等离子喷涂纳米结构Al_2O_3_TiO_2涂层的组织与性能研究
纳米掺杂对Al2O3+13%TiO2等离子喷涂涂层耐蚀性能的影响
纳米掺杂对 Ａ ２ ３１ ％ＴＯ２ 离子喷涂 ｌ ＋３ Ｉ 等 Ｏ 涂层 耐蚀性 能的影 响
李春福 １ 王 戎 ２ 牛艳 花 朱泽华 李天雷 ・
６００ ； １５ ０
北京 １ ２４ ） ０ ２ ９
（． １ 西南石油大学 油气藏地质与开发国家重点实验 室 成都
２中国石油 大学 （ ． 北京 ） 化学化工学 院
粘 结 金 属 全 部 采 用 Ｎ／１Ｎ／１层 厚 度 为 ０ ５ ｉ ，ｉ Ａ Ａ ． ０ ｍｍ ００ ～ ． ｍｍ。 用 Ｐｌ ｓＸｐ￣ 型 ｘ 射 线 衍 射 仪 ８ ｈｉ ／ｏ ｐ （ Ｒ 进 行物 相 分析 ， Ｐｌ ｓＸ ３ 扫描 电镜 Ｘ Ｄ） 用 ｈｉ Ｌ ０型 ｐ （ Ｅ ／Ｄ 观 察涂层 的组织形 貌 并分 析其 成份 。 Ｓ Ｍ Ｅ Ｓ）
文 献 标 识 码 ：Ａ
１ 前言
等离子喷涂 Ａ２３１％ Ｉ Ａ １ ） ｌ ＋ ３ ＴＯ （ Ｔ ３ 涂层 ， ０ 具有 高硬度 、 耐磨损等优点 ， 广泛应用 于石 油 、 化工 、 纺 织及航空航天机械装备中［ ］ 卜 。但由于涂层 中存在 ４ 通孔 等缺 陷 ， 导致 在腐 蚀 介 质 中工 作 的零 部 件 涂 常 层 剥落 ， 甚至 失效 。近 年来 ， 随着 纳米 材料 在 热喷 涂
摘要 ：利用大气等离子喷涂技 术 （ Ｐ ，在 ４ Ａ Ｓ） ５号钢基体上 制备 纳米掺杂 ５ ３ ％Ａｚ １％Ｔ０ 质量分数 ） ％一 ０ ｌ ＋ ３ ｉ：（ Ｏ 涂 层 ，利用扫描 电镜 （ Ｅ 、ｘ射线衍射 （ Ｒ Ｓ Ｍ） Ｘ Ｄ）等技术手段测定涂层 组织 结构及密度 、孔隙度 、通孔率等性能 ， 在 ８ ℃、１％Ｈ Ｓ Ｏ ０ Ｏ 溶液 中对涂层进 行浸蚀实验 。结果表 明，纳米掺 杂提 高了涂层 在酸性介 质中的鼓泡时间 ，而 涂层从鼓泡 到脱落所需时间与纳米含量无关。这是由于纳米 掺杂使涂层密度提高 ，开孑 率 、通孔率降低 ，组织均 Ｌ
高强韧耐磨纳米Al2O3／TiO2涂层的制备及应用
通 过将 Ａ ＴＯ 纳米颗 粒弥 散 于粘合 剂 中， 通 １ ／ ｉ ０ 并 过喷雾干 燥获得 固体颗 粒 。因应 用 场合 的不 同 ， 必 要 时还可 通过烧结来 提高其 结构 的致密完 整性 。 下一 个问题就 是 纳米 涂 层 如何 在基 体 上 成形 。 团聚物被 过度加热 可 导致 晶粒迅 速 长大 、 体部 分 粉 熔 融 。从 这一点看 ， 层 在基 体 上形 成 纳米 晶 或纳 涂 米颗粒并 不像原来 想像 的那 样简单 。如果要 在涂层 中形成并保 持纳米级 的微观结 构 ， 如下三 种方法 ： 有 其一 ， 免粉体颗 粒喂料 的熔融和 晶粒长大 ， 避 但难度 极大； 其二 ， 当纳米 粉 体材 料 其他 部 分熔 融 时 ， 有 具 高熔点 的纳米颗粒 夹 杂物 仍 然保 持 固态 ， 者通 过 或 热 喷涂使 粉体 材料在撞 击基体 表面 的固化过 程 中形 成纳米级 结 构 ； 三 ， 个 或 更 多 不 易 相 溶 相 （ 其 两 如 Ａ ，ＴＯ ） １ 、 ｉ 的复合材料 ， Ｏ 是在粉 体 团聚颗 粒撞 击基 体 表面并 固化 的过 程 中形成 的单 晶和亚稳 固相分解
围的未熔化 的尺寸 更细小 的纳米 晶粒区 。在 较低温
度时， 纳米 团聚体颗 粒几乎 不发生熔 化 ， 但可 能发生
一
定程度 的 晶粒长 大 。由于等离子 焰流温度 和团聚
体 颗粒尺寸 的不均 匀 性 ， 喷涂 的结 果 就导 致 了一 种
如 图 ３所示 的“ 相 ” 复 结构 。可 能是 这 种 “ 相 ” 复 结 构 赋予 了纳米 陶瓷涂层 以优 异 的性 能 。
的亚稳相具 有高缺 陷的尖 晶石结构 。
热喷涂——等离子喷涂
热喷涂——等离子喷涂等离子喷涂属于热喷涂技术，它是将粉末材料送入等离子体（射频放电）中或等离子射流（直流电弧）中，使粉末颗粒在其中加速、熔化或部分熔化后，在冲击力的作用下，在基底上铺展并凝固形成层片，进而通过层片叠层形成涂层的一类加工工艺。
它具有生产效率高，制备的涂层质量好，喷涂的材料范围广，成本低等优点。
因此，近几十年来，其技术进步和生产应用发展很快，己成为热喷涂技术的最重要组成部分。
一、原理等离子喷涂是通过等离子喷枪来实现的，喷枪的喷嘴和电极分别接电源的正负极。
喷嘴和电极之间通入工作气体，借助高频火花引燃电弧。
电弧讲气体加热并使之电离，产生等离子弧，气体热膨胀由喷嘴喷出告诉等离子流。
送粉气管将粉末送入等离子射流中，被加热到熔融状态，并被等离子射流加速，以一定的速度喷射到经预处理基体表面形成涂层。
二、涂层和工艺技术特点1、 涂层结构特性等离子喷涂涂层组织细密，氧化物含量和孔隙率较低，涂层与基体间的结合以及涂层粒子间的结合形式除以机械结合为主外，还可产生微区结合和物理结合，涂层结合强度较高。
2、 工艺技术特点喷涂材料应用广泛，从低熔点的铝合金到高熔点的氧化锆都可以喷涂。
；涂层结合强度高，孔隙率低、氧化物夹杂少；设备控制精度高，可以制备精细涂层。
三、主要工艺参数1、 等离子气体的选用。
国内一般选用担当起或氩气作为等离子喷涂的主气，用氢气作为辅助气体。
喷涂高熔点材料如2ZrO 、23Al O 、W 等，主气应选氮气并混加少量氢气。
2、送分量送分量的大小是影响涂层组织结构和沉积效率的重要参数，若送粉量过大，不仅降低粉末沉积效率，还会增加涂层中孔洞和未熔融粒子的数量，导致涂层质量下降。
若送分量过小，除增大喷涂成本外，还可能造成零件过热，涂层开裂等不良后果。
四、等离子喷涂技术的应用等离子喷涂技术在耐磨涂层、耐蚀涂层等传统领域的应用已经较为广泛，从上世纪50 年代至今，其应用领域由航空、航天扩展到了钢铁工业、汽车制造、石油化工、纺织机械、船舶等领域。
等离子喷涂氧化铝涂层界面状态和结合性能的研究
表 1 Ni20Cr 粉末的主要化学成分( w) %
Ni
Cr
Si
Fe
78-82
18-22
＜ 0. 9
＜ 1. 0
收稿日期: 2011 － 10 － 14
·24·
材料开发与应用
2012 年 6 月
