Al_2O_3/MoS_2复合涂层的制备及摩擦磨损性能

以大气等离子喷涂工艺制备的Al_2O_3陶瓷涂层为模板,利用陶瓷涂层中存在的孔隙和微裂纹,采用水热反应在其内部原位合成具有润滑特性的MoS_2,制备出Al_2O_3/MoS_2的复合涂层。结果表明,通过水热反应在陶瓷涂层原有的微观缺陷中成功合成了MoS_2,合成的MoS_2固体粉末呈类球形状,并且这球状的粉末是由纳米片层状的MoS_2搭建组成的。摩擦试验结果表明,与纯Al_2O_3涂层相比,复合涂层中由于MoS_2润滑膜的形成,其摩擦因数和磨损率都显著降低,且载荷越大,复合涂层的摩擦性能越好。     

Al2O3对等离子喷涂Cr2O3/TiO2/Al2O3/SiO2复合陶瓷涂层性能影响研究

目的研究Al_2O_3添加量对Cr_2O_3/TiO_2/Al_2O_3/SiO_2四元复合陶瓷涂层性能的影响。方法采用等离子喷涂技术在油气管道X80管线钢基体表面制备出具有不同Al_2O_3含量的四元复合陶瓷涂层。另外,为探究基体温度对涂层性能的影响,所有涂层均在等离子喷枪预热及室温的两种基体上制备。所制涂层的气孔率、硬度、结合力及电化学腐蚀性能分别采用煮沸称重法、维氏硬度计、划痕仪、电化学工作站进行检测,并用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)分析不同Al_2O_3含量涂层的物相组成和形貌特征,研究Al_2O_3含量对涂层各性能的影响。结果随着Al_2O_3含量的增加,Cr_2O_3/TiO_2/Al_2O_3/SiO_2四元复合陶瓷涂层的气孔率呈现先降低后增加的趋势,相对应的四元复合陶瓷涂层的结合力、维氏硬度则先增加后降低。当Al_2O_3质量分数为60%时,四元复合陶瓷涂层的性能最优,气孔率为3.6%,硬度为824.6HV,结合力为53.8N。电化学腐蚀测试表明,Al_2O_3能增强涂层的耐腐蚀性能,Al_2O_3质量分数为60%时,涂层自腐蚀电位最高,为-0.28 V。另外,在基体预热和不预热条件下,所制涂层性能随Al_2O_3含量的变化一致,但是基体预热比不预热更有利于涂层性能的提高。结论 Al_2O_3的添加不仅能够有效降低涂层Cr含量,还能显著提升四元复合陶瓷涂层的各项性能,特别是耐腐蚀性。此外,等离子喷涂前对基体进行预热,有利于涂层性能提高。     

SiC-Al2O3-SiO2复合陶瓷涂层组织结构及抗烧蚀性能研究

目的提高C/C复合材料的抗氧化性能。方法采用大气等离子喷涂在C/C复合材料表面制备SiC-Al_2O_3-SiO_2(SAS)复合陶瓷涂层,并选用氧-乙炔在1500℃对涂层进行抗氧化烧蚀性能考核。利用XRD、SEM、EDS等检测分析手段,对团聚粉末和球化粉体以及烧蚀前后涂层的成分及组织进行检测。结果经过等离子球化处理后,三种粉体流动性为90 s/50 g左右,粉末松装密度为1 g/cm~3左右。与团聚的SiC-Al_2O_3-SiO_2粉体相比,粉末流动性提升了20%左右,松装密度提高了20%,更加适宜等离子喷涂工艺。采用球化处理SiC-Al_2O_3-SiO_2粉体制备得到的涂层组织明显优于采用团聚粉体制备的涂层,涂层致密区域明显增大,内部缺陷数量和尺寸减少。在1500℃烧蚀600s后,SiC-36%Al_2O_3-4%SiO_2涂层具有最佳的抗烧蚀效果,涂层整体完整,质量烧蚀率为1.62×10~(-4) g/s。结论 SiC-Al_2O_3-SiO_2体系解决了等离子喷涂制备SiC涂层过程中沉积率低、SiC分解的问题。SiC-Al_2O_3_-SiO_2涂层具有良好的抗氧化烧蚀效果,烧蚀过程中SiO_2和Al_2O_3形成的莫来石相具有良好的高温稳定性、抗热震性以及较低的热膨胀率和氧扩散率,可以进一步提高涂层的抗氧化烧蚀效果。     

