超音速等离子喷涂涂层耐磨性能研究进展

从超音速等离子喷涂工艺特点和涂层耐磨性能方面综述了超音速等离子喷涂耐磨涂层的研究进展.总结了超音速等离子喷涂技术在航空航天、石油机械等零部件制造和修复中的应用,并展望了超音速等离子喷涂的发展方向.     

超音速等离子喷涂12Co-WC涂层在含沙油润滑条件下的摩擦学行为

为探讨含沙油润滑条件下材料的磨损问题,采用超音速等离子喷涂技术在45钢表面制备了12Co-WC涂层.使用T-11球-盘式摩擦磨损试验机考察了涂层在含沙油润滑条件下的摩擦磨损性能.结果表明.超音速等离子喷涂12Co-WC涂层具有致密的组织、高的强度和硬度,在含沙油润滑条件下的摩擦系数略低于灰铸铁,耐磨性比灰铸铁提高4～8倍,同时磨损体积对沙粒尺寸和沙粒含量的变化不敏感.超音速等离子喷涂12Co-WC涂层的失效以磨粒磨损及WC颗粒和喷涂粒子剥落为主.     

Al合金超音速等离子喷涂WC/Co涂层的组织结构

采用超音速等离子喷涂技术制备了WC/Co涂层,利用扫描电镜、X射线衍射、显微硬度计对涂层的组织结构和硬度进行了表征。结果表明,超音速等离子喷涂层微观组织为多边形WC硬质相分布于Co基体中,未见WC分解现象。在涂层同基体结合界面处,部分区域喷涂粒子嵌入Al合金基体之中。与Al合金基体相比,超音速等离子喷涂层硬度显著提高,达到876HV0.2。     

超音速等离子喷涂PZT涂层的结构与性能研究

锆钛酸铅(PZT)是一种应用广泛具有优良压电性能的功能材料,采用超音速等离子喷涂的方法在45#钢基体表面制备了PZT陶瓷涂层,采用X射线衍射(XRD)对烧结粉末和PZT涂层相组成进行了检测,利用场发射扫描电子显微镜(SEM)对粉末和喷涂层形貌进行了观察,利用TEM透射电子显微镜对涂层的微观结构进行了分析,并对涂层的显微硬度以及介电性能进行了测试。结果表明,超音速等离子喷涂制备的PZT涂层表面平整,结构致密,孔隙率为1.6%,平均显微硬度为562.3 Hv,居里温度为370℃。     

超音速等离子喷涂制备纳米结构梯度功能热障涂层

开发了国内外独创的“双通道、双温区“超音速等离子喷涂的新工艺,分别将高熔点陶瓷粉末和低熔点合金粉末送入喷枪内孔等离子弧的不同温区,保证两种粉末都能在各自的熔点附近获得充分熔融,再均匀混合后以超音速喷射到基体形成涂层,克服了传统的“金属/陶瓷混合法“喷涂过程中高熔点陶瓷熔化不足,低熔点合金过熔、氧化、脆化的难题;同时,由于粒子超音速飞行,在射流中停留时间缩短,晶粒来不及长大,从而使得制备出的CeO_2-Y_2O_3部分稳定的ZrO_2陶瓷涂层仍保留了纳米晶尺寸;由此获得的CeO_2-Y_2O_3/NiCoCrAlY纳米结构梯度功能热障涂层中,陶瓷与金属组份呈连续梯度分布,组织均匀、致密,涂层的韧性、抗氧化性和抗热冲击性能都有明显提高。     

等离子喷涂制备热障涂层的研究进展

等离子喷涂是制备热障涂层最常用的技术。综述了大气等离子喷涂、超音速等离子喷涂、低压等离子喷涂制备热障涂层的研究进展,分析了这3种制备技术的优缺点,并对等离子喷涂制备热障涂层的发展趋势进行了展望。     

超音速等离子与HVOF喷涂WC-Co涂层的冲蚀磨损性能研究

用超音速等离子喷涂(HEPJet)和两种进口高速氧燃气火焰喷涂(HVOF)设备(JP-5000 和DJ-2700)制备WC-Co涂层,进行了孔隙率、显微硬度、结合强度及30°和90°攻角的冲蚀磨损对比实验,分析了涂层的SEM磨损形貌.结果表明,超音速等离子喷涂WC-Co涂层综合性能与JP-5000喷涂WC-Co涂层相当,优于DJ-2700;在30°冲蚀磨损条件下,WC-Co涂层的失效行为表现为疲劳剥落和微切削两种特征;在90°冲蚀磨损时,涂层的失效主要是垂直表面的磨粒冲击力导致涂层疲劳剥落.     