等离子喷涂在普莱克斯公司生产的 3710 型 等离子喷涂系统上进行，使用 SG100 型喷枪，送 粉方式为内送粉。拉伸试验在 INSTRON-5587 型 材料试验机上进行，将固化后的对偶试样在万能 材料试验机上拉伸，直至断裂。涂层的界面状态 观察分别采用 OLYMPUS GX71 型金相显微镜和 和 Quanta 600 型扫描电镜。 1. 2 试样制备
σth = Ec ( αs -αc ) △T 其中，Ec 是 涂 层 材 料 的 弹 性 模 量，αs 和 αc 分别是基材和涂层的热膨胀系数。显然，当基材 热膨胀系数越小，热失配应力就越小，当 αs ＜ αc 时，甚至会产生有利于涂层结合的压应力。 表 4 是四种基材热膨胀系数、导热系数和比 热容的值。由表 4 可以看出，纯铜的导热系数最 大，因而熔滴沉积瞬间传递给基材的热量最快，同 时其比热容最小，因此造成对应基材的温升最高 ( △T) ，加上其热膨胀系数 αs 较大，因而产生的热 失配应力最大; 6061 铝合金的导热系数仅次于纯 铜，但其比热容最大，导致其基材升温较小( △T) ， 抵消了其热膨胀系数最大对热失配应力的不利影 响，综合起来 6061 铝合金上涂层的热失配应力应 小于纯铜且高于 45 钢和 TC4 钛合金。
等离子喷涂是把金属或陶瓷粉末送入高温 的等离子弧焰流，将粉末粒子加热至熔融或半熔 融状态并以 高 速 率、高 动 能 撞 击 在 工 件 表 面，通 过碰撞变形铺展、快速冷却并凝固沉积而形成涂 层的一种表面改性技术。作为重要的热喷涂技 术之一，等离 子 喷 涂 是 近 年 来 研 究 最 多、发 展 最 快的一种热喷涂技术。由于等离子焰流具有高 温和高速的特点，特别适用于喷涂难熔的陶瓷涂 层。等离子喷涂陶瓷涂层技术能有效地把金属 材料的强韧性、可加工性和导电导热性等和陶瓷 的耐高温、耐磨损、耐腐蚀、电绝缘等特点结合起 来，同时满足机械产品对结构性能 ( 强度、韧性 等) 和环境性能( 耐磨、耐蚀、耐高温、电绝缘等) 的需求，获得相当理想的复合材料结构。但是等 离子喷涂涂层工件的一个突出问题，是在服役过 程中容易发生分层剥离、裂纹、胀起等失效，这不 仅与涂层 / 基材的界面状态有关，还与残余应力 密切相关。涂层的界面状态和残余应力直接影 响着涂层的结合强度，与涂层材料( 类型、性质) 、 涂层结构、喷涂工艺( 喷砂、预热、工艺参数等) 、 基材( 形状、尺寸、物性参数等) 等诸多因素有关， 目前国内主要集中于对各种喷涂材料的喷涂工 艺及涂层性能的研究，本文研究了相同喷涂工艺 下基材类型对氧化铝陶瓷涂层界面状态、残余应 力以及结合强度性能的影响规律，这对改善涂层 质量，提高涂层使用寿命具有实际意义。
等离子喷涂耐磨陶瓷涂层的组织研究
层 本 身 组 织 不 均匀 以及 不 同相 结 构 的存 在 ，在 测 试 中 出 现 高 硬 度 和 低 硬度 值 ，调 整 视 场 打 至 少 １ 压 痕 点 ， ０个 然
后 取 显 微 硬 度 的 平 均 值 。如 下 表 所 示 的涂 层 的 显 微 硬 度 。
为主 ， 时产 生 部分 微 冶 金结 合 。微 冶 金结 合 的产 生 是 因 同
为 喷涂 过 渡 层 时 ， 末 中 的 Ｎ 和 Ａ 发 生 放 热 反 应 ， 种 粉 ｉ ｌ 这
放 热 反 应 可 在 粉末 微 粒 到 达基 体 表 面之 后 仍 然 持 续很 短
时间 ， 而使 涂 层 与基 体 之 间产 生很 强 的 微 冶金 结合 。 从
磨性 。
关键 词 ： 离子喷 涂 等
Ａ － ｉ １ Ｔ Ｏ 性 能 Ｏ
前 言
涂 层 与 基 材 的 界 面 呈 锯齿 状 ，结 合 形 式 属 于 以 机 械结 合
高 性 能 的 陶瓷 涂 层 是 一 种 具 有 较 大 发 展 前 景 的 新 型 材 料 ， 既具 有 陶瓷 材 料 耐 高 温 、 腐 蚀 、 磨 损 和 重 量 它 耐 耐 轻 等优 良性 能 ， 能保 持原 有底 材 的结 构 强度 。 目前 已被 又
单次 测 量 的显 微 硬 度值 （ Ｖ ０ Ｈ １０）
８ ０． ５ ９ ２ ９ ． ６ １ ７ ５ ｌ ５． ０１ １ １ ５． Ｏ ｏｏ ５ １８ ５ ３ ０．
平均 值 折 合 值
（ 。 （ Ｃ） ＨＶ ） ＨＲ
９ ４． ４ ９ １５ ６ ９
１ １ Ｏ ７ ４． １ １ ２ ０ １ １ Ｏ ６ ９． ７ ｏ６ ． ６ ４ ７ ０ ２． ４ Ｏ６ ． ６ ９ ６
激光重熔Al_2O_3-13% TiO_2复合陶瓷涂层抗冲蚀性能
为开 发高性 能 、 高可靠 性 、 寿命航 空发 动机 的研究 长
热点 ¨。 。在 高温热 端部件 施加表 面 防护 陶瓷 涂层
是 一种更 有效 的手段 。
所熔炼 的 ．ｉ１ 合 金 （ Ａ －） 过 渡 层 为 北京 矿 ＴＡ 基 Ｔ Ｃ２ ；
冲蚀性 能 的有 效方法
。
收 稿 日期 ： ０ ９１ 一３ ２ ０ —０ｌ ；修订 日期 ： ０ ９ ７２ ２ ０ － —６ ０ 基 金 项 目：国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 （ ９７ ０ ６ ５９ ５４ ，
５ ３５ １ ） ０ ０ ０ ０ ；江 苏 省 自 然 科 学 基 金 项 目 （ Ｋ ０ ４ ０ ， Ｂ ２ ０ ０ ５ 图 １ Ａ １ Ｔ ３粉 末 Ｓ Ｍ 形 貌 Ｅ
王 东 生 ， 田宗 军 段 宗银 王 泾 文 沈理 达 黄 因 慧 ， ， ， ，
（ ． 陵 学 院 机 械 工 程 系 ， 徽 铜 陵 ２ ４ ０ ； ． 京 航 空 航 天 大 学 机 电学 院 ，南 京 ２ ０ １ ） １铜 安 ４００ ２南 １０ ６
摘 要 ：为 了进 一 步提 高 ＴＡ 合 金 表 面 等 离 子 喷 涂 Ａ １％ ＴＯ （ 量 分 数 ， 同 ） 合 陶 瓷 涂 层 的抗 冲 蚀 性 能 ， ｉＩ ｌ 一３ ｉ 质 Ｏ 下 复 采 用 激 光 重 熔 工 艺 对 涂 层 进 行 处 理 ， 究 了激 光 重 熔 对 涂 层 微 观 组 织 和 抗 冲 蚀 性 能 的 影 响 ， 讨 论 了 陶 瓷 涂 层 的 研 并 冲蚀 机 理 。结 果 表 明 ， 光 重 熔 处 理 会 形 成 致 密 细 小 的 等 轴 晶 重 熔 区 ， 致 涂 层 有 更 好 的抗 冲 蚀 性 能 。激 光重 熔 激 导 试 样 仍 表 现 为 典 型 的 脆 性 冲 蚀 特性 ， 以近 表 面 的 裂 纹 萌 生 和 扩 展 ， 终 导 致 重 熔层 破碎 、 粒 剥 离 为 主 。 最 晶
