不同氧化铝粉末等离子喷涂氧化铝涂层的性能
Cu添加对等离子喷涂Al2O3涂层和AT13涂层性能的影响
在日常生产生活中，各类机械设备不可避免的会发生摩擦，导致磨损；材料磨损不仅会使得机械零件尺寸发生变化，还会给企业生产带来巨大经济损失。
材料磨损通常发生在其表面，表面工程技术可以通过改变材料表面组成，赋予材料表面某些特殊性能。
作为表面工程技术的重要分支之一，等离子喷涂技术具有焰流温度高、对基体热影响小等优势；在众多喷涂材料中，氧化铝类陶瓷材料具有高强度硬度以及耐磨性，在工业中得到了广泛应用，但其也存在脆性大、残余应力大等缺点。
为改善等离子喷涂氧化铝涂层性能，国内外专家学者从优化喷涂工艺、喷涂材料选择、后处理工艺方面等方面做出了大量研究。
Zhijian Yin等采用大气等离子喷涂制备了Al2O3涂层和Al/Al2O3复合涂层，并测试了复合涂层的各种性能，结果表明，与Al2O3涂层相比较，Al/Al2O3复合涂层表现出更致密的结构，断裂韧性和热扩散率得到了提高，且Al/Al2O3复合涂层的耐磨性优于Al2O3涂层。
Jagadeesh Sure等将等离子喷涂制备的Al2O3-40wt%TiO2涂层进行激光重熔，检测其性能，研究结果表明，涂层的表面均匀性随着激光重熔而提高，激光重熔改善了或改变等离子体喷涂的Al2O3-40wt%TiO2涂层表面性能。
金属Cu是面心立方结构，具有优良的导电性、塑韧性和导热性。
本文将金属Cu分别加入Al2O3粉和Al2O3-13%TiO2粉（简称AT13）中，对比分析添加铜分别对氧化铝涂层和AT13涂层力学性能和摩擦学性能的影响，为拓展涂层使用范围提供数据参考。
1 试验材料与方法1.1 涂层制备本文选用北京桑尧科技生产的Al2O3与AT13粉末，上Cu粉，按照不同质量分数配具体成分信息如表1所示。
1 复合粉末成分比例名称成分构成/%Cu1010Al2O3900AT13090Abbreviation10CA10CAT 1.2 力学性能及摩擦磨损试验选用MH-3显微硬度仪检测两种复合涂层显微硬度，加载条件为载荷300g；加载时间为15s。
等离子喷涂过程中粒子的氧化及其对涂层性能的影响
摘 要 : 利用粒子收集装置和附加氩气保护罩 ,研究了铁粒子和 NiCoCrAl Y粒子在等离 子喷涂过程中的氧化行为及其对涂层性能的影响. 结果表明 ,粒子在飞行过程中存在 对流氧化和扩散氧化两种氧化机制 ,粒子的氧化方式取决于离开喷嘴的距离 ;离开喷嘴 距离越长 ,粒子氧化越严重 ;采用附加氩气保护罩能明显减少喷涂过程中外界空气对粒 子的氧化 ,降低涂层孔隙率 ,提高 NiCoCrAl Y涂层的抗高温氧化性能. 关键词 : 等离子喷涂 ; 金属粒子 ; 氧化机理 ; 抗氧化性能 中图分类号 : TG174. 442 文献标识码 : A 文章编号 : 0253 - 360X(2009) 11 - 0044 - 05
图 2 喷涂前后粒子的形貌变化 Fig1 2 Morphological variation of a s2received particle and a s2
sprayed particle
2. 1. 2 金属粒子在飞行过程中氧化机理分析 喷涂粒子离开喷嘴后首先与卷入焰流中的氧发
生反应 ,在粒子表面形成氧化物. 当射流黏度 (υg ) 与粒子黏度 (υp ) 之比 υgΠυp 大于 50 ,相对雷诺数 Re 大于 20 时 ,熔化粒子表面产生的剪切力将使得粒子 内部开始形成涡流[4] . 对于大气等离子喷涂来说 , 在距喷嘴 50 mm 以内的射流中心处射流黏度与粒子 黏度之比υgΠυp 的值在 50～2 000 之间 ,且相对雷诺 数 Re 远大于 20[5] ,此时在粒子内部必形成涡流. 在 涡流的作用下粒子的表面速度大于粒子的平均速 度 ,表面和内部将发生对流运动 ,使表面形成的氧化 物不断被卷入内部 ,而粒子表面则不断被新的液体 重新覆盖. 这段时间内发生的氧化称之为对流氧 化. 在喷涂距离 45 mm 处收集到的铁粒子表面发现
《大气等离子喷涂Al2O3-MgAl2O4多层型涂层及其介电性能》范文
《大气等离子喷涂Al2O3-MgAl2O4多层型涂层及其介电性能》篇一一、引言大气等离子喷涂技术作为一种先进的表面处理技术，因其独特的物理和化学特性，在众多领域得到了广泛的应用。
其中，Al2O3-MgAl2O4多层型涂层以其优异的性能和广泛的应用领域受到了特别关注。
本文将针对这一涂层材料展开研究，主要关注其喷涂过程及其介电性能的探讨。
二、大气等离子喷涂技术大气等离子喷涂技术是一种利用高温等离子射流将粉末材料加热至熔融或半熔融状态，然后喷射到基体表面形成涂层的技术。
该技术具有高效率、高结合强度、良好的耐磨耐腐蚀性能等优点。
三、Al2O3-MgAl2O4多层型涂层的制备本实验采用大气等离子喷涂技术制备Al2O3-MgAl2O4多层型涂层。
首先，根据实验需求，将Al2O3和MgAl2O4粉末按照一定比例混合，然后利用喷枪将混合粉末喷射到基体表面。