反应等离子喷涂AlNbO4-Al2O3-NbOx复合涂层的研究

目的研究等离子喷涂Al-Nb_2O_5铝热体系制备的AlNbO_4-Al_2O_3-NbO_x复合涂层的组织、力学性能和摩擦磨损性能。方法以Nb_2O_5粉和Al粉为原料,通过喷雾造粒制备复合粉,采用等离子喷涂技术喷涂Al-Nb_2O_5复合粉体,利用复合粉的自反应制备出含有AlNbO_4、Al_2O_3和NbO_x的复合陶瓷涂层。利用扫描电镜、EDS和XRD检测和分析复合涂层的组织和物相。用显微硬度计测定复合涂层的硬度,并用硬度压痕法测量裂纹扩展能(Gc)。用销盘式磨损试验机测定涂层在无润滑条件下的摩擦磨损性能。结果 XRD分析可知,复合涂层由AlNbO_4、Al_2O_3和NbO_x相组成,SEM显示涂层为交替分布的层片状组织。在28~32 k W功率范围内,随着喷涂功率的升高,涂层的硬度增加,喷涂功率为32 k W时,涂层硬度最高,为912HV0.1。随着喷涂功率的升高,涂层的裂纹扩展能先升高后降低,喷涂功率为30 k W时,涂层的裂纹扩展能最大,为14.14J/m2。摩擦系数随功率的升高先降低后保持不变,28 k W时,涂层的摩擦系数为0.7~0.8,30 k W和32 k W时,涂层的摩擦系数为0.5~0.6。磨损量随喷涂功率的增加先降低后升高,喷涂功率为30 k W时,涂层的磨损量最小。磨损后的试样进行SEM检测发现有明显的犁沟、凹槽和剥落。结论涂层具有由AlNbO_4、Al_2O_3和NbO_x相组成的交替分布的多相层片状组织。喷涂功率为30 k W时,复合涂层的性能最好。复合涂层的主要磨损机制为磨粒磨损和疲劳磨损。     

Ba(Mg1/3Ta2/3)O3热障涂层的制备及抗热震性能研究

本文以BaCO₃、MgO、Ta₂O₅为原料,采用固相反应法合成了Ba(Mg_1/3Ta_2/3)O₃(简称BMT)陶瓷粉末,利用大气等离子喷涂技术制备了BMT/YSZ双层陶瓷涂层。利用XRD、SEM和金相显微镜检测了BMT粉体及涂层的物相组成和显微结构。采用水淬法考核了涂层的抗热震性能。结果表明：1450℃下煅烧4h可合成出具有复合钙钛矿结构的BMT粉末,粉末具有良好的高温相结构稳定性。等离子喷涂制备的BMT/YSZ涂层组织致密,涂层系统中各界面结合紧密。涂层在室温至1150℃间热震9次后发生片状剥落,剥落位置位于BMT层间,BMT材料低的断裂韧性和第二相Ba₃Ta₅O₁₅的存在是导致涂层失效的主要原因。     

YSZ/Sm_2Zr_2O_7复合粉体制备及性能

采用球磨造粒法制备Sm_2Zr_2O_7(SZO)和Y_2O_3部分稳定ZrO_2(YSZ)复合粉体,对造粒团聚体的尺寸、形貌及相结构进行了表征。并采用大气等离子制备SZO/YSZ复合涂层,研究等离子喷涂过程对复合粉体相结构和相稳定性的影响。用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析了YSZ/SZO复合粉体和涂层的微观组织和相结构,并利用差示扫描量热法(DSC)研究复合粉体稳定性。结果表明:SZO和YSZ复合团聚粉体表面光滑致密,室温呈混合相结构。在室温～1200°C范围内无相变发生,说明YSZ/SZO粉末在该范围内较为稳定。等离子喷涂YSZ/SZO涂层呈典型层状组织结构,涂层成分和组织分布较为均匀,与单一SZO涂层相比,复合陶瓷涂层结合强度得到了提高。但等离子喷涂过程中SZO与YSZ发生离子扩散,粉体稳定性下降,SZO发生有序-无序转变,涂层呈现单一萤石结构。     