TC4钛合金表面等离子喷涂Al2O3-13wt%TiO2涂层及激光重熔研究
ｂ ｌ ｍａ ｐａ ｉ ｎａ ｉｎｕ ａｌｙ（Ｃ ）Ａ Ｏ ｓｒ ａ ｅｎｕ ｅ ｍｅ ｅ ｌｓ ｒｙ ｄ ｏｔ ｇ． ｈ ｈ ｓ ｃ ｎｔｕｉｎ ｙｐａ ｒｙｎ ｏ ｔａ ｉｍ ｌ Ｔ ４． Ｃ ２ａｅ ｓ ｅ ｓｄｔ ｒ ｌｔ ａｍａ ｐａ ｅ ａｉ ｓＴ ｅ ａｅ ｏ ｓ ｔｔ ， ｓ ｓ ｇ ｔ ｏ ｌ ｈ ｂ ｏ ｅ ｔｈ ｐ ｓ ｃ ｎ ｐ ｉ ｏ
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第２ 卷 ８
增 刊
材
料
热
处
理
学
报
Ｖ １ ８ Ｓ ｐ ｌｍ ｅ ｔ ｏ ．２ ｕ ｐ ｅ ｎ
Ａ ｕｇ ｔ ｕｓ ２０ ０７
２０ ０ ７年
８月
Ｔ ＲＡＮＳ ＡＣＴ ＯＮ ＳＯＦ ＭＡＴ Ｉ ＥＲ ＡＩ Ｉ ． ＡＮＤ Ａ Ｒ Ｓ ＨＥ Ｔ Ｔ ＥＡ Ｍ ＥＮＴ Ｔ
Ｔ ４ Ｃ 钛合 金表面 等离子喷涂 Ａ ２ ３ ３ ｔ ｉ 涂层及激光重熔研 究 ｌ ． ｗ ％ＴＯ２ Ｏ １
李 崇桂 ，田 伟 ，杨 勇，王
（ 哈尔滨 工 业大 学材 料科 学系 ，黑龙江
摘
铀
哈尔滨 １００ ） ０ １ ５
要： 采用等离子喷涂技术在 Ｔ ４钛合金表面制备了常规 Ｍｅ ｏ ３ Ｃ ｔ １０陶瓷涂层及纳米结构 ＡＩ ３１ｗｔ ｉ ２ ｃ ２ ．３ ％ＴＯ 涂层 ， Ｏ 并利用 Ｃ ２ Ｏ
纳米掺杂对Al2O3+13wt%TiO2等离子喷涂涂层组织结构及抗磨损性能的影响研究
中图分类号 ： Ｔ １ ３１４ Ｆ ２． ４
文献标识０ ） ０ １９ ３ （０ ７增刊．８ ５０ １ ３ ７ ．５
电镜 （ Ｅ ） 察磨损后 的磨痕形 貌。结果表 明，纳米 ＳＭ 观 复相涂层 的耐磨 损性 能明显好 于传 统 陶瓷涂层 ， 且磨损
载荷 高于 ４ ０ ０ Ｎ后 ，纳米复相涂层磨损 机制 和传统 涂层
的不 同， 传统 涂层 的磨损 主要是涂层 的微 裂纹产生和 颗 粒 的剥落 ，而相 同条件 下纳米 复相涂 层， 主要 表现 为涂 层 的粘着磨损 与局部 剥落 。
工艺提 高等 离子 喷涂涂 层 的耐磨 损性能 ， 当前等 离子 是 喷涂涂层 的重 要研究 方向之一 。
２ 实
验
等 离 子喷涂 粉 末采 用沈 阳双实磨 料 磨具 有 限公 司 Ａ １（ ２ ＋１ ％ＴＯ ） Ｔ ３Ａ１ Ｏ３ ３ Ｉ ２ 粉末 ，粉 体粒径为 ４ ￣６ ｇ ０ ０ ｍ， 纳 米 材 料 采 用 山 东 先 广 纳 米 材 料 有 限 公 司 纯 度 为 ９ ． ％、 ９９ ９ 尺度为 ２ ￣４ ｎ 的 Ａ ２ 及 ＴＯ 。 ０ ０ｍ ｌ ０３ ｉ ２纳米 Ａ ２ ３ ｌ 、 ０ ＴＯ２ ｉ 的配 比与 Ａ １ Ｔ ３相 同。 纳米 掺杂量分别 为 ５ １ ％、 ％、 ０ １ ％、２ ％、３ ％。纳米 分散采用超 声波 加强力搅 拌方 ５ ０ ０ 法 ，分散 设备为 Ａ ５ ５ Ｓ ９超 声波分散 仪及 Ｆ ５高剪切 １ Ａ２ 分散乳化仪 ，时 间为 ３ ｍｉ；与微米 级 Ａ １ ０ ｎ Ｔ ３粉 末混合 后脱水 的坯泥采用 橡胶等 静压（ ｅ 方 式在 ２ ｔ压 力实 Ｉ ） Ｒ ０ 验机 上进 行制坯 ，在钼 丝炉 中进 行 １０ ￣１ｏ ℃烧 结 ２０ ３０ ２ ，破 碎筛分 制成尺度 为 ２ ～１０ ｍ 的纳米包覆微米 ｈ ０ ０ｇ
热喷涂制备氧化钛复合涂层研究现状
第30卷第2期江苏理工学院学报JOURNAL OF JIANGSU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Vo l.30，No.2 Apr.，20242024年4月陶瓷涂层因其耐磨损、耐高温及耐腐蚀等优点，在海洋舰船、航空航天、能源运输、汽车装备等领域具有广泛的应用前景。
然而，单一物相的陶瓷涂层通常脆性较大、结构缺陷较多，在服役过程中易破裂和剥落，其应用受到限制[1]。
目前，陶瓷涂层的性能改善手段主要有优化制备工艺参数和多相添加。
通过添加其他相，可以在保持原物相优异性能的同时，使涂层拥有多种不同的性能，减少孔隙与微裂纹等缺陷含量，拓展其应用范围[2]。
氧化钛复合涂层是指将氧化钛颗粒与其他材料进行复合，由于氧化钛颗粒具有较好的流动性及相容性，因此，作为第二相添加至涂层中可以提高涂层的韧性、硬度、耐磨性和耐腐蚀性能[3]。
热喷涂技术是一种表面强化和修复技术，具有工艺简单、成本低、灵活性高等优点，被广泛应用于零件表面以提升其耐磨损、耐腐蚀、耐高温等性能[4-5]。
近年来，采用热喷涂技术制备氧化钛复合涂层获得了广泛关注，一些学者针对涂层相添加、粉体结构设计等方法，研究了不同复合涂层的综合服役性能及二氧化钛对涂层性能的影响机理。
本文根据氧化钛复合涂层使用的材料种类，将其分为氧化物复合涂层、碳及碳化物复合涂层。
基于此，分别从氧化钛复合涂层、氧化物复合涂层、碳及碳化物复合涂层的制备三个方面，系统综述了国内外在有关氧化钛陶瓷涂层耐磨、耐腐蚀性能强化方面的研究情况，并对氧化钛复合涂层的原理和性能优化方法进行了介绍与分热喷涂制备氧化钛复合涂层研究现状吴海东1，燕玉林2，崔方方1，丛孟启1，高祥涵1，楚佳杰1，韩冰源1（1.江苏理工学院汽车与交通工程学院，江苏常州213001；2.军事科学院战略评估咨询中心，北京100091）摘要：氧化钛复合涂层具有优异的耐磨、耐腐蚀性能，常用于关键机械零部件的表面防护。
等离子喷涂Al2O3-13%TiO2复合陶瓷涂层的组织及热氧化性能的研究
［ 中图分 类号－ ］ ＴＯ１ ４ ４ ３ ７ ． ５ ３ ０ １ ６ ０ ２ １ ） １ ０ １ —０ 文 １ ０ —３ ６ （ ０ ０ ０ － ０ ５ ５
Ｓ ｕ ｙ ｏ ｈ ｔ ｕ ｔ ｒ ｎ ｅ ｍ ａ ｉ ｉ ａ ｉ ｎ Ｐｒ ｐｅ ｔｅ ｆ ｔ ｄ ｎ ｔ ｅ Ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ ａ ｄ Ｔｈ ｒ ｌＯｘ ｄ ｚ ｔｏ ｏ ｒ ｉ ｓ ｏ
孔 洞细 小但 密 集 ， 纳米 涂层 中的孔洞较 大但 不 密集 ， 大部 分 的 气孔都 存在 于部 分熔化 区的 内部 ； 且 涂层 在 喷涂 过 程 中所 生成的 气孔 以及 热氧化 过程 中 由于热应 力而产 生的裂 纹是造成 涂层 失效的 直接原 因。
