮液等离子喷涂(SPS)较大气等离子喷涂(APS)具有诸多优势,目前对SPS涂层沉积机理报道较少。采用6%~8%Y2O3-ZrO2(YSZ)悬浮液送料进行等离子喷涂制备热障涂层,利用激光粒度仪测试悬浮液中的YSZ粒度,采用扫描电镜(SEM)、光学显微镜观察雾化粒子形貌和涂层的显微组织,探讨涂层的热循环特性并分析其沉积机制。结果表明:悬浮液中93.38%的YSZ粒子尺寸在3.311μm以下;等离子火焰中雾化的YSZ粒子主要有熔融致密的小球状、未完全熔融的疏松球状和未熔融的原始无定形3种形态;喷涂时,小球状粒子撞击基体表面后主要形成直径3~7μm的致密扁平粒子,未完全熔融的疏松球状和无定形态粒子撞击基体时铺展不明显,粒子堆积时容易形成孔隙;粘结层与陶瓷层间横向裂纹的萌生扩展导致热障涂层最终脱落失效。     

钛铝双丝超音速电弧喷涂Al-TiN复合材料涂层的组织结构研究

利用超音速电弧喷涂设备和铝、钛金属丝材,在LY12铝合金基体上制备了多相复合材料涂层.采用机械抛光、化学浸蚀和干涉薄膜显示法,在光学显微镜下对涂层的组织结构进行了观察.利用X射线衍射,通过均匀实验设计和逐步回归分析方法,研究了工艺参数对涂层组织结构的影响规律,并对涂层的形成机理进行了分析.结果表明:650℃×10min的热染处理可清晰显示复合材料涂层的多相组织特征;涂层以Al,TiN为主、并含少量Ti及钛铝化合物.涂层中氮化钛与铝的相对量(ITiN/Al)与喷涂电压和喷涂电流有关,与喷涂距离无关,且喷涂电压和喷涂电流之间存在交互作用.当喷涂电流小于69A时,ITiN/Al随喷涂电压的增大而减小;当喷涂电流大于69A,ITiN/Al随喷涂电压的升高而增大,且喷涂电流愈大,其增加的速率也愈大.当喷涂电压(U)小于某一临界值(141.5-2.337U)时,ITiN/Al随喷涂电流的增大而减小;当喷涂电压大于临界值(141.5-2.337U)时,ITiN/Al随喷涂电流的增大而增大;喷涂电压和电流对电弧喷涂过程中初始熔滴温度、尺寸和熔滴形成频率的综合影响,造成熔滴与空气介质的反应时间变化,对涂层中TiN和Al相对量起决定作用.     

钛铝双丝超音速电弧喷涂Al-TiN复合材料涂层的组织结构研究EI

利用超音速电弧喷涂设备和铝、钛金属丝材,在LY12铝合金基体上制备了多相复合材料涂层.采用机械抛光、化学浸蚀和干涉薄膜显示法,在光学显微镜下对涂层的组织结构进行了观察.利用X射线衍射,通过均匀实验设计和逐步回归分析方法,研究了工艺参数对涂层组织结构的影响规律,并对涂层的形成机理进行了分析.结果表明:650℃×10min的热染处理可清晰显示复合材料涂层的多相组织特征;涂层以Al,TiN为主、并含少量Ti及钛铝化合物.涂层中氮化钛与铝的相对量(ITiN/Al)与喷涂电压和喷涂电流有关,与喷涂距离无关,且喷涂电压和喷涂电流之间存在交互作用.当喷涂电流小于69A时,ITiN/Al随喷涂电压的增大而减小;当喷涂电流大于69A,ITiN/Al随喷涂电压的升高而增大,且喷涂电流愈大,其增加的速率也愈大.当喷涂电压(U)小于某一临界值(141.5-2.337U)时,ITiN/Al随喷涂电流的增大而减小;当喷涂电压大于临界值(141.5-2.337U)时,ITiN/Al随喷涂电流的增大而增大;喷涂电压和电流对电弧喷涂过程中初始熔滴温度、尺寸和熔滴形成频率的综合影响,造成熔滴与空气介质的反应时间变化,对涂层中TiN和Al相对量起决定作用.     

