钛合金高温防氧化玻璃-陶瓷涂料的制备及表征
【论文】钛合金表面等离子喷涂Cr2O3陶瓷涂层性能的研究
摘要钛合金的高温力学性能及热物理性能均不理想。
钛合金耐磨性差，摩擦系数高，在高温下抗氧化性差，从而限制了其进一步广泛应用。
本文采用等离子体喷涂技术在钛合金表面制备Cr2O3陶瓷涂层，改善钛合金表面的硬度及摩擦性能，找出实验工艺与性能的关系。
本实验利用显微硬度仪测定了Cr2O3陶瓷涂层的显微硬度；采用X射线衍射法（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）研究了Cr2O3陶瓷涂层的相结构以及表面形貌特征；利用高速往复摩擦磨损实验机测试了等离子喷涂前后试样的耐磨性能。
实验结果表明：用钛合金等离子喷涂Cr2O3陶瓷涂层的显微硬度显著提高，最高硬度达到HV1500，陶瓷涂层的耐磨性能明显改善。
关键词：钛合金，等离子喷涂，硬度，耐磨性能AbstractHigh-temperature mechanical properties of titanium alloy and thermal physical properties are not ideal. Its poor wear resistance, high friction coefficient and poor anti-oxidation in high temperature conditions, all of these limit its wide application. In the paper, the Cr2O3 ceramic coating was formed on the surface of titanium alloy by the plasma-sprayed technology. By the coating, hardness and wear-resistance property of the alloy’s surface were absolutely improved. And at the end of the experiment, the relation of experimental technique and samples’ performance was found.The microhardness of the ceramic coatings was measured by microharness tester. X-ray diffraction (XRD) and scanning electronic microscope (SEM) were used to study the phase construction,the morphology and wear resistance of the ceramic coating was measured by high-speed reciprocating friction and wear testing machine.The result shows that XRD detects that Cr2O3 was the only component of coating on the surface of titanium alloy. The maximum harness is HV1500, the harness and friction property of the surface of titanium alloy was improved greatly.Key words: titanium alloy, plasma spraying, hardness, friction properties目 录第一章 前 言 (1)1.1 钛合金的概述 (1)1.1.1 钛合金的性能 (1)1.1.2钛合金的应用与发展趋势 (3)1.2 热喷涂技术 (6)1.2.1 超音速等离子喷涂技术 (6)1.2.2 反应热喷涂技术 (7)1.2.3 电弧喷涂技术 (8)1.3 