［ 关键词 ］ 等 离子喷 涂 ； 一３ Ｔｉ ； Ａ１ １ Ｏ。 热氧化 ； 织；性 能 Ｏ。 组
等 离子 喷涂 Ａ ２ ３ｌ ％ＴＯ 复合 陶瓷 涂层 的组 织及 热氧 化性 能 的研究 ｌ 一３ ｉ ２ Ｏ
徐 心洁 贺毅 马 东林 刘 元 忠 。 ， ，
（． １ 西华 大学 ，成都 ６ ０ ３ ；． 钢集 团 成都 钢钒有 限公 司 ，成都 ６ ０ ０ ） １０ ９２攀 １ ３ ０ ［ 摘 要］ 采用 大气等 离子喷涂 法在 Ｑ２ ５钢 上喷 涂 了常规微 米 、 米 Ａｌ 一３ Ｔ Ｏ ３ 纳 １ ｉ 复 合涂 层 ， ２种 Ｏ。 对
ｓｒ ｔ ５ ｓｅ ｌ ｙ ａ ｍｏ ｐ ｅ ｅｐ ａ ｍａｓ ｒ ｙ ｎ ．Ｔｈ ｈ ｒ ａ ｏ ｉ ｉ ｔ ｎ ｅ ｐ ｒ ｎ ｓｉｖ ｓ ｉａ ｅ ，ｔ ｅ ｐ ａ ｅｃ ｒ — ｔａ ｅ Ｑ２ ｔ ｅ ｂ ｔ ｓ ｈ ｒ ｌｓ ｐ ａ ｉ ｇ ３ ｅｔ ｅ ｍ ｌ ｘ ｄｚ ｉ ｘ ｅ ｉ ａｏ ｍｅ ｔ ｗａ ｅ ｔ ｔｄ ｈ ｈ ｓ ｏ ｎ ｇ ｎ
等离子喷涂Al2O3-TiO2涂层过程中的物相转变研究
１ 一 ｉ ０ ｌ 粉 ０ ｉ： 通 ［摘 要 ］ 综 述 了等 离 子 喷涂 Ａ ２，ＴＯ 涂 层过 程 中 的不 同粒 度 Ａ ２， 末 及 ＴＯ 物相 转 变 ， 过不 同喂 料 及 涂层 的 ｘ 射
．
线衍 射 图 ， 析 Ａｌ ， ＴＯ 不 同相 态 在 喷涂 过 程 中 的转 化 机 制 。研 究 结果 表 明 ， 分 ２ 和 ｉ： ０ 涂层 的 Ａ：， １ 主要 以 Ｏ—Ａ：， Ｏ ｔ １ 和 一Ａ ：， Ｏ １ Ｏ 相组 成 ， ｉ 主 要 以金 红石 晶型 存 在 。对 等 离 子 喷 涂 陶 瓷涂 层 过 程 中 的物 相转 变研 究 提 出展 望 。 ＴＯ 则
为 —Ａ， １ 。 ０
关键词 等 离子 喷涂
１ 前言
涂层
Ａ １ ０， Ｔ Ｏ： 物相 转 变 ｉ
成 一Ａ ２， １ 核心。后来 实测证明 ， ０ 虽然其估算 的表面 Ｉ 勰 能不准确 ， Ｍｃ Ｈ Ｒ Ｏ 的理论具有合理性 。 但 Ｐ Ｅ ＳＮ ２１ 常规粉等 离子喷涂过程 中 Ａ ， ． １ 的相变 Ｏ
＜材 料 究 ＞ 研
一７ ３一
天辟罐分
碱性气氛中将分解成为 一Ａ２ ｌ 。 ０ ２２ 纳米 团聚粉喷涂过程 中 ， ． ｏ 的相变 将纳米颗粒加入到涂层 中， 以明显地改善和提 可 高涂层的性 能 ， 纳米 陶瓷涂层 的研究国内外近年来开 展较多Ｉ１ ｎ４ 一１ 。纳米粉末不能直接用 于等离 子喷涂 ［１ １６ ５１ —。
热喷涂 陶瓷涂层是 一项 表面强化 的新工艺技术 ， 在 陶瓷喷涂材 料 中 ， Ｉ ，ＴＯ 陶瓷是 最早 应用 于热 Ａ２ 一 ｉ ０
喷涂 的陶瓷材料之一 ， 以其为原料 制备 Ａ ＴＯ 涂 Ｉ 一 ｉ ０
纳米掺杂Al2O3／ZrO2等离子喷涂热障涂层组织结构研究
摘要
利用大气等 离子 喷涂技 术， Ｎ８ 在 ０钢基体上制备 纳米掺 杂 １ （ ５ 质量分数 ） ｚ ｓ ＺＯ Ａ１ ／ ｒ ２热 障涂 层。利 Ｏ
用 Ｘ射线衍射 （ Ⅺ ）扫描 电镜（ Ｅ 等观察分析 了纳米掺 杂 Ａｌ ３ ｚ 粉末及 等 离子喷涂涂层 的组织形貌及 结 、 Ｓ Ｍ） ｚ ／ｒ ０ 构。结果表明 ， ｚ ３Ｚ Ｏ 等 离子喷涂粉末是 由表 面被 纳米球 团粒子 包覆 的微 米级 粒子 构成。粉末材 料主要 由 旷 Ａｌ － ｒ ￣ ０ Ａｌ 及 稳 定 的 四 方相 ｔ ｒ 相 及 少量 的 （ ５ ） 斜 相 ｍ－ ｒ ｚ组 成 。 纳 米掺 杂 等 离子 喷 涂 Ａｌ ／ 涂 层 的微 ２ ０３ － Ｏ２ Ｚ 约 单 ＺＯ ２ Ｚ ０３ 观组 织形貌复杂 ， 存在 着纳米柱状晶薄壳 内包裹着微 米级柱状 晶、 未熔化 的 ＺＯｚ陶瓷粒 子嵌 镶在 晶体 内部 的独特 晶 ｒ
・
１０ ・ ６
材料 导报
２ ０ 年 ８月第 ２ 卷 专辑 Ⅺ ０８ ２
纳米 掺杂 Ａｌ ／ ｒ 等 离 子喷 涂热 障涂 层 组 织结构 研 究 ２ ｏ３ ｚ ｏ２
李学艺 ， 李春福 宋开红 罗平亚 ， ，
（ 西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重 点实验室 ， １ 成都 ６０ ０ ； １５ ０
Ｓ ａｅ ｐｒ ｙ ｄ Ｔｈｅ ｍ ａ ｒ ｉｒ Ｃｏ ｔｎ ｒ ｌＢａ ｒｅ ａ ｉ ｇ
ＬＩＸｕ ｙ ，ＬＩＣｈ ｎ ｕ ，Ｓ ｅｉ ｕ ｆ ＯＮＧ ｉｏ ｇ ，ＬＵＯ ｎ ｙ Ｋａｈ ｎ Ｐｉｇ ａ
（ Ｓ ａ ｅ Ｋｅ ａ ｏ ａ ｏ ｙ ｏ ｌａ ｄ Ｇａ ｓ ｒ ｏ ｒＧｅ ｌ ｇ ｎ ｐ ｏ ｔ ｔ ｎ ｏ ｔ ｗｅ ｔＰｅ ｒ ｌｕ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ １ ｔ ｔ ｙ Ｌ ｂ ｒ ｔ ｒ ｆＯｉ ｎ ｓ Ｒｅ ｅ ｖ ｉ ｏ ｏ ｙ ａ ｄ Ｅｘ ｌ ｉ ｉ ，Ｓ ｕ ｈ ｓ ｔｏ ｅ ｍ ｉ ｅ ｓｔ ａｏ ｙ，
钛合金表面等离子喷涂Al2O3-40%TiO2_陶瓷涂层的高温摩擦磨损性能
第52卷第12期表面技术2023年12月SURFACE TECHNOLOGY·351·钛合金表面等离子喷涂Al2O3-40%TiO2陶瓷涂层的高温摩擦磨损性能周志强1，郝娇山1*，宋文文1，孙德恩2，李黎1，蒋永兵1，张健1（1.重庆川仪调节阀有限公司，重庆 400707；2.西南大学 材料与能源学院，重庆 400715）摘要：目的研究温度对钛合金表面Al2O3-40%TiO2陶瓷涂层摩擦磨损性能的影响，探讨涂层在高温下的摩擦磨损机理。
方法采用大气等离子喷涂技术（APS）在TC4钛合金表面制备Al2O3-40%TiO2（AT40）陶瓷涂层。
采用扫描电子显微镜（SEM）和能量分散谱仪（EDS），对AT40陶瓷涂层中的微观形貌和物相进行定性分析。
借助维氏显微硬度计，研究 AT40陶瓷涂层在常温下的截面显微硬度分布规律，以及高温下的显微硬度。
采用多功能摩擦磨损试验机，测试AT40陶瓷涂层在200、350、500 ℃下的摩擦磨损性能，并进行原位在线自动3D形貌表征。
结果 AT40陶瓷涂层呈典型的热喷涂层状结构，各相分布均匀，涂层结构致密，平均显微硬度相较于TC4钛合金基材提高了81%。
