双丝电弧喷涂Ni-Al复合涂层热处理组织及性能

采用双丝电弧喷涂在6061-T6铝合金基体上制备Ni-5Al（质量分数,%）为底层,Ni-20Al（质量分数,%）为面层的Ni-Al复合涂层。Ni-Al涂层经400-550℃/4-48 h热处理后,采用SEM,XRD,EDS和TEM对涂层的显微结构进行了表征,并分析了不同热处理工艺对Ni-Al涂层显微组织和相结构的影响,讨论了涂层与铝合金基体界面反应机理,以及基体和涂层之间的界面元素扩散行为。结果表明,热处理后的涂层相组成变化较小,涂层/基体界面发生扩散,形成金属间化合物NiAl3。随着热处理温度升高和时间的延长,在NiAl3相和涂层之间形成Ni2Al3相,同时界面扩散区逐渐增厚,该过程由铝原子的扩散所控制。热处理后的TEM分析表明,涂层中存在NiAl3、Ni2Al3及Ni的退火孪晶相。Ni-Al涂层随着热处理温度升高和时间的延长,涂层与基体的结合强度略有升高,同时涂层具有较强的抗氧化性能。     

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.     

双丝电弧喷涂Ni-Al过程金属熔滴行为

对双丝电弧喷涂Ni-Al过程进行了研究。利用VOF双相流模型和标准k-ε模型,分析了不同直径熔滴在不同雾化气体压力下的变形和破碎过程,以及Weber数对熔滴破碎过程的影响。同时对不同速度的熔滴撞击基体的变形和凝固温度场进行了详细分析,揭示了双丝电弧喷涂粒子速度的飞行动力学规律。计算结果显示:双丝电弧喷涂熔滴破碎形式为一次破碎和二次破碎形式及爆炸式破碎形式。Weber数与雾化气体压力呈近似线性关系。提高雾化气体压力可以提高熔滴飞行速度,改善熔滴雾化效果。双丝电弧喷涂粒子在雾化气体中的初始加速较快,然后趋于平缓和稳定。当喷涂粒子加速飞行距离为200 mm,且粒子的粒度范围为5~50μm时,喷涂粒子的飞行速度仅能达到初始气流速度的15%~45%。熔滴的形态、凝固层变化和温度场变化一致,并获得了熔滴冷却速度范围为3.1×107~7.6×107 k/s。     

Ni-Al2O3复合涂层的制备及耐磨性研究

用氧－乙炔焰热喷焊工艺制备了Ni-Al2O3复合涂层，研究了Al2O3粉末的加入量对涂层组织和性能的影响，结果表明，Al2O3质量分数为0．5％时，涂层的耐磨性最好，与Ni基－25％WC复合涂层的耐磨性相当，生产成本大大降低。     

激光重熔对电弧喷涂Ni-5Al涂层结合强度的影响

文中采用双丝电弧喷涂分别对6061-T6铝合金和Q235钢喷涂Ni-5Al涂层,采用不同的激光重熔工艺对Ni-5Al涂层表面进行处理.结果表明,对于6061-T6铝合金电弧喷涂Ni-5Al涂层表面激光重熔处理,涂层与基材的结合强度没有得到明显提高,而对于Q235钢电弧喷涂Ni-5Al涂层表面激光重熔处理,涂层与基材的结合强度得到明显提高,最高提高48.5％.     

微纳米陶瓷粉末对粒子行为及复合涂层性能的影响

将微纳米材料应用于热喷涂制备高耐磨、耐蚀的涂层是近年来的研究热点.作者测量了微纳米陶瓷粉末对电弧喷涂中飞行粒子熔化程度、飞行速度及雾化粒子尺寸的影响,观察了喷涂铁基TiB2/Cr3C2/Al2O3粒子的变形过程,分析微纳米陶瓷粉末对粒子行为的影响规律,并对涂层性能进行了测试,发现微纳米粒子增加了金属陶瓷复合涂层的结合强度,改善涂层的韧性,对涂层的耐磨粒磨损性能影响不大,但明显提高涂层的耐冲蚀性能.最后对微纳米陶瓷粉末在喷涂过程中的作用、对粒子行为及涂层性能的影响机理进行了探讨.     