微束等离子喷涂Al2O3陶瓷涂层特性

采用轴向中心送粉式微束等离子喷涂系统在2kW级的小功率条件下制备了Al2O3陶瓷涂层.研究了电弧功率、工作气体流量和喷涂距离对粒子速度与涂层组织结构和性能的影响.采用光学显微镜观察涂层的组织结构,采用X射线衍射分析涂层的相结构,采用磨粒磨损质量损失表征涂层的性能,用热辐射粒子速度温度测量系统测试工艺参数对喷涂粒子速度的影响.结果表明,电弧功率、工作气体流量和喷涂距离对粒子速度的影响都比较明显,粒子速度随着电弧功率和工作气体流量的增加而增加,随着喷涂距离的增加而下降.涂层的磨粒磨损质量损失随电弧功率的增加而减少,而随工作气体流量和喷涂距离的增加而增加.分析表明粒子的温度对涂层磨粒磨损质量损失有较大的影响.采用微束等离子喷涂可以制备磨粒磨损性能与传统等离子喷涂在38kW下制备的涂层相当的Al2O3涂层.     

不锈钢双极板等离子喷涂TiC涂层耐腐蚀性研究

为了提高质子交换膜燃料电池(PEMFC)双极板的耐腐蚀性,采用大气等离子喷涂技术(APS)制备TiC涂层,利用扫描电镜、X射线衍射仪表征涂层的形貌与组织,采用动电位极化、恒电位极化、电化学阻抗谱等方法研究了3种不同电流制备的TiC涂层在PEMFC环境中的耐腐蚀性能。结果表明：TiC涂层的腐蚀电流密度比不锈钢基体低了1个数量级,表明该涂层可以有效提高316L不锈钢的耐腐蚀性。随着喷涂电流的增大,500 A的涂层显示出了最佳的耐蚀性和导电性,这主要是由于随着电流的增大,粒子得到充分的熔化,使涂层致密度得到了提高,孔隙等缺陷减少。     

喷涂距离和喷涂功率对羟基磷灰石涂层的影响

本文以Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ合金为基体材料,采用等离子喷涂方法,在不同喷涂距离和喷涂功率下制备羟基磷灰石（ＨＡ）涂层,研究喷涂距离和喷涂功率这两个重要的喷涂参数对涂层结构和组成的影响．使用扫描电子显微镜（ＳＥＭ）观察了羟基磷灰石涂层的形貌．涂层的相组成由Ｘ射线衍射谱仪（ＸＲＤ）分析而得．并使用Ｘ射线荧光谱仪（ＸＲＦ）测定了涂层的Ｃａ／Ｐ摩尔比．研究结果表明,喷涂距离对羟基磷灰石涂层的形貌、相组成以及Ｃａ／Ｐ摩尔比有着明显的影响．随着喷涂距离的增大,羟基磷灰石粉末的熔化状态得到改善,涂层的显微结构较为致密．然而,喷涂距离的增大使得涂层的非晶化更加严重,涂层中非晶相含量增大．在实验范围内,喷涂功率对涂层结构和相组成的影响不明显．Ｃａ／Ｐ比测定显示,等离子喷涂羟基磷灰石涂层均为缺磷涂层,Ｃａ／Ｐ比随喷涂距离的增大而降低,随喷涂功率的增大而增大．     

微束等离子喷涂羟基磷灰石涂层相结构的微拉曼光谱研究

羟基磷灰石(Hydroxyapatite,HA)涂层以其优异的生物相容性和骨传导性在生物医疗领域得到了广泛应用。然而,HA涂层的生物性能与其组织结构密切相关。本研究采用微束等离子喷涂技术,在Ti-6Al-4V基体上制备HA扁平粒子及HA涂层。采用扫描电镜(SEM)分别对原始HA粉末、HA扁平粒子表面和HA涂层截面的形貌进行了观察。通过微拉曼光谱对扁平粒子和涂层截面微区的相结构进行分析,得到磷酸基团(PO_4~(3-))及羟基基团(OH~-)在所选定区域的信息,对900～1 000 cm~(-1)频率范围的内的微拉曼光谱进行分峰拟合,获得了微束等离子喷涂HA扁平粒子表面相分布情况以及HA涂层沿厚度方向相结构的变化。结果表明,单个HA扁平粒子以非晶相为主,而在涂层中,靠近基体部分的相组成以非晶相及分解相(β-TCP)为主,仅包含少量HA晶体相,随着离涂层与基体界面距离的增加,非晶相及分解相含量逐渐减少,HA相增多,在近涂层表面非晶相和分解相(β-TCP)略有增加。     