在喷涂过程中，通过控制喷涂距离、喷涂速度、粉末流量等参数，以获得具有优良性能的涂层。
四、涂层结构与性能经过喷涂后的Al2O3-MgAl2O4多层型涂层，其结构表现为多层交错排列的颗粒结构。
这种结构使得涂层具有良好的附着力和抗冲击性能。
此外，该涂层还具有优异的耐磨耐腐蚀性能，可以有效地提高基体的使用寿命。
五、介电性能研究介电性能是评估材料在电场中行为的重要指标。
本实验通过测量涂层的介电常数和介电损耗，对Al2O3-MgAl2O4多层型涂层的介电性能进行了研究。
实验结果表明，该涂层具有较低的介电常数和介电损耗，表明其具有良好的绝缘性能。
这为该涂层在电子封装、电磁屏蔽等领域的应用提供了可能。
六、结论本文通过大气等离子喷涂技术成功制备了Al2O3-MgAl2O4多层型涂层，并对其结构和介电性能进行了研究。
实验结果表明，该涂层具有优良的附着力和抗冲击性能，以及良好的耐磨耐腐蚀性能和绝缘性能。
这些特性使得该涂层在众多领域具有广泛的应用前景，如机械零件的表面强化、电子封装、电磁屏蔽等。
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。
超音速等离子喷涂参数对Al2O3-3%TiO2涂层形貌结构的影响
超音速等离子喷涂参数对Al2O3-3%TiO2涂层形貌结构的影响毛杰;邓畅光;欧献;宋进兵;邝子奇;曾威【摘要】通过超音速等离子喷涂设备制备了Al2O3-3％TiO2(AT3)涂层，采用单变量法研究喷涂电流、喷涂距离等工艺参数对涂层沉积率、表面形貌、微观组织的影响。
结论表明一定范围内增加电流和喷距会提高AT3涂层的沉积率；随着喷涂距离的增加，涂层的孔隙率稍有增加；随着喷涂电流的增加，涂层相成分更均匀。
喷涂前后粉末和涂层表面的物相存在一定的差异：主要表现为衍射峰宽化，出现了少量(Al2O3)1.333等新相。
%Al2O3-3%TiO2 (AT3) coatings were prepared by the supersonic plasma spraying equipment. Single variable method was used to study the influence of spraying current, spray distance on deposition rate, surface morphology,microstructure of the coatings. The results indicate that increasing spraying current or spray distance to a certain range will increase the deposition rate. With the increase of spray distance, coating porosity increases slightly and with the increase of spraying current, phase composition of the coating is more uniform. There is a clear difference between the original powder and as-sprayed coating that diffraction peak enlarged the width and appeared a few new phase as (Al2O3) 1.333,etc.【期刊名称】《热喷涂技术》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】6页(P16-21)【关键词】超音速等离子喷涂;Al2O3-3%TiO2涂层;涂层形貌;显微结构【作者】毛杰;邓畅光;欧献;宋进兵;邝子奇;曾威【作者单位】广州有色金属研究院，广州510651;广州有色金属研究院，广州510651;广州有色金属研究院，广州510651;广州有色金属研究院，广州510651;广州有色金属研究院，广州510651;广州有色金属研究院，广州510651【正文语种】中文【中图分类】TG174.4等离子喷涂工艺作为一种成熟的表面工程技术，在传统的耐热、耐磨、抗氧化/腐蚀方面已经具有相当广泛的工业应用，地位越来越重要，同时随着等离子喷涂技术的发展，在超高温、生物和复合材料等高科技领域的研究和应用也在不断扩展[1-2]。
半导体备件氧化铝涂层 等离子蚀刻速率
半导体备件氧化铝涂层等离子蚀刻速率随着半导体工业的日益发展，半导体备件的需求量不断增加。
而半导体备件中常用的氧化铝涂层在制作工艺中需要进行等离子蚀刻。
这些等离子蚀刻速率对于半导体备件的性能和制作工艺至关重要。
本文将对氧化铝涂层的等离子蚀刻速率进行深入探讨。
1. 氧化铝涂层的特性氧化铝涂层在半导体备件中有着重要的应用。
它具有优异的绝缘性能、耐腐蚀性和高温稳定性，能够有效保护半导体备件的表面。