几种等离子涂层在蒸馏水润滑下的摩擦学特性

研究了等离子喷涂Cr₃C₂-NiCr、WC-Co和Cr₂O₃涂层自配对以及Cr₂O₃涂层与WC＋Co硬质合金和增韧SiC陶瓷配对在蒸馏水润滑下的摩擦学特性．结果发现：三种涂层自配对组成摩擦副在水润滑下,以Cr₂O₃涂层的耐磨性能最好,显示出＜10^-6mm³N^-1m^-1的磨损系数;三种涂层的磨损机理均主要表现为裂纹扩展和颗粒断裂,涂层的断裂韧性越高,气孔率和微裂纹长度越低,其耐磨性能越好．异质材料配对能有效地改善Cr₂O₃涂层的摩擦学特性,这主要与摩擦副材料的表面状态及摩擦化学反应有关．     

等离子喷涂工艺对钽/钨复合涂层组织结构的影响

采用等离子喷涂方法制备了Ta/W复合涂层,研究了喷涂距离和喷涂功率对Ta/W涂层密度、沉积效率、化学成分和组织结构的影响.结果表明,Ta/W涂层组织致密,钽、钨涂层之间没有明显的界面,涂层密度分别达到14.27 g/mm3和16.86 g/mm3;喷涂功率对钨粉的沉积效率影响较大,喷涂功率低于40 kW以下时钨粉的沉积效率极低;涂层中的氧含量较低,氧化主要发生在熔融粒子飞行过程中,采用惰性气体保护可以减少涂层中的氧含量.     

等离子喷涂CNTs/Al2O3复合涂层力学性能研究

通过等离子喷涂工艺制备了不同碳纳米管含量的CNTs/Al2O3复合涂层,系统研究了碳纳米管含量对涂层孔隙率、洛氏硬度和断裂韧性的影响规律。实验结果表明:采用喷雾干燥工艺制备的CNTs/Al2O3颗粒为球形,CNTs均匀分布在团聚颗粒的表面;部分CNTs经等离子喷涂后保留在沉积涂层内部并且与Al2O3基体形成冶金结合,起到一定桥接作用。涂层孔隙率和洛氏硬度值均随CNTs含量的增加呈现降低的趋势。随CNTs含量从6%(质量分数)增加到12%(质量分数),CNTs增韧效果的增强和涂层孔隙率的降低导致涂层断裂韧性值从48MPa增加到90MPa。     

等离子喷涂制备ZrB2-MoSi2复合涂层及其抗氧化性能

采用喷雾干燥与真空烧结技术制备出不同MoSi₂含量的ZrB₂-MoSi₂球形团聚粉末, 并以平均粒径为30 μm的ZrB₂-MoSi₂团聚粉末为原料, 利用大气等离子喷涂法在C/C复合材料表面制备包覆完整的ZrB₂-MoSi₂复合涂层, 借助XRD、SEM等对涂层的组织结构以及涂层的抗氧化性能进行了研究。结果表明: ZrB₂-MoSi₂涂层结构均匀致密, 结合强度达到7.2 MPa。适当含量的MoSi₂, 可以提高涂层的抗高温氧化性能; ZrB₂-40wt%MoSi₂涂层C/C复合材料试样在1500℃静态空气中氧化9 h, 失重率仅为1.7%, 涂层具有良好的自愈合能力, 表现出优异的抗高温氧化性能。     

等离子喷涂Fe/Al2O3涂层的微观结构及介电性能

以往将等离子喷涂层用于介电性能的研究较少。采用大气等离子喷涂在石墨表面制备了一系列Fe/Al2O3陶瓷涂层。采用表面分析技术研究了不同Fe/Al2O3含量涂层的微观结构和在8.2～12.4GHz频率范围的介电性能,探讨了Fe含量对涂层相组成和微观结构以及介电性能的影响。结果表明:Fe/Al2O3陶瓷涂层中Fe粉和气孔分布均匀;随着Fe粉量的增加,颗粒热导率变大,涂层中未熔融颗粒减少,γ-Al2O3随之增加,气孔率逐渐下降;涂层的复介电常数随着Fe粉含量的增加而增大。     

高速电弧喷涂Fe-Al/WC复合涂层的高温摩擦磨损特性

采用滑动磨损试验方法研究在室温至650℃温度下高速电弧喷涂Fe—A1／WC金属间化合物复合涂层与Si3N4陶瓷球配副时的摩擦磨损特性，并探讨复合涂层的高温摩擦磨损机理。结果表明，随着试验温度的升高，Fe—Al／WC复合涂层的摩擦系数降低，而磨损率仍保持在较低的水平。高温下复合涂层滑动摩擦系数降低的主要原因是由于磨损面发生摩擦氧化反应而形成的起到固体润滑的作用氧化物保护层。剥层磨损是Fe—Al／WC复合涂层高温磨损的主要机理。涂层中Fe3Al和FeAl金属间化合物相较高的高温强度和硬度，能有效地阻碍裂纹的产生、扩展及扁平颗粒的断裂，从而使复合涂层表现出优异的高温耐磨性。650℃时Fe—Al／WC复合涂层的磨损率有所提高，这可能与高温下涂层表面WC颗粒的氧化和脱碳分解有关。     