悬浮液等离子喷涂制备的热障涂层微观结构和性能

以纳米8wt.%Y2O3-ZrO2(YSZ)粉末为原料制备悬浮液,并将悬浮液喂料进行等离子喷涂制备热障涂层.采用XRD,SEM分析涂层的相组成与显微组织.结果表明:涂层中的晶粒保持在纳米尺度,涂层的相结构稳定.涂层表面覆盖着致密的扁平粒子组织,扁平粒子的平均等效直径为1.7 um,厚度均处在纳米尺寸.涂层内部为非层状结构,分布有大量的孔隙.这些组织和结构使得涂层具有优良的抗热震性能.     

WC-10Co-4Cr涂层在不同温度酸与NaCl溶液中的耐腐蚀性能

为提高1Cr18Ni9Ti不锈钢在NaCl和酸溶液环境中的耐磨损性能,利用等离子喷涂制备两种晶粒WC-10Co-4Cr涂层,研究其在3.5%(质量分数,下同)NaCl溶液与酸溶液(pH=5.0)中的耐腐蚀性能。结果表明:涂层中含有WC,W_2C,W以及η相(Co_xW_xC)。两种涂层在3.5%NaCl溶液中的腐蚀电位均高于1Cr18Ni9Ti基体的腐蚀电位。在不同温度酸溶液(pH=5.0)中,纳米WC-10Co-4Cr涂层的电位差随温度的变化最小。涂层在NaCl和酸溶液中腐蚀机制分别为:WC-10Co-4Cr涂层表面吸附氧粒子与涂层中的Co和WC在3.5%NaCl溶液中形成电偶;在酸溶液中(pH=5.0),涂层中的Co溶解形成Co²⁺离子,和WC相直接形成电偶腐蚀,导致涂层表面出现孤立的WC颗粒。     

Nitridation of aluminum particles and formation process of aluminum nitride coatings by reactive RF plasma spraying

Nitridation of aluminum particles and formation process of aluminum nitride coatings by reactive RF plasma spraying was investigated by collecting splat and depositions and fabrication of the coating. Nitriding reaction of aluminum particles during flight in the plasma and after deposit on the substrate was confirmed by the observation of splats and the deposition morphologies, respectively. However, as nitriding reaction of aluminum particles easily forms brittle agglomerates on the substrate, the formation of sound coating was difficult. Though the coating was fabricated with the spraying condition of RF power of 5 kW, it was impossible to fabricate the coatings with RF power of 6 kW. In order to fabricate aluminum nitride coatings by reactive RF plasma spraying, it is necessary to control the plasma and the substrate temperature for the suitable conditions with changing RF power and nitrogen gas flow rate.     

爆炸喷涂纳米WC-Co涂层的研究

为促进爆炸喷涂法替代常规喷涂工艺在工业上的应用,采用爆炸喷涂法制备了纳米和普通WC-12Co涂层.采用金相显微镜、扫描电镜分析比较了两种涂层的显微组织,用显微硬度计和磨料磨损试验机测试了两种涂层的显微硬度及耐磨料磨损性能,并利用扫描电镜对磨损形貌进行了分析.结果显示,纳米涂层具有比普通涂层更高的致密度和显微硬度,纳米涂层中WC颗粒的分布更均匀;纳米涂层的磨损机理为微观切削机制,其耐磨料磨损性能比普通涂层差.     

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%。     

曲面响应法在等离子喷涂WC-12Co涂层工艺优化中的应用

为了提高WC-12Co涂层质量,采用曲面响应法对等离子喷涂WC-12Co涂层的工艺参数进行优化,以涂层显微硬度为评价指标,设计了以电流、氩气流量和喷涂距离三因素的Box-Behnken实验模型.利用方差分析三因素的显著性及交互作用,采用BP神经网络建立3×9×1的神经网络模型,并与回归模型预测结果进行比较.通过实验方法对优化参数进行验证,同时分析了不同喷涂距离对涂层组织与性能的影响.研究表明:回归模型复相关系数R2为0.979 9,BP神经网络的复相关系数R2为0.999 1;神经网络的平均相对误差为0.46%,低于多项式回归模型的平均相对误差1.56%.喷涂距离对涂层显微硬度影响最为显著,最优工艺参数为:电流I=390 A,氩气流量QAr=2 500 L/h,喷距d=130 mm,能够预测的最大硬度为1 336.9HV0.5.     