氧化铝涂层的制作工艺和性能直接影响到半导体备件的质量和稳定性。
2. 等离子蚀刻技术的应用等离子蚀刻是半导体制造过程中常用的工艺之一，通过等离子体产生的离子轰击目标表面，实现对氧化铝涂层的蚀刻。
而等离子蚀刻速率对于工艺的控制具有重要意义，直接影响着产品的质量和产量。
3. 影响氧化铝涂层等离子蚀刻速率的因素（1）氧化铝膜的厚度：氧化铝膜的厚度直接影响着等离子蚀刻速率。
一般来说，薄膜的蚀刻速率要高于厚膜，因为离子能够更快穿透薄膜表面。
（2）等离子体功率密度：等离子体功率密度的大小直接决定了离子的轰击能量，进而影响了蚀刻速率。
（3）氧化铝膜组分和结构：不同成分和结构的氧化铝膜对等离子蚀刻速率也会产生影响。
4. 实验及研究进展众多研究者对氧化铝涂层的等离子蚀刻速率进行了大量研究。
在实验中，他们通过调整等离子体功率密度、氧化铝膜厚度和组分等因素，探讨了不同条件下的蚀刻速率变化规律。
通过实验，逐渐建立了一套较为完善的氧化铝涂层等离子蚀刻速率模型。
5. 结论氧化铝涂层的等离子蚀刻速率是半导体备件制作工艺中一个重要的参数。
合理控制氧化铝涂层的蚀刻速率，对于保证半导体备件的质量和稳定性具有至关重要的意义。
在今后的研究中，我们需要加强对氧化铝涂层等离子蚀刻速率的深入研究，不断提高蚀刻速率的精准控制技术。
总结：氧化铝涂层等离子蚀刻速率是半导体备件制作工艺中一个重要的参数。
本文对氧化铝涂层的特性、等离子蚀刻技术的应用、影响蚀刻速率的因素以及研究进展进行了深入探讨，希望能够为相关研究和工程应用提供一定的参考和指导。
喷涂氧化铝粉体及其在等离子射流下的变化
缀叠
２ 喷 涂 ～ ２ ３ 体 ０ 粉
用 于航 天 、 国防 、 油 、 工等工业 中一些 隔热 、 石 化
Ａ２３ １ — ｏ
一
ｍ ｌｄｂｄ ｕ ｃ Ｙ ｅｅ ０ｙｑ ｎ ￣ 一 ｔ ｅｈ
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耐磨 、 防腐 金属元 件 的涂层 氧化 铝 ， 求元 件 喷涂氧 要 化 铝后 能提 高在 高温 、 高压 、 腐蚀条 件下 的使 用 寿 高 命 。喷涂 ～２ 粉体 的成分 及 含量 见表 １ ｑ 。
Ａ ２ ｑ ｐ ｅｉ ｌｏ ｃ ｉ ｌ ｉａ Ｔｂ ｅｔ ｓｏ ｈｔ Ｉ ａｄ ｓｈｒ ａ ｌ ｓｔ ｑ ｃ ｗ ￣ ｕ ａ ｎ ｅｔ ｓ ｈｗ ｔａ ｍ ｍ ｕ ｓ
ｔｅｐｏ ｅ ｕｅｏ ｈ ｌａ ｅｔａ ｓｏｍａｉｎｉ ｓｆｌ ｗｉｇ： ｈ ｒｃｄ ｒ ｆｔ ｅｔ ． ｎ ｆｒ ｔ ａ ｌ ｎ ｈ￣ ｒ ． ｏ ｓ ｏｏ
簟瞧■ … 、 ０
迕 —一一一 ００ ｌ ＿
Ｍ ｔ ｌ ｙ ｔｅｐａｍａｊ ｎ ｕｎｈ ．ｈ ｔ ｉ ｉｇ ｅ ｍｅ ｅ ｂ ｈ １ ｒ ｔ ｄ ． ｅ ａｄ ｑ ｅｃｅ ｔｅ ｓ ｂｌ ｎ ｓ ｔ ｄ ａ ｉ ｚ
ｐ ａ ｆｎ ｂ ｉ ｔ ｎｆ ｍｅ ｏｓｔｓａｉｚ ｈｓ 一 ｈ． —Ａ ｓ ｒ ｓ ｒ ｄ ｔ ｕ ｔｂ ｉｎ ｐ ａ￣７ ￣ｏ ａ ｏ ＞ ｌｉ ｇ
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第 ８卷 第 ２期 ２０ ０２年 ４月
中 国
粉
体
技
术
８ Ｎｏ ２
Ｃｈ ｎ ｏ ｅ ｃ ｉ ａ Ｐ ｗｄ ｒｓ ｌ
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等离子喷涂MCrAlY涂层的高温氧化性能
等离子喷涂MCrAlY涂层的高温氧化性能陶翀;宋丹【摘要】采用大气等离子喷涂(APS)设备制备了两种含有不同氧化物(Cr2O3和Al2O3)陶瓷成分的MCrAlY(MCrAlY-CrO和MCrAlY-AlO)涂层,并使用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪及显微硬度计等仪器设备,分析了涂层的微观形貌、物相组成及硬度,并对两种涂层进行了高温氧化试验.结果表明:大气等离子喷涂得到的两种MCrAlY涂层中含有Cr2O3,Ni3Al,Al2O3和部分非晶相,其结构为平行于涂层与基体结合面的层状结构,涂层中含有半熔化颗粒、微裂纹及灰黑色氧化物;在高温氧化试验中,MCrAlY-CrO涂层与MCrAlY-AlO涂层均表现出较好的耐高温氧化性能,这是因为在高温状态下涂层表面分别生成了铬和铝的氧化产物,对涂层起到了保护作用.【期刊名称】《理化检验-物理分册》【年(卷),期】2019(055)002【总页数】5页(P79-83)【关键词】大气等离子喷涂(APS);MCrAlY涂层;高温氧化性能【作者】陶翀;宋丹【作者单位】宝钢股份研究院梅钢技术中心,南京 210039;河海大学力学与材料学院,南京 210098【正文语种】中文【中图分类】TQ174.442等离子喷涂自20世纪80年代被发明以来，一直是众多专家学者重点研究的一类热喷涂技术，也由此衍生出众多的等离子喷涂技术。