SiO_2对MoS_2/酚醛环氧树脂涂层原子氧辐照前后组成与性能的影响

为了有效降低低轨道原子氧辐照对黏结固体润滑涂层摩擦学性能的影响,满足航天器机械运动机构对空间润滑材料高可靠、长寿命的要求,在MoS_2/酚醛环氧树脂涂层中添加六甲基二硅胺烷修饰的SiO_2,制备了复合涂层,并用原子氧地面模拟装置进行辐照.分别采用X射线光电子能谱(XPS)、CSM摩擦磨损试验及扫描电子显微镜(SEM)分析了涂层原子氧辐照前后的化学组成、摩擦磨损性能及磨痕形貌.结果表明:添加SiO_2在一定程度上提高了MoS_2/酚醛环氧树脂涂层的抗原子氧剥蚀和摩擦磨损性能;添加2%SiO_2的涂层在原子氧辐照前后摩擦系数最低,耐磨性能最佳;当SiO_2添加量为1%时,涂层辐照前后的耐磨寿命最长.     

硅烷偶联剂对Al-Sm_2O_3/聚氨酯复合涂层的改性及其耐润滑油性能

为了提高Al-Sm_2O_3/聚氨酯(PU)复合涂层的耐润滑油性能,采用硅烷偶联剂KH550对其进行了改性。从功能特性和力学性能角度,系统研究了复合涂层改性前后耐金吉星J600型润滑油性能的变化规律。结果表明:经KH550改性的Al-Sm_2O_3/PU复合涂层红外发射率对600型润滑油的稳定性得到了明显的增强,同等条件下的发射率明显低于未改性时的值;经KH550改性后复合涂层表面的Sm_2O_3颗粒分散更加均匀,经600型油润滑一定时间后复合涂层的表面出现了少量微孔,使涂层对1.06μm近红外光的反射率明显低于未改性涂层;改性前后复合涂层的硬度和附着力对600型润滑油均具有良好的稳定性,两者可分别保持在3 H和2级以上;经KH550改性后复合涂层的耐冲击强度比未改性的得到明显的加强,经润滑10 d后仍可达到450 N·cm。     

超音速等离子喷涂氧化铈稳定氧化锆涂层的摩擦磨损性能

目前对氧化铈稳定氧化锆涂层的研究较少,且对涂层摩擦学性能的研究不够深入。利用超音速等离子喷涂技术,在45钢基体上制备了氧化铈稳定氧化锆涂层。采用XRD、SEM及EDS等对粉料及涂层的显微结构和物相组成进行了分析;利用划痕仪对涂层的结合力进行了测试;在干摩擦条件下对涂层的摩擦磨损性能进行了测试。结果表明:涂层在基体表面铺展良好,与基体结合紧密,结合力为30 N。载荷为200 N时涂层的质量磨损率极低,且摩擦系数随载荷的增大而减小。     

等离子喷涂工艺参数对钽涂层滑动摩擦性能的影响

目前,用等离子喷涂工艺制备钽涂层及对其摩擦性能的研究报道很少。采用等离子喷涂制备钽涂层,并研究了涂层的滑动摩擦性能,探讨了喷涂功率、喷涂距离和送粉速率对喷涂过程中钽粉温度和速度的影响,采用SEM分析了涂层的典型组织结构,用球盘型摩擦磨损试验机测试了室温、无润滑条件下涂层的滑动摩擦性能。结果表明,喷涂功率、喷涂距离和送粉速率对钽飞行粒子的温度和速度都有较大的影响,等离子喷涂优化参数为喷涂功率36kW、喷涂距离150mm、送粉速率45g/min时,钽涂层的组织致密、耐磨性好,密度和硬度分别为15.2g/cm3,759HV,涂层的抗拉强度超过40MPa;涂层的滑动摩擦失效行为主要表现为疲劳剥落,在试验范围内,各种喷涂工艺参数获得的涂层滑动摩擦系数相近。     

火焰喷涂低密度聚乙烯/n-SiO2复合涂层的流变性能及力学性能

低密度聚乙烯(LDPE)火焰喷涂层力学性能差,与基材结合力差,为此,在LDPE粉末中添加n-SiO<,2>制得了LDPE/n-SiO<,2>复合涂层.利用转矩流变仪、熔体流动速率仪考察了n-SiO<,2>含量对LDPE粉末流变行为的影响;利用电子拉力机、红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)、紫外老化箱等对涂层...