AT40陶瓷涂层在200、350、500 ℃下的高温硬度分别为513HV0.3、463HV0.3、448HV0.3。
在200、350 ℃时，AT40陶瓷涂层的平均摩擦系数分别为0.18±0.02和0.38±0.03，磨损率分别为(7.8±0.01)×10–5 mm3/(N·m)和(37.2±0.01)×10–5 mm3/(N·m)，涂层具有优异的抗高温摩擦磨损性能。
500 ℃时，涂层的平均摩擦系数和磨损率分别为0.77±0.02和(134.4±0.01)×10–5 mm3/(N·m)，磨痕深度和磨损体积大幅增加，耐磨性能降低。
TiO2纳米结构、复合及其光催化性能研究共3篇
TiO2纳米结构、复合及其光催化性能研究共3篇TiO2纳米结构、复合及其光催化性能研究1TiO2纳米结构、复合及其光催化性能研究随着环境污染日益严重，光催化技术逐渐成为一种重要的治理手段。
其中，TiO2因其良好的光催化性能，在光催化领域中得到了广泛应用。
近年来，随着纳米技术的发展，研究人员开始尝试制备TiO2纳米结构及其复合材料，以提高其光催化性能。
本文将就TiO2纳米结构、复合及其光催化性能进行探讨。
TiO2是一种广泛应用于光催化领域的半导体材料。
其中，纳米级TiO2颗粒具有更高的比表面积和更好的光催化性能。
通过控制TiO2颗粒的形貌和尺寸，可以进一步提高其光催化性能。
目前，制备TiO2纳米颗粒的方法主要有溶胶-凝胶法、水热法、气-液界面法等。
其中，溶胶-凝胶法是最常用的制备方法之一。
通过将钛酸四丁酯、乙醇等原料混合后，进行溶胶-凝胶、干燥、煅烧等步骤，即可制备纳米级TiO2颗粒。
研究表明，通过控制煅烧温度和时间，可以控制TiO2颗粒的尺寸和形貌。
例如，较高温度和较长时间会导致颗粒尺寸增大，形貌由球形转变为椭球形或纺锤形等。
除了纳米颗粒外，掺杂和复合是另一种提高TiO2光催化性能的有效手段。
掺杂主要是通过将其他元素掺入TiO2晶格中，以改变其电子结构，提高光催化性能。
目前常用的掺杂元素包括银、氮、碳等。
复合则是将TiO2与其他材料复合，以提高其光催化稳定性和性能。
常用的复合材料包括金属氧化物、石墨烯、聚合物等。
对于掺杂TiO2，研究发现，掺杂银元素可以增加TiO2的光催化活性和稳定性。
由于银元素具有良好的表面等离子共振吸收效应，可促进TiO2的光吸收和电子传输。
同时，掺杂氮和碳元素可以缩小TiO2带隙，增强光吸收效果。
对于复合TiO2，研究发现，纳米级TiO2颗粒与金属氧化物复合，可以提高其光吸收和电子传输效果，从而提高光催化性能。
总体而言，制备TiO2纳米结构、掺杂和复合是提高TiO2光催化性能的有效手段。
利用热喷涂技术制备二氧化钛光催化涂层研究现状与展望
利用热喷涂技术制备二氧化钛光催化涂层研究现状与展望付耀耀;李华【摘要】纳米二氧化钛(TiO2)因稳定、廉价、无毒等优势,成为研究与应用最广泛的光催化剂.为了解决颗粒状催化剂难以回收、易于造成二次污染等缺点,制备TiO2涂层是较为理想的选择.热喷涂技术具有成本低、效率高、容易实现大面积制备等优势,在TiO2涂层制备研究中得到广泛关注.基于此,本文综述了等离子喷涂、火焰喷涂、超音速火焰喷涂、冷喷涂技术在制备纳米TiO2涂层方面的研究现状,并分析了影响TiO2涂层光催化性能的关键制备因素,讨论了多种热喷涂技术在涂层微观结构控制与性能调控方面的研究现状,并对未来发展做了展望.【期刊名称】《热喷涂技术》【年(卷),期】2019(011)001【总页数】8页(P1-8)【关键词】TiO2;热喷涂涂层;光催化;微观结构;性能调控【作者】付耀耀;李华【作者单位】中国科学院宁波材料技术与工程研究所海洋新材料与应用技术重点实验室浙江省海洋材料与防护技术重点实验室,宁波,315201;中国科学院大学材料与光电研究中心,北京,100049;中国科学院宁波材料技术与工程研究所海洋新材料与应用技术重点实验室浙江省海洋材料与防护技术重点实验室,宁波,315201【正文语种】中文【中图分类】TG174.40 引言有机染料广泛应用于印染、塑料和食品等行业中，其产生的染料废液如果未能得到有效处理，将对生态环境造成潜在的危害。
为了去除相关污染，目前采取的方法主要有膜分离、微生物、吸附法以及光催化等方法。
由于光催化技术具有廉价高效、操作简便和二次污染小等优点，是最有潜力的染料污染物降解技术。
其中，二氧化钛（TiO2）在众多半导体光催化剂中，由于其具有稳定、廉价和无毒等优点，成为研究与应用最为广泛的光催化剂[1, 2]。
颗粒状态的TiO2，尤其是纳米尺寸的TiO2,由于巨大的比表面积以及纳米材料的尺寸效应，具有更优的催化活性，但是颗粒状态的催化剂在液相反应后难以回收，不仅会造成经济损失，也会因为泄露而造成二次污染。
等离子喷涂技术现状及发展
2007年第7 期总第1028 期2007年10月等离子喷涂技术现状及发展陈丽梅，李强（福州大学材料科学与工程学院，福州350002）摘要：从等离子喷涂设备、等离子喷涂过程中的测量技术及等离子喷涂技术的应用等几个方面综合分析了近年来等离子喷涂技术的研究现状和发展概况，指出了等离子喷涂技术的发展方向。
关键词：等离子喷涂设备；测量技术；应用；发展等离子喷涂属于热喷涂技术，它是将粉末材料送入等离子体（射频放电）中或等离子射流（直流电弧）中，使粉末颗粒在其中加速、熔化或部分熔化后，在冲击力的作用下，在基底上铺展并凝固形成层片，进而通过层片叠层形成涂层的一类加工工艺。
它具有生产效率高，制备的涂层质量好，喷涂的材料范围广，成本低等优点。
因此，近几十年来，其技术进步和生产应用发展很快，己成为热喷涂技术的最重要组成部分。
表1列出了各种热喷涂方法的应用和发展情况。
本文着重就近年来等离子喷涂技术在喷涂设备、喷涂测量技术及其应用等方面的研究现状与发展概况进行深入探讨。
1 国内外等离子喷涂设备的现状喷涂装置的研究始终是等离子喷涂技术的研究热点。
从上世纪80 年代起，随着计算机、机器人、传感器、激光等先进技术的发展，等离子喷涂设备的功能也得到了不断的强化。
目前，国内外先进的等离子喷涂设备正向轴向送粉技术、多功能集成技术、实时控制技术、喷涂功率两极分化（小功率或大功率）的方向发展。
加拿大Mettech 公司开发出的Axial III 三阴极轴向送粉等离子喷涂系统,是目前国际上获得成功商业应用的轴向送粉等离子喷涂设备。