依据喷涂介质的不同，可将等离子电弧喷涂细分为以下几类：大气等离子喷涂(APS)、保护气体等离子电弧喷涂(PGPS)、真空等离子电弧喷涂(VPS)等[1-4]。
其中的大气等离子喷涂具有喷涂温度高、能够喷涂高熔点氧化物陶瓷、涂层与基体的结合强度高、涂层显微硬度高、喷涂设备结构简单等诸多优点。
目前，大气等离子喷涂技术已成为制备高温抗氧化、抗腐蚀涂层材料的主要手段之一[5-8]。
等离子喷涂MCrAlY涂层作为一种典型的热障涂层(TBC)，已经成功应用于汽轮机叶片、飞机发动机等重要工业设备部件的表面。
大气等离子喷涂Al2O3—3%TiO2涂层的性能
Ｌ ｖｌ ａａ 喷嘴降低了粒 子在等离子焰流中的速度 ， 延长了粒 子在焰 流中的停 留时间， 从而使涂层的结合 强度 和致密度降低 ， 而使涂层沉积率有明显升高 。
ＤＥ ＮＧ Ｃｈ ｎ ｍｉ ｇ ＺＨＯＵ － ｏ ｇ ＬＩ Ｍ ｉ ， ＮＧ ａ ｇ ｇ ａ ｇ Ｚ ｕ－ ｎ ， Ｋｅ ｓ ｎ ， Ｕ ｎ ＤＥ Ｃｈ ｎ － ｕ ｎ ， ＨＵ ｉ ｃ ａ Ｈｕ－ ｈ ｏ
（ ａｇ ｈ ｕＲ ｓａｃ ｓｔｔ ｆ ｎ Ｆ ｒ ｕ ｅ ｌ Ｇ ａ ｇｈ ｕ５ ０ ５ ） Ｇｕｎ ｚｏ ｅｅｒｈＩ ｔｕｅ Ｎｏ－ ｅｒ ｓ ｔ ｓ ｕｎ ｚ ｏ １ ６ １ ｎｉ ｏ ｏ Ｍ ａ，
第２ ３卷 第 １ 期 ２１ ０ ０年 ２月
中
国
表
面
工
程
、ｏ ．３ ，１２
Ｎ ｏ． １
ＣＨＩ Ａ ＲＦＡＣＥ Ｇ Ｉ Ｎ ＳＵ ＥＮ ＮＥＥＲＩ Ｇ Ｎ
Ｆｅ ｒ ｒ ｂｕ ａ ｙ ２ ０ ０１
ｄ ｉ１．９９ ．ｓ．０ ７９ ８ ． ．１ ０ ｏ： ３ ６ ￣ｉ ｎ１０ — ２ ９ ０ ０ ． ４ Ｏ ｓ ２ １ ０ ０
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ：Ａ１ ３３％ ＴＯ ｏ ｔ ｇ ｒ ｐｅ ａｅ ｙ ｃｎ ｅｔ ｎ ｌａ ｌ ｍ ｐａ （ Ｓ ｎ ｉ ｐａｍａｓｒｙ ｗｉ ２ — ０ ｉ ２ｃ ａ ｎ ｓｗｅｅ ｒｐｒｄｂ ｏ ｖｎｉ ａ ｉ ｐａ ａ ｓｒｙ ＡＰ 、ａｄ ａ ｌ ｉ ｏ ｒ ｓ ｒ ｓ ｐａ ｔ ｈ
关键 词 ：大气等离子喷涂 ；延长 Ｌｖｌ ａａ喷嘴 ； １ ３ ％ ｉ２ Ａ２ — ＴＯ 涂层 Ｏ ３
等离子喷涂nicral涂层性能与厚度关系研究
等离子喷涂nicral涂层性能与厚度关系研究通过对等离子喷涂nicral涂层的性能与厚度关系的研究，可以更好地了解各种材料的喷涂工艺。
本文通过分析实验结果，从机械性能、耐蚀性能和耐热性能的角度研究了等离子喷涂nicral涂层的厚度对性能的影响。
【研究背景】随着社会的发展和科技进步，在电子、家电、机械、航空等领域，都有大量的结构件需要进行加工和喷涂。
由于各种设备外表的不同，以及现代人们对于外观的追求，喷涂工艺的应用范围也越来越广泛。
等离子喷涂技术已在工业上得到广泛应用，因为它可以提供良好的表面性能，并且具有良好的喷涂速度。
nicral是一种多种金属元素热喷涂耐热层，它可用来提高喷涂件的耐蚀性能、耐热性能、抗摩擦性能等特性.等离子喷涂nicral涂层可以有效提高件表面的耐热性、耐蚀性、抗摩擦性等性能。
【研究方法】本文采用KV600B型号的等离子喷枪，采用3KV，5KV，7KV三种电压对nicral涂层进行喷涂。
采用曝气恒温烘箱对喷涂层进行固化。
为了研究厚度对nicral涂层性能的影响，采用4种厚度的nicral涂层，分别为50，100，150和200um。
实验中，记录每个试样的断口形态、抗拉强度、抗压强度和硬度等指标，并进行耐蚀性测试和耐热性测试，实验结果均为多次重复，最终数据取平均值。
【研究结果】实验结果如下：1.机械性能：随着nicral涂层厚度的增加，抗拉强度和抗压强度均呈上升趋势，并且抗拉强度和抗压强度随厚度的增加而比原材料更高，而四种厚度的nicral涂层抗拉强度和抗压强度均明显高于原材料。
2.耐蚀性：随着nicral涂层厚度的增加，抗腐蚀性能不断提高，50um厚度的nicral涂层抗腐蚀性能显著低于原材料，而100um及以上厚度的nicral涂层都显著高于原材料。
3.耐热性能：随着nicral涂层厚度的增加，耐热性能不断提高，50um厚度的nicral涂层的耐热性能显著低于原材料，而100um及以上厚度的nicral涂层的耐热性能都显著高于原材料。
《2024年度大气等离子喷涂Al2O3-MgAl2O4多层型涂层及其介电性能》范文
《大气等离子喷涂Al2O3-MgAl2O4多层型涂层及其介电性能》篇一一、引言大气等离子喷涂技术作为一种先进的表面涂层制备技术，因其具有高效率、低能耗、高质量等优点，被广泛应用于航空航天、生物医疗、能源等众多领域。
其中，Al2O3-MgAl2O4复合涂层因其良好的高温稳定性、高硬度以及优异的介电性能，在高温环境下的应用尤为突出。
本文将详细介绍大气等离子喷涂Al2O3-MgAl2O4多层型涂层的制备工艺、结构特点以及其介电性能。
二、材料与制备方法1. 材料选择本实验选用的主要材料为Al2O3和MgAl2O4。