Tb4O7掺杂Cr2O3-TiO2基高发射率涂层结构及辐射性能研究

目的提高Cr_2O_3-TiO_2基陶瓷涂层的辐射性能。方法以Cr_2O_3、TiO_2、NiO、Tb_4O_7为原料,经喷雾干燥及高温烧结致密化处理,制备成具有尖晶石和钙钛矿混合结构的Cr_2O_3-TiO_2基复合团聚型粉体,利用大气等离子喷涂法在TC4钛合金表面制备Tb_4O_7掺杂型Cr_2O_3-TiO_2基陶瓷涂层。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、IRE-2红外辐射测试仪,分别对样品的显微组织结构、物相组成及辐射性能进行了表征。结果团聚造粒后,复合粉体的球形度和流动性较好,可满足等离子喷涂连续使用。所制备的Cr_2O_3-TiO_2基陶瓷涂层的熔化状态较好,扁平化程度较高,涂层中掺杂的Tb元素分布均匀。Tb~(4+)、Tb~(3+)等稀土元素离子,取代NiCr_2O_4尖晶石结构中半径相近的Ni~(2+)、Cr~(3+),导致单一晶体结构的整齐度被破坏,晶胞体积的变化引起晶体结构产生畸变,辐射条带显著加强和宽化。随着Tb_4O_7掺杂量的增多,涂层发射率逐渐上升,当掺杂量达到7.5%时,涂层在600℃的法向全发射率达到0.91。结论 Tb_4O_7稀土氧化物的加入可以有效提高Cr_2O_3-TiO_2基陶瓷涂层的发射率,稀土掺杂诱发尖晶石晶体结构畸变,从而改善涂层的辐射性能。     

等离子喷涂氧化铝复合涂层的研究进展

等离子喷涂Al_2O_3复合涂层由于优异的耐磨、耐热、耐腐蚀等特性得到了广泛应用。从Al_2O_3复合涂层等离子喷涂制备方法、Al_2O_3复合粉末材料、Al_2O_3梯度涂层、等离子喷涂Al_2O_3复合涂层的工艺等几个方面探讨了等离子喷涂Al_2O_3复合涂层的研究现状,并对该涂层的研究进行了展望。     

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。     

喷涂工艺对MoSi2-Al2O3涂层组织与性能的影响

目的在不锈钢表面制备一种可服役于高温富氧环境中的抗高温氧化防护涂层。方法采用MoSi_2-Al_2O_3团聚烧结粉末为喷涂原料,分别利用等离子喷涂和火焰喷涂两种工艺在310S不锈钢表面制备MoSi_2-Al_2O_3抗高温氧化涂层。采用SEM、EDS、XRD和粗糙度测量仪分析涂层的组织结构,使用拉伸法检测涂层的结合强度,采用高温氧化实验表征涂层的抗高温氧化性能。结果等离子喷涂涂层中的粉末熔化程度较火焰喷涂涂层更高,涂层呈现致密的堆叠结构且Si、O元素分布更为均匀。等离子喷涂涂层的结合强度为24.25 MPa,较火焰喷涂涂层提高了约68%。经1200℃高温氧化试验后,火焰喷涂涂层出现粉化,氧化剧烈并发生剥落,而等离子喷涂涂层未出现粉化现象,涂层结构完好。在高温氧化过程中,由于等离子喷涂涂层组织致密,可有效避免涂层粉化,均匀分布的Si元素在涂层氧化过程中更易产生SiO_2并对涂层裂纹进行有效填补,阻碍了氧原子向涂层内部扩散,因此涂层抗高温氧化性优异。结论采用等离子喷涂技术能够在310S不锈钢表面制备出组织结构、结合强度及高温性能更好的MoSi_2-Al_2O_3涂层。     

纳米TiO_2含量对等离子喷涂Al_2O_3/TiO_2涂层耐磨性的影响

采用大气等离子喷涂设备在H13热作模具钢表面制备了不同纳米TiO_2含量的Al_2O_3/TiO_2陶瓷复合涂层,并应用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、摩擦磨损试验机等研究了陶瓷复合涂层的微观形貌、物相组成、显微硬度及摩擦磨损性能。结果表明,不同纳米TiO_2含量的Al_2O_3/TiO_2陶瓷涂层均为层片结构,存在一定的孔隙和裂纹,纳米TiO_2添加可以改善涂层表面质量。XRD图谱显示陶瓷涂层主要由α-Al_2O_3、γ-Al_2O_3和Rutile-TiO_2相组成,Al_2O_3再结晶过程中部分α-Al_2O_3转变为γ-Al_2O_3,且再结晶过程发生晶粒细化。涂层显微硬度平均值为1153 HV0.2。纳米TiO_2添加可以降低涂层摩擦因数,但其含量对涂层耐磨性影响不明显。     