等离子喷涂技术 (8)1.4 本实验的主要研究内容 (9)第二章 实验材料、实验设备 (10)2.1 实验材料 (10)2.1.1 基体材料 (10)2.1.2 试样的制备 (11)2.2 实验设备 (11)2.2.1 预磨机 (11)2.2.2 金相试样抛光机 (11)2.2.3 金相镶嵌机 (12)2.2.4 摩擦磨损检测仪 (12)2.3 实验工艺 (12)2.3.1等离子喷涂的实验工艺 (12)2.3.2 等离子喷涂的实验装置 (13)2.3.3实验前后试样比较 (15)第三章 等离子喷涂Cr2O3陶瓷层的形貌、显微组织以及分析、硬度分析 (16)3.1等离子喷涂Cr2O3陶瓷层的形貌及显微组织分析 (16)3.1.1 实验设备 (16)3.1.2 实验试样的扫描电镜分析 (16)3.2 等离子喷涂Cr2O3陶瓷涂层的XRD 分析 (20)3.2.1 X射线衍射的物相分析原理 (20)3.2.2 等离子喷涂涂层XRD结果及分析 (21)3.3 等离子喷涂Cr2O3陶瓷涂层的硬度分析 (22)3.3.1 检测所用的设备 (22)3.3.2 显微硬度仪的原理 (23)3.3.3硬度检测实验结果 (23)第四章 等离子喷涂Cr2O3陶瓷层摩擦学性能分析 (31)4.1 摩擦学的论述 (31)4.1.1摩擦机理 (31)4.1.2 影响滑动摩擦的因素 (32)4.2 等离子喷涂Cr2O3陶瓷层的耐磨性检测 (32)4.2.1检测装置 (32)4.2.2摩擦系数测试原理 (34)4.3 往复摩擦试验结果及分析 (34)4.3.1 往复摩擦试验的图片分析 (34)4.3.2 往复摩擦实验的曲线分析 (36)第五章 技术经济分析报告 (45)第六章 结 论 (46)参 考 文 献 (47)致 谢 (49)声 明 (50)第一章 前 言1.1 钛合金的概述1.1.1 钛合金的性能钛是一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，最纯的碘化钛杂质含量不超过0.1%，但其强度低、塑性高。
钛合金高温防护陶瓷涂层的制备与性能
钛合金高温防护陶瓷涂层的制备与性能本文从网络收集而来，上传到平台为了帮到更多的人，如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载本文档（有偿下载），另外祝您生活愉快，工作顺利，万事如意！引言钛合金因具有比强度高的特点而在航空航天等领域得到了广泛的应用。
由于金属钛的化学活性较高，在高温环境中极易被氧化，生成脆性的无保护性疏松氧化层，氧分子可以透过氧化层继续氧化钛合金基体，钛合金器件在高温环境中迅速失效，因而在高温环境中使用的钛合金器件需要对其进行抗高温氧化防护处理。
表面改性处理是提高钛合金抗高温氧化性能的重要途径之一，其原理主要是在钛合金表面形成一层阻隔层来阻挡高温腐蚀空气与钛合金基体接触。
目前针对钛合金抗高温氧化表面防护技术主要可分为扩散涂层、气相沉积陶瓷涂层、溅射涂层、搪瓷涂层等，但是制备过程中温度较高，工艺较为复杂，制备温度一般在1 000 ℃以上，较高的温度会影响基体组织，进而恶化基体的力学性能，降低制备温度成为高温防护陶瓷涂层技术亟须解决的问题之一。
1 试验部分试验材料涂料配方及配制方法经过前期正交试验优化，得到的涂料配方所列。
无机陶瓷涂料的配制步骤如下：将g 磷酸二氢铝溶液溶于g 蒸馏水中，形成均匀溶液后加入g 正硅酸四乙酯后密封搅拌24 h，形成均匀透明的溶液，随后加入g 氧化锌与g 氧化镁，使之完全溶解。
加入g 纳米六方氮化硼粉末，分散均匀后加入g 纳米氧化铝粉末，分散均匀后在超声震荡的条件下搅拌15 min。
样品制备用砂布将TC18 钛合金表面打磨光亮，去除表层氧化皮。
采用空气喷涂的方式在钛合金表面喷涂配制好的涂料，喷涂完成后涂料应完全覆盖合金表面，随后将喷涂好的试样转移到烘箱中固化，固化工艺为：120℃保温2 h、200 ℃保温5 h、350 ℃保温5 h。
性能检测方法试样制备完成后，采用上海中奕KSY-6D-16K 箱式电阻炉进行抗热震性试验以及高温氧化试验。