这两种材料均具有较高的熔点、良好的化学稳定性以及优异的介电性能，适合作为喷涂材料。
2. 制备方法采用大气等离子喷涂技术制备Al2O3-MgAl2O4多层型涂层。
首先，将Al2O3和MgAl2O4粉末按一定比例混合均匀，制备成喷涂用粉末。
然后，利用大气等离子喷涂设备将混合粉末喷涂在基材表面，形成多层型涂层。
三、涂层结构与性能1. 涂层结构Al2O3-MgAl2O4多层型涂层具有明显的层状结构，各层之间紧密结合，无明显缺陷。
涂层中的Al2O3和MgAl2O4颗粒分布均匀，颗粒间结合紧密，具有良好的附着力和耐磨性。
2. 介电性能Al2O3-MgAl2O4多层型涂层具有优异的介电性能。
在高温环境下，涂层的介电常数和介电损耗均表现出良好的稳定性。
此外，涂层还具有较高的击穿强度和较低的介电击穿概率，这使得其在高温、高电压等恶劣环境下具有较好的应用前景。
四、实验结果与分析1. 实验结果通过大气等离子喷涂技术制备的Al2O3-MgAl2O4多层型涂层具有较高的硬度、良好的耐磨性和优异的介电性能。
涂层的介电常数和介电损耗在高温环境下均表现出良好的稳定性。
此外，涂层的附着力强，与基材结合紧密，不易脱落。
2. 数据分析通过对比不同工艺参数下制备的涂层性能，发现喷涂功率、喷涂距离、喷涂速度等工艺参数对涂层的结构和性能具有显著影响。
等离子喷涂氧化铝
等离子喷涂氧化铝
等离子喷涂氧化铝（Plasma sprayed aluminum oxide, PSAl₂O₃）是一种常用的表面涂层技术，利用高温等离子燃烧喷涂技术将氧化铝颗粒喷涂到基材表面，形成一层坚固的氧化铝涂层。
等离子喷涂氧化铝的优点包括：
1. 耐磨性：氧化铝具有高硬度和耐磨性，能有效保护基材表面免受机械磨损。
2. 耐腐蚀性：氧化铝具有良好的耐腐蚀性，能够抵抗酸、碱等化学物质的侵蚀，延长基材的使用寿命。
3. 绝缘性：氧化铝是一种良好的绝缘材料，能够阻隔电流传导，提高基材的绝缘性能。
4. 热稳定性：氧化铝具有良好的耐高温性能，能够承受高温环境下的热应力，保护基材不受热量影响。
等离子喷涂氧化铝广泛应用于航空航天、化工、能源、冶金等行业中，用于提高材料的耐磨性、绝缘性、耐腐蚀性和耐高温性能。
它可以用于涂层、涡轮叶片、气缸套、燃烧器、阀门等零部件的表面保护和强化。
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。
不同氧化铝粉末等离子喷涂氧化铝涂层的性能
收稿日期:2009 04 16作者简介:朱晖朝(1973 ),男,湖南双峰人,高级工程师,学士.第3卷 第3期材 料 研 究 与 应 用V o1.3,N o.32009年9月M AT ER IA LS RESEA RCH A N D A PP LICA T IO NSept.2009文章编号:1673 9981(2009)03 0153 05不同氧化铝粉末等离子喷涂氧化铝涂层的性能朱晖朝1,2,邓春明2,周克崧2,刘 敏2(1.中南大学材料科学与工程学院,湖南长沙 410083; 2.广州有色金属研究院材料表面所,广东广州 510650)摘 要:分别以22.5~45 m(L 粉)、5~40 m(M 粉)和5~22.5 m(S 粉)三种粒径的氧化铝为热喷涂粉末,采用大气等离子喷涂制备了氧化铝涂层.分别对三种涂层的结构和基本性能进行表征,并采用SprayW atch 3i 设备测量粉末粒子在等离子焰流中的温度和速度.结果表明,S 和L 涂层的孔隙率较低,且大孔隙较少.在焰流中,S 和L 粉均具有较高的温度和动能,其涂层的显微硬度和结合强度均比M 涂层高.S 粉的沉积率最高,但涂层的生产效率较低.考虑生产效率和涂层的综合性能,选择L 粉更合适.关键词:氧化铝粉末;大气等离子喷涂;涂层性能中图分类号:T B742 文献标识码:A等离子喷涂制备的氧化铝涂层具有良好的化学稳定性、绝缘性和耐磨性,是目前重要的、应用最为广泛的陶瓷涂层[1 2].氧化铝的熔点不高,为2200 左右,远低于等离子焰流的温度.在喷涂过程中,粉末运动速度快(约350m/s),在焰流中停留时间短(几百微秒),如果粉末粒径过大,则不能确保粉末熔融而沉积形成涂层.粉末粒径过小不仅给送粉带来较大难度,而且细小粒子由于动能较小,较难进入刚性的等离子焰流中心,反而达不到熔融效果.因此,大气等离子喷涂制备氧化铝涂层的工艺中粉末粒径分布是很关键的.粒子的温度和速度与等离子喷涂涂层的质量有直接关系.一般来说,当粒子温度超过其熔点时,较高的运动速度有助于涂层的致密度和结合强度更高.对于同一种粉末粒子来说,粒子的温度和速度是一种矛盾关系.粒子温度高,则粒子在等离子焰流加热时间长,粒子的运动速度也就不高.根据热源和粒子的温度与速度在涂层工艺优化中的重要性,近年来,人们开发出了粒子温度和速度测试设备,以指导等离子喷涂[3 5].这类设备是采用高速快门的CCD相机、数字成像技术和光谱解析光学等技术对等离子焰流中粒子的温度和速度进行测量.