Ni2Cr(BO3)O2涂层的制备及其红外发射性能

通过喷雾造粒和高温焙烧制备Ni_2Cr(BO_3)O_2粉末后利用等离子喷涂得到一种高红外发射涂层,并研究了该种涂层的红外发射性能。SEM观察涂层的表面、断面形貌,发现涂层与基体结合紧密、无脱落;XRD对焙烧后的粉末物相组成进行了表征,主要以Ni_2Cr(BO_3)O_2为主。对涂层红外波段发射率的测试表明,在0.76~2.5μm波段的发射率为0.896、2.5~14μm波段发射率为0.925,具有优异的红外发射性能。Ni_2Cr(BO_3)O_2晶胞内的畸变、非对称性以及电子转移跃迁是导致Ni_2Cr(BO_3)O_2这种材料具有高红外发射率的主要原因。Ni_2Cr(BO_3)O_2涂层能够经受37次"900℃~水冷"热震循环。该种涂层由于其高红外发射性能、优异的耐热震性能和热稳定性能而具有较高的实用价值。     

40Cr钢表面等离子喷涂Al_2O_3-TiO_2及Mo/Al_2O_3-TiO_2复合涂层的性能

采用等离子喷涂法在40Cr钢表面制备了Al_2O_3-Ti O_2涂层和Mo/Al_2O_3-Ti O_2复合涂层。利用扫描电镜(SEM)对涂层的微观形貌进行观察,并对涂层的结合强度、抗热震性能以及涂层的耐腐蚀性进行研究。结果表明:涂层与基体、涂层与涂层之间结合良好;复合涂层抗热震性能优于Al_2O_3-Ti O_2涂层;在40Cr钢喷涂Mo/Al_2O_3-Ti O_2复合涂层后可显著提高耐腐蚀性。对涂层进行封孔处理后,可进一步提高耐腐蚀性。     

反应等离子弧喷涂制备纳米结构FeAl_2O_4基复合涂层及其摩擦性能研究

通过反应等离子弧喷涂方法喷涂微米级Fe_2O_3和Al粉体制备FeAl_2O_4基纳米涂层,并利用XRD,SEM,TEM等方法对复合涂层的结构与形貌进行了测试分析。试验结果表明,复合涂层主要由FeAl_2O_4,Fe,Al_2O_3和少量Al Fe相构成,涂层组织为纳米结构,80~200 nm的FeAl_2O_4基体上分布大量的Fe,Al_2O_3颗粒。在涂层截面具有典型的等离子弧喷涂层状结构。通过室温以WC-Co涂层为对磨材料干摩擦试验以及磨损形貌和机理的分析,结果显示复合涂层具有优良的耐磨性且磨损方式为疲劳磨损。     

Al2 O3与ZrO2复合粉涂层的组织形貌分析

利用大气等离子喷涂技术（ASP）在20号锅炉钢（20G）基体上制备Al2O3和ZrO2复合粉热障涂层（TBC）。通过X射线衍射分析（XRD）、扫描电镜（SEM）等观察分析了复合粉涂层表面形貌，分析了表面微裂纹和孔隙的形成过程。结果表明，涂层表面主要由α-Al2O3和t-ZrO2高温稳定相组成。复合粉涂层面层组织致密，Al2O3和ZrO2颗粒互熔在一起，从而提高了涂层的结合强度和致密度。     

TaSi2改性ZrB2/SiC复合粉末制备及涂层抗氧化性能研究

目的 提高ZrB2/SiC涂层的致密性及抗氧化烧蚀能力。方法 设计向ZrB2/SiC涂层中掺杂TaSi2,以提升ZrB2/SiC涂层的致密度和抗氧化性能。首先通过喷雾造粒法制备了4种不同成分配比的复合团聚粉,然后采用大气等离子喷涂(APS)在C/C基体表面制备了4种团聚粉复合涂层,最后使用氧-乙炔火焰法对所制备的涂层进行了烧蚀考核。结果 通过涂层致密度对比发现,随着TaSi2的增加,涂层共晶区会有所增加,涂层致密度得到了明显改善。通过烧蚀考核发现,TaSi2的加入能够增加SiO2的含量,并产生热稳定性好的TaZr2.75O8。此外致密TaZr2.75O8的产生还能够有效改善涂层的抗氧化烧蚀性能。结论 最终得出的ZrB2/SiC涂层硅化物掺杂改性方案为30%TaSi2/42%ZrB2/28%SiC(体积分数)大气等离子喷涂制备的抗氧化烧蚀涂层,其在1 600 ℃烧蚀5 min后的质量损失率为‒1.70×10^‒4 g/s。     