AZ91D镁合金等离子喷涂Ni-Al/陶瓷涂层的组织和性能

以Ni-Al为粘结层,在AZ91D镁合金基体上等离子喷涂Ni-Al/Al2O3、Ni-Al/Al2O3-13%TiO2(Ni-Al/AT13)、Ni-Al/Al2O3-20%TiO2(Ni-Al/AT20)复合涂层及Ni-Al/Al2O3/Al2O3-13%TiO2/Al2O3-20%TiO2(Ni-Al/Al2O3/AT13/AT20)梯度涂层,利用SEM、EDS和XRD分析涂层的微观组织特征,通过硬度、拉伸和热震实验研究涂层硬度、结合强度和抗热震性能,并与直接喷涂Al2O3、AT20的涂层进行比较。结果表明:Ni-Al粘结层因"自粘结"效应与基体形成较为致密并具有冶金结合的界面,且与Al2O3、AT13和AT20陶瓷层互有渗透、交叉和啮合,涂层致密性及结合力大为提高,表现出优良的抗热震性能。Al2O3涂层主要由亚稳态γ-Al2O3组成,AT20涂层以Al2O3和Al2TiO5为主。镁合金表面喷涂Al2O3陶瓷层后硬度大幅提高,由于加入TiO2,AT13和AT20涂层的硬度略低于Al2O3涂层的。Ni-Al/Al2O3-TiO2复合陶瓷的涂层结合强度高于Ni-Al/Al2O3单一陶瓷涂层的,而Ni-Al/Al2O3/AT13/AT20梯度涂层的结合强度比Ni-Al/AT20涂层的更高。     

高速电弧喷涂Fe-TiB2/Al2O3复合涂层的组织及性能

采用低碳钢包覆0～70%TiB2/Al2O3硬质相的粉芯丝材和高速电弧喷涂(HVAS)原位合成MMC涂层,分析和测试了涂层的组织、相组成及耐磨粒磨损性能.结果表明:涂层的性能由其组织和相组成决定,HVAS的非平衡制造过程在涂层中形成多种相:在Fe基固溶体上存在TiB2、Al2O3、FexB及少量的金属间化合物AlFe3和NiAl;随着TiB2及Al2O3在涂层中体积分数的增加,涂层的耐磨粒磨损性能明显提高,磨损质量损失随陶瓷相体积分数的增加呈线性减少;添加合金元素Ni和Al可降低孔隙率,增加涂层耐磨性.使用HVAS方法制备了含TiB2的高性能耐磨复合陶瓷涂层.     

喷丸辅助对冷喷涂Ni-Al含能结构涂层组织及性能的影响

目的 调控冷喷涂Ni-Al含能结构涂层的微观结构,增加涂层中组元间的接触面积,提高涂层反应速度。方法 在Ni、Al混合粉末中引入铸钢弹丸,研究喷丸辅助对冷喷涂Ni-Al涂层微观组织、力学性能和反应特征的影响。采用扫描电镜(SEM)结合定量金相方法,表征Ni-Al涂层微观形貌和Ni、Al组元的接触面积。通过万能材料试验机及分离式霍普金斯压杆(SHPB)测试Ni-Al涂层的压缩力学性能。采用差示扫描量热分析法(DSC)分析Ni-Al涂层的反应温度及放热量。通过高速摄影分析Ni-Al涂层的自蔓延反应过程和燃烧速度。结果 喷丸辅助冷喷涂所制备的Ni-Al涂层整体致密、无宏观裂纹。弹丸冲击提高了涂层中Ni颗粒的变形程度和Ni、Al组元间的接触面积,对涂层密度和Ni、Al活性组元含量无明显影响。喷丸辅助冷喷涂Ni-Al在准静态和动态条件下的抗压强度分别为210~250 MPa及310~335 MPa。引入弹丸提高了冷喷涂Ni-Al涂层的反应活性,反应起始温度下降至422 ℃,并显著提高了冷喷涂Ni-Al含能结构涂层的自蔓延燃烧速度。当钢丸添加量为77%时,涂层燃烧速度达到416 mm/s,提高近5倍。结论 喷丸辅助冷喷涂工艺可在保证涂层力学性能的同时,提高Ni-Al含能结构涂层的反应活性,并显著提高自蔓延燃烧速度,弹丸含量对涂层成分影响不大。     