它除了可以检测粒子的温度和速度这两个关键指标,还可以反映涂过程中粉末流量的稳定性、电极的磨损情况和基体表面温度等信息,从而可实现等离子喷涂在线实时监控.该技术并不是测量单个粒子的温度和速度,而是对焰流中的多个粒子拍照和软件处理后获得瞬间粒子的平均温度和平均速度,因而具有代表性[6].本文以三种粒径范围的氧化铝作为喷涂粉末,采用SprayWatch 3i 设备测量等离子焰流中粒子的温度和速度,并对涂层的显微结构和基本性能进行表征.1 试验方法与表征以45号钢为基体,基体尺寸为D25.4mm 10mm ,除油、喷砂后以待喷涂.用粒径5~40 m 的316L 粉作为粘结层,粘结层涂层厚度为100 m.将上述经表面预处理的基体固定在直径为200mm 辊面上,试样的线速度为1m/s.以三种粒径氧化铝作为热喷涂粉末,采用F6等离子喷枪制备Al 2O 3涂层,喷涂88遍,涂层的总厚度为450~700 m,其制备工艺参数列于表1.表1 大气等离子喷涂Al2O3涂层的工艺参数Table1 Parameters for APS Al2O3coati ngsA r流量/(L!min-1)H2流量/(L!min-1)电流/A电压/V喷距/mm451160074100 采用称重法测量涂层的沉积率,即通过测量喷枪在辊上停留时间和辊喷涂前后的重量变化计算涂层的沉积率.其中测量精度为1g.采用芬兰Osier 公司生产的Spray Watch3i设备测量粒子在等离子焰流中的温度和速度.采用带EDS的JL SM5910扫描电镜对粉末和涂层的显微结构进行表征.采用Leica DM IMR自带的图像分析软件测试涂层的孔隙率,其中涂层的图像为扫描电镜下得到.采用VD MH 5型显微硬度计测试涂层的显微硬度,其中载荷为2.94N,加载停留时间为15s.采用上海合成树脂厂生产的结构胶作为粘结材料,按照AST M C633标准测试上述两种涂层的结合强度.2 热喷涂粉末喷涂粉末为市场上购买的三种粒径分布不同的氧化铝粉末,即粒径为22.5~45 m(标为L)、5~ 40 m(标为M)和5~22.5 m(标为S).表2为三种氧化铝粉末的粒度分布.这三种粉末都为烧结、破碎粉末,均有尖锐的棱角.在相同的送粉参数下,L, M,S三种喷涂粉末的送粉量分别为36.0,30.0, 27.4g/min.说明在相同的粉末形态下粉末越粗,其流动性能越好.表2 三种热喷涂氧化铝粉末的粒度分布Table2 Particle distri butions for three alum ina thermal sprayi ng powders粉末名称各粒级体积分数 /%5~10 m10~20 m20~30 m30~45 m45~60 m M粉末103035178L粉末37403515S粉末124830553 结果与讨论3.1 显微结构图1为三种氧化铝涂层的剖面形貌.三种氧化铝涂层中,M涂层的孔隙率略高且孔隙偏大,大于10 m;L和S涂层的孔隙率略低,大部分孔隙的孔径小于10 m.三种涂层均呈明显的层状结构,这是等离子喷涂的特点.此外,在L涂层中还发现球形颗粒存在(图1(d)中白色箭头所指),这是由于粉末经等离子焰流熔融后,在到达基体形成涂层前,又重新凝固而沉积到涂层中.3.2 涂层的沉积率在相同条件下喷涂,涂层厚度可以反映涂层的沉积率.由图1所标注的三种涂层的厚度可知,用M粉所喷涂的涂层厚度最低.根据称重法测得M, L,S三种粉喷涂涂层的沉积率分别为35%,37%和44%,其中S粉的沉积率最高.但S粉的送粉量低(仅为27.4g/m in),涂层的生产效率较低,单遍沉积厚度为6.02 m,低于L粉的单遍沉积厚度6.47 m.3.3 涂层的结合强度和显微硬度表3为三种氧化铝涂层的显微硬度和结合强度.从表3可知,M涂层的显微硬度和结合强度最低,L涂层的最高.在相同的制备工艺下,涂层的显微硬度和孔隙率有直接关系.图1显示,M涂层的孔隙率较高,因此其显微硬度较低,比其他两种氧化铝涂层的显微硬度低100以上.三种涂层的结合强度都不高,均低于30M Pa.154材 料 研 究 与 应 用2009图1 三种氧化铝涂层的剖面SEM照片(a)M涂层;(b)为(a)局部放大图;(c)L涂层;(d)为(c)局部放大图;(e)S涂层;(f)为(e)局部放大图Fi g.1 Cross sectional SEM images for three alumina coating s(a)M co ating;(b)mag nified imag e fo r(a);(c)L coat ing;(d)mag nified imag e fo r(c);(e)S coating;(f)mag nified image fo r(e)表3 三种氧化铝涂层的显微硬度和结合强度Table3 Micro har dness and adhesive strength for three alumina coati ng 涂层显微硬度H v结合强度/M PaM涂层710,732,715,742,726,719 (平均724)19.0,21.5,21.0 (平均20.5) L涂层910,842,862,871,865,872 (平均870)23.6,24.0,24.2 (平均24.0) S涂层865,843,810,900,832,855 (平均851)20.2,26.2,21.0 (平均22.5)155第3卷 第3期朱晖朝,等:不同氧化铝粉末等离子喷涂氧化铝涂层的性能3.4 讨 论涂层的结构和性能与粉末粒子在等离子焰流中的物理化学行为有密切关系.