与传统的枪外送粉等离子喷涂设备相比,Axial III 沉积效率高、送粉速率高、孔隙率低、获得的涂层硬度高,且对粉末粒度分布要求不高。
Sulzer Metco 公司的Multicoat 等离子喷涂系统第一次将PC 计算机的先进性(过程再现、数据管理) 和PLC 的稳固性结合起来。
Multicoat等离子喷涂系统可以进行大气等离子喷涂(APS) 、真空等离子喷涂(VPS) 和超音速火焰喷涂(HVOF) 。
等离子喷涂纳米Al2O3-TiO2陶瓷涂层研究综述
构疏 松 多 孔 ［ 。另 外 一 种 将 纳 米 粉 末 经 过 造 粒 】 ］ 重构 至 可 喷 涂粒 径 的 大 颗 粒 团 聚 体 。常 用 的 造 粒方 法 包 括 一般 造 粒 法 、 压 造 粒 法 、 雾 干燥 加 喷
收稿 日期 ： ０ ６—０ —０ ２０ ９ ６
含量、 粘结 剂 及 其 含 量 。重 构 后 喂料 颗 粒 表 面 光 滑 ， 动 性 好 ， 密 度 高 ， 仍 保 留 １ ～ ２ 气 流 致 但 ０ ０
孔 。罂 长 生 等［ 也 就 影 响 喷 雾 照 例 Ａｌｏ。ｎ ｎ ３ ］ ／ａｏ
—
１ 纳米结构 喂料制备
纳 米 粉 末质 量 过 轻 ， 等 离 子 射 流 中容 易 被 在 吹散 无 法 沉 积 到 基 底 上 ， 使 少 量 纳 米 粉 末 能 即
得 到 广 泛 采用 。 虽 然 喷雾 干 燥 已经 是 一 门 相 当成 熟 的 工 艺 ，
性 能 。 目前 ， 随生 产 纳 米 粉末 的方 法 实 现 了 工 业
化， 纳米 材料 研究 的重 点 正 从 粉 末 合 成 向以 粉末
为 基 的涂 层 或体 结 构 材 料 的 制备 转 变 ， 在 应 用 潜 涉 及各个 领 域 。大 量 的 研 究 表 明 ， 纳 米 结 构 粉 以 末 为原料 经各 种 热喷 涂技 术制 备 的纳米 结 构涂层 表 现 出极 其 优异 的性 能 ， 为新 材 料 工 程 领 域 的 成 研 究热 点 之 一 。等 离 子 喷 涂 纳 米 结 构 ＡｌＯ。 一 Ｔｉ。 Ｏ 涂层 与对应 的常 规涂 层 相 比 ， 合 强 度 增 加 结 １ ０ ， 粒 磨 损 抗 力 提 高 ３０ ， 曲 和 杯 突试 ０ 磨 ０ 弯 验 表现 的剥 落抗 力要 高得 多 。作 者就等 离 子喷 涂
等离子喷涂氧化铝基陶瓷涂层的性能研究
显 微 硬 度(HV)
度升高， 是等离子喷涂时的焰流高温对基体表层有
“热处理”作用[7]。 AT13 涂层显微硬度从基体到陶瓷
层也是逐渐增大，陶瓷层主体部位硬度较高，边缘部
位硬度有所降低。
对 比 两 种 涂 层 的 统 计 分 析 结 果 可 以 发 现 ，AT13
1 实验材料及方法
1.1 实验材料
收 稿 日 期 :2010-05-10 基金项目:湖 北 省 教 育 厅 指 导 项 目(2004X097); 湖 北 汽 车 工 业 学 院 校
科 研 基 金 资 助 项 目 (2008YQ12) 作者简介:饶晓晓(1974- ),女,湖北浠水人,讲师,硕士;
电 话 :13636184234;E-mail:raoxiaoxiao00@ 通讯作者:罗成(1969- ),男,湖北荆门人,副教授,博士,主要研究方向为
关键词：等离子喷涂； 显微硬度； 磨损； 孔隙
中 图 分 类 号 ：TG174.4
文 献 标 识 码 ：A
文 章 编 号 ：1001-3814(2010)20-0099-05
Study on Performence of Al2O3-based Ceramics Coating Prepared by Plasma Spraying
中的气体在撞击固化时因其溶解度的降低而释放出 小气泡形成气孔等原因造成的。 从图中可以清楚地 看到 Al2O3 陶瓷层与 Ni/Al 粘结层，以及 Ni/Al 粘结 层与基体界面之间都形成了结合良好的机械结合界 面，Al2O3 陶瓷层和 Ni/Al 粘结层以及 Ni/Al 粘结层 和基体之间相互交叉结合在一起， 这种结合对提高 涂层的结合强度、 抵抗涂层的剥落有利。 还可以发 现，Ni/Al 粘结层相对致密，Al2O3 陶瓷层的致密性较 差。 这是因为 Ni/Al 的熔点较低， 在等离子射流中 Ni/Al 粉末可充分熔化，而 Al2O3 陶瓷粉末熔点高且 具有较低的热导率， 在等离子焰流中较大的粉末仍 难以达到完全熔化，沉积成层时易留下孔隙等缺陷， 从而使 Al2O3 陶瓷层的致密性较 Ni/Al 粘结层差。
激光熔覆等离子喷涂Al2O3陶瓷涂层组织结构研究
密度高 、 稀释度低 、 组织细小及性能优 良等特点 ］有 ，
着 广 阔 的应 用 前景 。 文 中选 用 Ｏ 陶瓷 作 为 涂层 材料 ， ４ ， 以 ５钢 为 基
Ｓ ｏ ｇ ｈ ａ， Ｕ ／Ｓ ｎ － ｕ Ｙ ＡＮ ａ — ｎ ，ＨＥ ｉ ｈ Ｘｉｏ ｍｉｇ Ｙ－ ｕ ｚ
（ ｅｅｒｈＣ ｎｅ ｆ ａ ｒ ｒｃｅ ｉ ， ｎ ｕ Ｕ ｉ ｒ ｔ ｏ Ｔ ｃｎｌ ｙ Ｍ ’ｎｈｎ２３ ０ ，Ｃ ｉ ） Ｒ ｓａ ｅ ｔ ｒ ｓ ｏｅｄｎ Ａ ｈ ｉ ｎ ｅ ｉ ｆ ｅｈ ｏ ｇ ， ａ ａｓａ ４ ０ ２ ｈｎ ｃ ｒｏ Ｌ ｅ Ｐ ｇ ｖ ｓｙ ｏ ａ
材， 采用 镍包 铝 粉末 作 为过 渡 合金 ， 用 等离 子 喷涂 方 利 法获 得 等离 子 喷涂 ０ 陶 瓷涂 层 ， ］ 并对 ０ 陶瓷 等 ］ 离 子 喷涂 层 进 行激 光 熔 覆 ， 过 两 种 涂层 的 显 微 组 织 通 观察 、 ｘ射线 衍射 分 析及 滑 动磨 损试 验 ， 等离 子 喷涂 对 Ａ Ｏ 涂 层 和激 光熔 覆 Ａ２ ｈ １ 涂层 的组 织结 构 、 度 ０ 硬
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２２ 月 ０ 年８ ０
表 面 技 术
第３望 １
塑
激光熔覆等 离子 喷涂 Ａ ２ ３ １ 陶瓷 涂层组织 结构研 究 ０
斯 松 华 ， 晓敏 ， 宜 柱 袁 何 （ 徽 工 业 大 学 激 光 加 工 研 究 中心 ， 徽 马 鞍 山 ， ０ ０ ） 安 安 ２ ３２ ４