等离子喷涂纳米Al2O3-13TiO2陶瓷涂层研究

以常规和纳米团聚体Al2O3-13TiO2(ω/%,下同)复合陶瓷粉末为原料,采用等离子喷涂工艺在TiAl合金表面制备常规和纳米结构陶瓷涂层.用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)仪分析粉末和涂层形貌、微观结构及相组成,同时对纳米结构涂层的微观组织形成机制进行了讨论.结果表明:常规复合陶瓷涂层呈典型的等离子喷涂层状堆积特征;纳米结构复合陶瓷涂层由部分熔化区以及与常规等离子喷涂类似的片层状完全熔化区组成.根据组织结构的不同,部分熔化区又分为亚微米A12O3粒子镶嵌在TiO2基质相的三维网状或骨骼状结构的液相烧结区和经过一定长大但仍保持在纳米尺度的残留纳米粒子的固相烧结区,不同的部分熔化组织源于复合陶瓷粉末中A12O3与TiO2之间的熔点差异.由于等离子喷涂过程中涂层沉积时的快速凝固作用,不管是常规还是纳米涂层都以亚稳相γ-A12O3为主.     

纳米Al_2O_3包覆ZrO_2/Y_2O_3热障涂层的制备及性能研究

将耐热合金钢基体进行活化处理后,以Ni Co Cr Al Y为粘接过渡层,采用等离子喷涂法和喷枪快速喷涂工艺相结合制备包覆复合粉体Al_2O_3-Zr O_2/Y_2O_3和未包覆粉体Zr O_2/Y_2O_3的2种不同厚度的热障涂层材料样品,通过涂层的结合强度试验、涂层微观结构和高温隔热试验比较相同厚度的2种陶瓷涂层的结合强度及隔热效果,并探讨涂层厚度与隔热效果的关系。结果表明:采用纳米Al_2O_3包覆Zr O_2/Y_2O_3粉体制备的热障涂层其结构和性能都优于未包覆粉体Zr O_2/Y_2O_3制备的热障涂层,且该热障涂层隔热性能随涂层厚度的增加而提高,温度越高性能优势越明显。     

等离子喷涂纳米复合陶瓷涂层的组织结构及其形成机理

以Al2O3-13%TiO2(质量分数)团聚体复合陶瓷粉末为材料,采用等离子喷涂工艺在TiAl合金表面制备纳米结构陶瓷涂层.用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析粉末和涂层形貌、微观结构及相组成,讨论涂层的微观组织形成机理.结果表明:纳米结构复合陶瓷涂层由部分熔化区以及与常规等离子喷涂类似的片层状完全熔化区组成;根据组织结构的不同,部分熔化区又分为液相烧结区(亚微米Al2O3粒子镶嵌在TiO2基质相的三维网状或骨骼状结构)和固相烧结区(经过一定程度长大但仍保持在纳米尺度的残留纳米粒子);等离子喷涂使部分α-Al2O3以及全部θ-Al2O3转变为亚稳态γ-Al2O3;纳米结构复合陶瓷涂层中的完全熔化区、液相烧结区及固相烧结区分别由等离子喷涂过程中纳米团聚体粉末中温度高于Al2O3熔点、介于TiO2熔点到Al2O3熔点之间以及低于TiO2熔点区域沉积获得,纳米结构涂层中不同部分熔化组织源于复合陶瓷粉末中Al2O3与TiO2之间的熔点差异.     

等离子喷涂对AZ91合金耐蚀性能的影响

采用等离子喷涂法在AZ91合金表面制备了不同配比的Al_2O_3+Zr O_2复合涂层(分别记为:AZ30,AZ60和AZ80),对比分析了不同配比的Al_2O_3+Zr O_2复合涂层的表面形貌、截面形貌和耐腐蚀性能。结果表明,AZ30涂层中出现了少量微裂纹和气孔;AZ60涂层中存在明显的未熔粒子和微裂纹,且数量高于AZ30涂层;AZ80涂层较为疏松,涂层致密性较差。经过等离子喷涂改性后的陶瓷层的耐腐蚀性能均优于基材,且耐腐蚀性能顺序为:AZ30涂层AZ60涂层AZ80涂层AZ91基材。