图2为三种粉末的粒子在等离子焰流中的温度和速度.由图2可知,三种粉末的粒子温度和速度都有较大波动.其主要原因是等离子体的不稳定和粉末在焰流中的位置不同所致.等离子喷涂过程中由于功率变化而使等离子弧发生变化,致使弧温度和速度也发生变化,最终导致粒子的温度和速度出现波动[5].大气下等离子弧收缩,能量密度高,但是在等离子体径向温度和速度相差较大,粒子进入不同的区域获得的热能和动能也不一样.但是通过曲线还是可以反映粉末在焰流中的趋势.三种粉末中,S 粉粒子具有最高的温度(3100~3500 )和速度(320~400m/s);L 粉粒子具有最低的速度(210~300m/s),其温度(3000~3500 )与S 粒子接近;M 粉粒子的温度比S 粉粒子略低,但速度和S 粉接近.虽然三种粉末的温度都已经超过氧化铝的熔点(2200 ),但过熔点和粒子在焰流中的停留时间才最终决定粉末的熔融状态.S 粉和M 粉的运动速度差不多,但是由于S 粉较细,粒子温度更高,S 粉更易达到充分熔融,所以S 粉具有更高的沉积率.L 粉较粗,在焰流中的运动速度较低、停留时间长,对氧化铝粒子的传热较充分,所以这种粉的大部分粉末比M 粉具有更高的温度.图2(b)显示有一些粒子的温度低于3000 ,这是由于L 粉中有体积分数15%的45~60 m,这些粗粉加热到3000 比较困难.粉末在充分熔融下有较高的动能冲击表面是形成致密和结合强度高的涂层的充要条件.从三种粉末的粒子温度和速度来看,S 和L 粉粒子均具有较高的温度,比M 粉熔融充分;S 和L 粉粒子具有较高的动能(L 粉速度低,但单个粉末的质量大),因此可以获得致密度和结合强度都比M 涂层高的涂层.通过对三种粉的粒子温度和速度分析及三种涂层的性能测试可知,S 和L 粉均是比较好的涂层材料.但考虑到涂层的生产效率和涂层的综合性能,选择L 粉更合适.图2 三种氧化铝粉末在等离子焰流中的温度和速度(a)M 粉末;(b)L 粉末;(c)S 粉末F i g.2 In flight temperature and v elo city fo r three alumina pow ders in plasma plume(a)M po wder;(b)L pow der ;(c)S po wder156材 料 研 究 与 应 用20094 结 论用M,S 和L 三种氧化铝粉末喷涂的涂层,其中S 和L 涂层的孔隙率较低,且大孔隙较少.在焰流中,S 和L 粉均具有较高的温度和动能,涂层的显微硬度和结合强度均比M 涂层高.S 粉的沉积率最高,但涂层的生产效率较低,其单遍沉积厚度为6.02 m,低于L 粉单遍沉积厚度6.47 m.考虑生产效率和涂层的综合性能,选择L 粉更合适.参考文献:[1]G IO VA N N I B,V AL ERIA C,L U CA L ,et al.W ear behaviour o f ther mally spr ayed ceram ic o xide coating s [J].W ear,2006,261(11 12):1298 1315.[2]翟长生,巫瑞智,王海军,等.HEP Jet 等离子喷涂A l 2O 3涂层性能试验研究[J].材料工程,2004,(12):47 50.[3]H A L L A ,W ILL IA M SO N R,U RREA D,et al.A sideby side compariso n o f particle temperature (T p),pa rticle v elocit y (Vp)data collected using the accura G3and the DP V 2000[C/CD ]//L U GSCH EID ER E.Pr oceed ing s of internatio nal thermal spra y conference o f 2008.O hio:A SM Inter nat ional M aterials Par k,2008.[4]H U SSA RY N A,H EBERL EIN J V R.A tomizatio n andpart icle jet interactio ns in the w ir e a rc spray ing pro cess [J].Jour nal of T her mal Spray T echnolog y,2001,10(4):604 610.