超音速火焰喷涂WC-17Co涂层微观结构与性能研究

采用超音速火焰喷涂技术喷涂了两种不同WC颗粒尺寸的WC-17Co粉末.对制备的两种涂层的硬度、孔隙率、断裂韧性、结合强度和电化学腐蚀行为进行了测试.结果表明:具有亚微米结构WC颗粒的粉末制备的涂层,在硬度、孔隙率、断裂韧性方面具有一定优势,而含有大颗粒WC相的粉末制备的涂层在结合强度、腐蚀行为方面优势明显,这说明WC颗...     

两种AC-HVAF喷涂WC涂层微观组织以及耐蚀性研究

利用AC-HAVF喷涂技术在0Cr13Ni5Mo不锈钢上制备了WC-10Co-4Cr,WC-12Co涂层,并利用XRD,SEM,电化学以及盐雾实验分析了涂层的微观组织以及耐蚀性.结果表明:两种涂层相组成与其粉末一致,未出现其他喷涂技术普遍存在的W2C以及W,AC-HAVF喷涂技术可以有效的抑制WC的分解;两种涂层都很致密且与基体结合良好,孔隙率低;电化学以及盐雾实验发现,WC-10Co-4Cr涂层的耐蚀性好于WC-12Co涂层,并较基体0Cr13Ni5Mo不锈钢有较大的提高,粘结相中Cr元素的加入以及孔隙率低是WC-10Co-4Cr涂层耐蚀性优异的重要原因.     

纳米Al2O3封孔对电弧喷涂3Cr13涂层耐腐蚀性能的影响

采用电弧喷涂技术在Q235钢基体上制备了约150μm厚的3Crl3涂层,并采用3种添加不同含量的纳米AlO3异丙醇溶液的有机硅树脂对其进行封孔处理,利用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）对涂层的微观组织和物相组成进行分析,采用全浸泡腐蚀、乙酸盐雾腐蚀以及电化学腐蚀试验研究了未封孔及封孔涂层的耐腐蚀性能。结果表明：3Crl3涂层的物相组成主要为α—Fe（Cr）和Cr2O3涂层为典型的层状堆积结构,孔隙率约为11％;涂层封孔后的耐腐蚀性能明显优于未封孔涂层的,而且添加质量分数为6％的纳米AIz03异丙醇溶液的有机硅封孔剂对3Crl3涂层耐腐蚀性能的提高最为显著。     

抑制剂对WC-Co硬质合金涂层性能的影响

利用原位还原碳化反应合成的超细WC-12Co复合粉末作为原料, 分别添加1.0wt%晶粒长大抑制剂即VC、Cr₃C₂和NbC, 经团聚造粒和超音速火焰(HVOF)喷涂制备了超细结构的硬质合金涂层。研究了不同晶粒长大抑制剂对涂层的显微组织结构、物相、硬度、耐磨性能和耐蚀性能的影响。结果表明, 与未添加晶粒长大抑制剂涂层相比, 添加1.0wt% VC或Cr₃C₂制备的硬质合金涂层中WC颗粒的平均尺寸降低了约49%, 涂层硬度明显提高, 磨损速率降低了约52%~55%。添加1.0wt% NbC对制备涂层中WC颗粒尺寸的抑制作用不明显, Co粘结相中由于形成了(W, Nb)C化合物, 其耐蚀性获得显著提高, 但该化合物脆性大, 导致涂层耐磨性不及添加VC和Cr₃C₂制备的涂层。     

A comparative study of DS NiCrAlY coating and LPPS NiCrAlY coating

Two thermal spraying techniques, namely, detonation gun spraying (DS) and low pressure plasma spraying (LPPS), were used to prepare different NiCrAlY coatings on a single crystal (SC) Ni-based superalloy. Microstructure, surface hardness, adhesion strength and high-temperature oxidation behavior of DS NiCrAlY coating and LPPS NiCrAlY coating were compared. The results showed that the two coatings in as-sprayed state had the same splat layer structure. Somewhat differently, oxidation reaction took place in DS process and Al₂O₃ sandwiched between the splats in DS NiCrAlY coating. It is found that the surface hardness of DS coatings are higher than those of LPPS coating. But the oxidation resistance of DS coating is relatively lower.