ｔ ｏｔ ｇｃｎｉｓｏ ａ ｈ ｃａ ｎ ｏ ｓ ｔ ｆ —Ａ２ ３ Ｚ０ ｄ丫 ｅ ｉ ｓ ｌ ， ｒ２ ０ ｎ ａ 一Ａ２ ３ Ｔ ｅ ｃｏｔ ｃ ｒ ｏ ｓｒ ｌ ｄｎ １ ３ ｏｔ ｇｉ ｌ ． ｒ ｒ ｔｅ ｆ ａ ａ ｉ Ａ２ ａｉ ０ ｈ ｍｉ ｓ ｕ ｕ ｌ ｅ ｃ ｄ ｇ ０ ｃ ｎ ｓ ｃｌｍ ａ，ｃｎｉｉｇｏ ｎ ａ ｏ ｎ ｕ ｒ ｏ ｓ ｔ ｆａｕ ｉｒ ａ—Ａ２ ３ａｄ Ｚ ， ｄｈｓｔｅｈｇｅ ａｄｅｓａｄｏ ｖ ｕｌ ｓｐｒ ｒ ｓｎ ｔｙ ｌ ａ ａ ｉ ｒ ｒｎｓ ｎ ｂｉ ｓ ｕ ｅ ｏ ｎ ０ ｎ ｈ ｈ ｈ ｏ ｙ ｉ
等离子喷涂碳化钛-硅化钛涂层的组织结构与性能
等离子喷涂碳化钛-硅化钛涂层的组织结构与性能马玉夺;杨勇;王磊;王彦伟;邵宇轩;崔宇航;孙文韦;王星宇【期刊名称】《材料研究与应用》【年(卷),期】2022(16)1【摘要】研究直接喷涂和反应喷涂合成的两种碳化钛-硅化钛复合涂层的组织结构与性能.通过等离子喷涂技术将两种不同复合粉(TiC-TiSi_(2)和Ti-SiC)分别喷涂在TC4钛合金表面制备成碳化钛-硅化钛复合涂层,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、万能拉伸试验机、显微维式硬度计、划痕仪对所得涂层进行表征及测试.结果表明:等离子喷涂TiC-TiSi_(2)复合粉所得涂层中含TiC为58%,Ti_(5)Si_(3)为21%,TiSi_(2)为7%,Si为9%和SiO_(2)为5%,等离子喷涂Ti-SiC复合粉所得涂层含有TiC(47%),Ti_(5)Si_(3)(40%)和SiC(13%);在等离子喷涂过程中Ti-SiC复合粉中的Ti与SiC发生了明显的化学反应,反应生成了TiC和Ti_(5)Si_(3);等离子喷涂Ti-SiC复合粉所得涂层,具有更薄的层片和更小的晶粒尺寸.与等离子喷涂TiC-TiSi_(2)复合粉所得碳化钛-硅化钛涂层相比,等离子喷涂Ti-SiC复合粉所得碳化钛-硅化钛涂层具有更高的结合强度、更高的显微硬度(提高了18.7%)、更好的韧性及更好的耐划痕性能,这主要在于等离子喷涂Ti-SiC复合粉反应合成的碳化钛-硅化钛涂层中硬质相的相对含量更高且反应合成的碳化钛、硅化钛晶粒更细小.【总页数】6页(P136-141)【作者】马玉夺;杨勇;王磊;王彦伟;邵宇轩;崔宇航;孙文韦;王星宇【作者单位】河北工业大学材料科学与工程学院;河北省新型功能材料重点实验室【正文语种】中文【中图分类】TG174【相关文献】1.大气等离子喷涂氧化钛基复合陶瓷涂层的组织结构与摩擦学性能研究2.大气等离子喷涂氧化钛基复合陶瓷涂层的组织结构与摩擦学性能研究3.等离子喷涂钛酸锶镧/金属复合涂层组织结构及性能的研究4.稀土对等离子喷涂镍-碳化钛陶瓷涂层摩擦学性能的影响5.反应等离子喷涂钛—氮化钛涂层的X光衍射和X光电子谱研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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等离子喷涂纳米结构Al2O3/TiO2涂层的组织与性能研究邸英浩,阎殿然,张建新,何继宁,李晓亮(河北工业大学材料学院,天津300132)摘 要:采用液相喷雾造粒的方法将纳米级Al2O3/T iO2颗粒团聚成适用于等离子喷涂的微米级粉体,并利用等离子喷涂技术成功地制备出含有纳米结构的陶瓷涂层。
利用X射线衍射仪、扫描电镜和显微硬度计等设备对涂层的微观结构和性能进行检测。
结果表明,所制备的涂层中含有适当比例的未熔或半熔的纳米颗粒,涂层的硬度、韧性和耐磨性等性能与传统涂层相比都有了较大的提高。
关键词:等离子喷涂;纳米涂层;A l2O3/T iO2涂层;显微组织中图分类号:T B331;T G156.8 文献标识码:A 文章编号:1001 3814(2005)02 0010 02Microstructure and Properties of Plasma sprayed Nano structured Al2O3/TiO2C oatingsDI Ying ha o,YAN Dia n ra n,ZH ANG Jia n xin,H E JI ning,Li Xiao lia ng(M ater ial I nstitute,H ebei Univ er sity of T echnolog y,T ianj in300132,China)Abstract:P lasma sprayed nano structured A l2O3/T iO2co atings wer e made by using r econst ituted spr ay dried pow ders.T he microstr ucture and pr operties w ere investigated using X ray diffractio n and scanning electr onic micro sco pe and dig ita l micr ohardness tester.T he r esults show that the co ating is composed of a bimodal structure(fully melt ed splat and par tially melted part iculate str uctur e).A nd the nanostructural coat ing s display better microhar dness,t oughness and anti wear resistance compared w ith the co nv entional coating s.Key words:plasma spr aying;nanostructured co ating;A l2O3/T iO2co ating;micr ostructure纳米材料由于其优越的性能越来越引起人们的关注。
将纳米材料与表面涂层技术相结合所制备的纳米涂层也展现出良好的力学性能,如高硬度、高抗蚀性和高耐磨性[1~3]。
本文采用液相喷雾造粒的方法将纳米级Al2O3/T iO2颗粒团聚成适合于等离子喷涂的微米级粉体,再利用等离子喷涂技术制备出含有纳米结构的陶瓷涂层,并对其微观结构和性能做了初步探讨。
1 试验方法试验选用由山东先广纳米有限公司生产的纳米Al2O3和TiO2粉末,两种粉体的粒径为60~150nm。
经XRD检测,氧化铝以 相和少量 相存在,氧化钛以锐钛矿相和金红石相共存。