纳米粉末对轴向等离子喷涂TiB2-Al2O3复合涂层的影响

采用三阴极轴向送粉等离子喷涂制备TiB2/Al2O3陶瓷复合涂层,其中一种喷涂粉末是自蔓延高温合成的常规微米级TiB2/Al2O3复合粉末,另一种是由TiB2/Al2O3复合粉掺杂质量分数10%的纳米Al2O3粉经喷雾干燥造粒制备的纳微米结构喂料.比较研究两种涂层的微观组织、耐磨性能,探讨纳米粉末对涂层的影响:扫描电镜、X射线衍射分析涂层微观结构和物相组成;转盘磨损试验测试涂层的耐磨性能.结果显示两种涂层表面洛氏硬度相当,纳米掺杂涂层组织致密性、耐磨性明显高于常规粉末涂层,以及TiB2的氧化产物TiO2含量低于常规粉末涂层.     

高速火焰电弧复合喷涂枪制备3Cr13涂层的性能

高速火焰电弧(HVAF-ARC)复合喷涂枪是高速火焰喷涂枪和电弧喷涂枪的结合体,利用产生的高速燃气来雾化加速电弧喷涂过程中产生的熔融粒子,提高了喷涂粒子的飞行速度,降低了粒子的氧化,可高效制备优质的涂层。文中利用自主开发的新型高速火焰电弧复合喷涂枪和普通高速电弧喷涂枪,分别在钢基体上制备了3Cr13涂层,通过对涂层的性能检测发现,复合喷涂枪所制备涂层的氧元素含量和孔隙率都比普通高速电弧喷涂枪制备的涂层低,分别降低了33%和49%,硬度提高了12%,复合喷涂枪制备涂层的性能得到较大的提高。     

阴极等离子电解沉积Ni和Ni-Al_2O_3纳米涂层

采用电极移动液流式阴极等离子电解在304不锈钢基体上沉积Ni和Ni-Al2O3纳米涂层,研究了溶液组成和电参数对Ni和Ni-Al2O3涂层结构和性能的影响。涂层形貌观察表明,阴极等离子电解沉积的Ni和Ni-Al2O3涂层具有熔融后快速凝固的特征,涂层与基体具有冶金结合。根据XRD的衍射峰宽计算了涂层的晶粒尺寸,结果表明制备的涂层具有纳米结构。元素分析结果证明,Ni-Al2O3涂层中含有少量的纳米Al2O3颗粒,且表面的Al2O3含量比涂层中高。纳米Al2O3颗粒弥散在Ni中显著提高了涂层的显微硬度和耐磨性能。     

Ni-28.0 mass%Al纳米复合镀层的氧化研究

利用复合电镀技术，通过向电镀溶液中加入平均粒度为75 nm的Al粉的方法在Ni基材上制备了Ni-28.0 mass%Al纳米复合涂层，XRD和TEM分析表明，Al纳米颗粒均匀分布在Ni纳米晶粒中.1050℃氧化实验表明：Ni-28.0 mass%Al纳米复合镀层的氧化速度明显低于单Ni镀层及Ni基材的，这是因为在氧化过程中Ni-Al纳米复合镀层热生长连续的Al2O3氧化膜.      