抗热震性试验采用急冷裂纹判定法进行，将试样从900℃电阻炉中取出后分别置于室温环境中进行空冷和水冷却，冷却后重新加热，一直循环到试样出现明显缺陷。
钛合金高温防护陶瓷涂层的制备与性能
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由于金属钛的化学活性较高，在高温环境中极易被氧化，生成脆性的无保护性疏松氧化层，氧分子可以透过氧化层继续氧化钛合金基体，钛合金器件在高温环境中迅速失效，因而在高温环境中使用的钛合金器件需要对其进行抗高温氧化防护处理。
表面改性处理是提高钛合金抗高温氧化性能的重要途径之一，其原理主要是在钛合金表面形成一层阻隔层来阻挡高温腐蚀空气与钛合金基体接触。
目前针对钛合金抗高温氧化表面防护技术主要可分为扩散涂层、气相沉积陶瓷涂层、溅射涂层、搪瓷涂层等，但是制备过程中温度较高，工艺较为复杂，制备温度一般在1 000 ℃以上，较高的温度会影响基体组织，进而恶化基体的力学性能，降低制备温度成为高温防护陶瓷涂层技术亟须解决的问题之一。
1 试验部分试验材料涂料配方及配制方法经过前期正交试验优化，得到的涂料配方所列。
无机陶瓷涂料的配制步骤如下：将g 磷酸二氢铝溶液溶于g 蒸馏水中，形成均匀溶液后加入g 正硅酸四乙酯后密封搅拌24 h，形成均匀透明的溶液，随后加入g 氧化锌与g 氧化镁，使之完全溶解。
加入g 纳米六方氮化硼粉末，分散均匀后加入g 纳米氧化铝粉末，分散均匀后在超声震荡的条件下搅拌15 min。
样品制备用砂布将TC18 钛合金表面打磨光亮，去除表层氧化皮。
采用空气喷涂的方式在钛合金表面喷涂配制好的涂料，喷涂完成后涂料应完全覆盖合金表面，随后将喷涂好的试样转移到烘箱中固化，固化工艺为：120℃保温2 h、200 ℃保温5 h、350 ℃保温5 h。
性能检测方法试样制备完成后，采用上海中奕KSY-6D-16K 箱式电阻炉进行抗热震性试验以及高温氧化试验。
抗热震性试验采用急冷裂纹判定法进行，将试样从900℃电阻炉中取出后分别置于室温环境中进行空冷和水冷却，冷却后重新加热，一直循环到试样出现明显缺陷。
钛合金表面抗氧化玻璃涂层研究
钛合金表面抗氧化玻璃涂层研究摘要：钛合金材料属于一种高强度、低密度的金属材料，使用期间的机械性能良好，在航空航天领域得到了良好运用。
要想延长这类材料的使用寿命，提高使用性能，还应对其表面进行抗氧化处理。
玻璃涂层在使用期间的稳定性比较强，受到高温环境的影响小，也不易与外界物质发生化学反应，能够进一步提升这类合金材料的抗氧化性能。
本文主要对该涂层的具体应用进行了分析，以期为钛合金表面抗氧化处理提供参考。
关键词：钛合金；表面结构；玻璃涂层；抗氧化机理表面涂层技术的合理运用可以提高钛合金材料的高温适应性，实现对材料表面结构的有效防护，而玻璃涂层的优异性较为明显，即使在高温环境条件下其内部组分也可以形成较为细致的保护膜，将钛合金材料与外部空气隔绝开，防护效果较为明显。
目前应用的玻璃涂层比较多，应根据钛合金材料的抗氧化需要进行持续改进与优化，切实提高玻璃涂层的应用效果。
1.玻璃涂层的制备方法1.1热熔敷法热熔敷法是钛合金材料加热到适宜温度后将玻璃粉末均匀喷涂在结构表面，加热后的温度作用能够使玻璃材料发生熔化，随着温度的逐渐冷却而慢慢形成玻璃涂层。
有关学者对这一制备方法应用后钛合金表面的耐腐蚀性能进行了研究，发现适当加稀土元素能够提高玻璃的软化程度，形成的玻璃涂层密度比较大，耐腐蚀性能比较强。
其中氧化铈在增强玻璃涂层使用期间的抗冲击能力方面起到了重要作用。
使用热熔敷法进行钛合金表面玻璃涂层制备可提高结构整体强度，过程操作比较简单，耐腐蚀性比较强，但需要选择质量、性能达到相关要求标准的玻璃粉，这是提高涂层抗氧化性能的关键。
1.2火焰喷涂法该种制备方法主要利用火焰对所用的玻璃材料进行加热处理，使其处于熔化或者半熔化状态，再利用火焰喷射到钛合金结构表面，待温度冷却后可形成防护涂层。
相关学者对这种方法进行了检验，采用氧⁃乙炔火焰喷涂的方式对玻璃涂层的性能和防护效果进行了分析，通过结果可以了解到玻璃涂层的整体状态较为稳定，显著增强了钛合金表面的抗氧化能力。