为进行比较,本试验采用三种成分配比:A l2O3+13%T iO2(质量分数,下同)、Al2O3+40%TiO2和传统商用微米A T13粉体(以下分别简称13AT、40AT和A T13)。
为解决纳米粉体过轻不适于喷涂的问题,本试验使用聚乙烯醇作为粘结剂,采用液相喷雾造粒的方法将纳米颗粒粘结成微米级的颗粒,以用于喷涂。
喷雾造粒工艺流程为:料浆溶液的配制喷雾造粒粉体收集粉体烧结筛选。
为防止纳米颗粒的团聚,使用前用超声波振荡将其充分分散。
喷雾造粒干燥温度为450~550!。
烧结温度为1100~1200!。
烧结后筛选-150~+300目的粉体作为喷涂用粉。
喷涂设备采用江西九江产50kW等离子喷涂设备,试样先用Ni/Al合金粉打底,然后使用喷雾造粒粉体制备纳米涂层。
喷涂工艺参数为:功率30~40kW,氩气流量80~85L/min,氢气流量100~200L/m in,送粉气流量5~7L/min,枪距80~110m m,涂层厚度500~ 600m。
用PH ILIPS XL30/T MP型扫描电镜及X Pert M PD型衍射仪进行显微组织观察和相分析。
用H XD 1000型显微硬度计测定硬度。
耐磨性试验在M M 200型磨损试验机上采用∀环 块#相对滑动干磨方式进行,试块不动,磨环旋转(其线速度为0.4m/s)对磨环材料为GCr15(61H RC)。
载荷100~500N,磨损时间0.5h。
涂层的耐磨性能用磨损体积损失量!V (m m3)来衡量。
2 试验结果分析2.1 涂层的相结构及显微组织经X射线衍射分析,喷涂后涂层中的氧化铝以 相和∀相共存,氧化钛以金红石相存在。
涂层中有大量的亚稳相∀ Al2O3存在,说明涂层的冷却速度很10 RESEARCH Hot W orking Technology 2005No.2收稿日期:2004 11 08 基金项目:河北省自然科学基金资助项目(503037)作者简介:邸英浩(1979 ),男,河北深泽人,硕士生,主要从事表面技术方面的研究。
快,这也为在涂层中保留部分未熔纳米粒子提供了条件[4,5]。
在等离子喷涂过程中由于焰流温度很高(10000K 以上),相当部分的纳米颗粒会熔化,在撞击试样后形成微米片层状组织,但由于粒子飞行速度和冷却速度极快,部分纳米粒子来不及熔化,以未熔或部分熔化状态到达试样表面,因此形成了微米层片状组织和烧结状态纳米粒子共存的双重微观组织(bimodal struc ture [6])。
这种双重组织对于涂层的韧性和耐磨性的提高是非常有利的[7,8]。
但两种微观结构应当有适当的比例,否则涂层的性能就得不到提高。
这种比例主要依赖于喷涂功率。
本试验采用30、35和40kW 三种功率,得到了不同比例的双重结构组织,涂层的微观组织形貌见图1。
当喷涂功率过低时(小于30kW),涂层中的未熔或半熔组织比例较大,这种涂层的性能很差,几乎不能使用;当功率适当时(35~40kW),涂层中大部分组织为微米片层状组织,中间弥散分布着未熔或半熔纳米结构组织,此时涂层性能较传统微米涂层有了较大的提高;当功率过高时(大于40kW),涂层中几乎全是微米片层状组织,纳米结构数量极少,此时涂层的性能反而接近于传统微米A T13涂层[8]。
2.2 涂层的显微硬度和耐磨性涂层的显微硬度测定结果如表1所示(10个点硬度的平均值)。
可见纳米涂层的硬度较传统涂层有了一定程度的提高。
表2 涂层的硬度值表涂层传统AT 13纳米13AT 纳米40AT 硬度值(H V0.1)906.81158.71019.4图2是用功率35kW 喷涂的3种涂层的磨损体积损失(两次磨损的平均值)与载荷的关系。
图3是用不同喷涂功率所得13AT 涂层的磨损体积损失(两次磨损的平均值)与载荷的关系。
由图2可以看出,涂层图2功率35kW 所得3种涂层的磨损体积损失与载荷的关系的磨损体积损失量随载荷增大而升高,在35kW 功率条件下纳米涂层体积损失量要明显少于传统涂层,说明在相同条件下纳米涂层的耐磨性要明显好于传统涂层。
另外又可看出,当载荷大于400N 时,传统涂层的磨损曲线斜率急剧上升,耐磨性明显下降,而两纳米涂层的磨损曲线斜率变化不大,说明其磨损机制变化不明显。
由图3可见,当纳米涂层的喷涂功率提高时,涂层的磨损性能下降。
这是由于涂层中的片层状组织增多而纳米结构粒子比例减少所致。
这也说明涂层中存图3不同功率所得13AT 涂层的磨损体积损失与载荷的关系在的双重微观结构对涂层性能的提高是很关键的[4]。
3 结论(1)将液相喷雾造粒的方法与等离子喷涂技术相结合,制备出了含有纳米粒子结构的陶瓷涂层。
(2)涂层中含有适当比例的未熔或半熔的纳米颗粒可以明显提高涂层的性能。
并且随喷涂参数的变化,涂层中的纳米结构比例也同时发生变化。
(3)在相同条件下,纳米涂层的耐磨性要明显好于传统涂层,且随着喷涂参数的变化,纳米涂层的耐磨损性能将发生变化。
参考文献:[1] 曹楚南.腐蚀电化学[M ].北京:化学工业出版社,1994.150 159.[2] Jiang Xianliang.Plasma Spray Forming of Nanostructu red Composites Coatin gs[J].J.M ater.Sci.T ech nol,2002,118(3):287 289.[3] 宋诗哲.腐蚀电化学研究方法[M ].北京:化学工业出版社,1988.180 191.[4] C hen H uan g,Zhou Xiam ing,Din g C huanxian.Investigation of theth ermal mechanical properties of a plasma sprayed(下转第15页)4 结论(1)T i 50.6%N i合金在室温受压时有明显的伪弹性表现,总回复率可达90%。
(2)T i 50.6%N i合金的压缩伪弹性与拉伸伪弹性表现不尽相同,压缩伪弹性主要与应力诱发R相变有关。
(3)热处理工艺对T i 50.6%Ni合金的室温压缩伪弹性有显著的影响。
高温时效态的压缩回复率最高,回复态和中温时效态的较低。
致谢:本文实验中得到上海交通大学∀高温材料及高温测试#教育部重点实验室和上海工程技术大学材料科学实验室的大力帮助,在此深表谢意。
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