高温树脂基复合材料防护用轻质陶瓷涂层的制备

研究了采用Ni-3％Al粉末和纯铝、纯锌作为打底材料在碳纤维增强聚酰亚胺复合材料(PMC)基体上制备Al2O3轻质陶瓷防护涂层的可行性,测试了涂层的剪切结合强度和耐热循环性能。结果表明,等离子喷涂Ni-3％Al粉末会对PMC基体造成破坏,不适合于作为PMC基体上的打底材料。电弧喷铝也会对基体造成一定程度的破坏,结合强度和耐热循环性能较低。采用低电压、小电流电弧喷锌,可以获得和基体结合良好打底涂层,涂层剪切结合强度达10．45MPa。在其上制备的Al2O3陶瓷防护涂层耐热循环性能良好。     

金属喷涂、堆焊与修复——金属喷涂工艺与设备

20061274 纳米Al2O3对激光熔覆钴基合金涂层组织的影响；20061275 3种超音速热喷涂工艺制备WC-12Co涂层的组织结构分析；20061276 高速电弧喷涂层的弹性模量；20061277 高速电弧喷涂3Cr13钢雾化粒子温度和飞行速度数值模拟；20061278 阳极弧根位置对热喷涂等离子喷枪特性的影响；20061279 反应等离子喷涂合成Fe-FeAl2O4-Al2O3复合涂层的研究；     

航空发动机封严篦齿等离子弧喷涂涂层制备

利用Praxair3710等离子弧喷涂系统在镍基合金试样上制备了(Ni5Al+Al2O3-3TiO2)复合涂层。利用金相显微镜对涂层进行组织观察,并采用Image软件分析涂层的界面污染物、裂纹、孔隙率、氧化物、球状颗粒及整体性等。研究了镍基合金试样上涂层质量与喷涂参数之间的关系以及蓖齿模拟件上的涂层形貌与喷涂角度之间的关系。结果表明:通过调整合适的喷涂参数以及喷涂角度,在蓖齿模拟件上制备的(Ni5Al+Al2O3-3TiO2)复合涂层的各项金相检查结果均取得良好效果。     

陶瓷粉末尺寸对电弧喷涂金属-陶瓷复合涂层形成及性能的影响

利用高速电弧喷涂和含有微米TiB2和纳米Al2O3陶瓷粉末的粉芯丝材在碳钢基体上制备了六组陶瓷颗粒弥散增强的Fe-TiB2复合涂层,研究微纳米陶瓷粉末对电弧喷涂Fe-TiB2复合涂层的形成和性能的影响.采用光学显微镜、WYKONT1100三维表面形貌仪对比分析了扁平粒子形貌和厚度;用SEM,EDAX及XRD分析涂层的形貌和相组成,测试了涂层的显微硬度和耐磨粒磨损性能,并用激光共聚焦显微镜观察磨损后的涂层形貌.结果表明,随着粉芯丝材中微纳米陶瓷粉末含量的增加,扁平粒子的形貌从飞溅严重的散点状逐渐转变成少量飞溅的盘状,涂层的孔隙率随之下降.对比6种涂层的组织及性能,发现当粉芯丝材中的TiB2粉末尺寸＜2 μm时,Fe-TiB2复合涂层中的陶瓷硬质相分布最为细小、弥散,涂层的耐磨性能最好.     

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.     

冷喷涂65%Zn-Al复合涂层的沉积特性

以Zn和Al粉末为原料(Zn质量分数为85%),采用冷气动力喷涂方法制备65%Zn-Al涂层。采用SEM和光学显微镜(OM)对涂层的显微组织进行研究,结合XRD和X射线能谱(EDS)对涂层的沉积特性进行分析。结果表明:在本实验条件下可获得厚度为0.7mm、孔隙率为1.7%的65%Zn-Al复合涂层;Al粒子的沉积效率要远高于Zn粒子的;Zn和Al粒子主要通过塑性变形机械咬合在一起,粒子间结合紧密;交界面处粒子由于连续冲击作用产生破碎细化;涂层显微硬度高于Zn和Al块材的,涂层的本身强度大于其与基体的结合强度,部分结合面涂层与基体存在元素扩散的现象,组织中未检测到固溶体与化合物相。     

金属喷涂、堆焊与修复——金属喷涂工艺与设备

高速电弧喷涂雾化过程的数值模拟,等离子喷涂ZrO2热障涂层的抗热震性能研究,用于加热辊的TiO2＋40％Al2O3陶瓷加热涂层,微束等离子喷涂羟基磷灰石涂层的体外生物活性研究,等离子喷涂过程中粒子的氧化及其对涂层性能的影响……