[5]BISSON J F ,L A M ON T AG N E M ,M OR EA U C.Ensemble in flight par ticle diagnostics under t her mal spr ay co n ditio ns[C/CD ]//BER NDT C C,KH OR K A ,LU G SC H EIDER E.P ro ceedings of the Internatio na l T herma l Spray Co nfer ence 2001:New Sur faces fo r a N ew M illen nium.O hio:ASM Inter national,M aterials Par k,2001.[6]BISSON J,G AU T HIER B,M OR EA U C.Effect of plasma fluctuatio ns on in flight part icle pa rameters[J].Jour nal o f T hermal Spr ay T echno lo gy ,2003,12(5 6):38 43.Properties of APS alumina coating with different aluminaparticle distributions as feedstockZH U H ui chao 1,2,DEN G Chun ming 2,ZHO U K e so ng 2,L IU M in 2(1.Science and Engineering of M aterials in Centr al S outh Univer sity ,Changsha 410083,China;2.Guangz hou Resear ch I nstitute of N on f er rous M etals ,Guangz hou 510650,China)Abstract:Three alum ina coating s w ere prepared via air plasma spray (APS)w ith alumina particle size distributions o f 22.5~45 m (L pow der),5~40 m (M pow der)and 5~22.5 m(S po w der)as feedsto ck.M icrostructur e and fundamental perform ance for three coatings w er e characterized,and the particle tem perature and velocity in plasm a plume w ere tested by Spray Watch 3i instrum ent in this paper.It w as found that S and L co atings ex hibited sim ilar low poro sity and few big pores.S and L particle ow ned higher tem perature and kinetic ener gy in plasma flame com pared w ith M particle,therefo re hig her m icro hardness and adhesive streng th coating s w ere attained than those of M coating.S pow der had the hig hest deposition effi ciency,but low pro duction rate due to its low pow der feeding.L pow der w as the best cho ice by taking into consideratio n of production rate and com prehensiv e coating properties.Key words:alumina pow der;APS;coating property157第3卷 第3期朱晖朝,等:不同氧化铝粉末等离子喷涂氧化铝涂层的性能。
不同氧化铝粉末等离子喷涂氧化铝涂层的性能
不同氧化铝粉末等离子喷涂氧化铝涂层的性能朱晖朝;邓春明;周克崧;刘敏【期刊名称】《材料研究与应用》【年(卷),期】2009(003)003【摘要】分别以22.5～45 μm(L粉)、5～40 μm(M粉)和5～22.5 μm(S粉)三种粒径的氧化铝为热喷涂粉末,采用大气等离子喷涂制备了氧化铝涂层.分别对三种涂层的结构和基本性能进行表征,并采用SprayWatch 3i 设备测量粉末粒子在等离子焰流中的温度和速度.结果表明,S和L涂层的孔隙率较低,且大孔隙较少.在焰流中,S 和L粉均具有较高的温度和动能,其涂层的显微硬度和结合强度均比M涂层高.S粉的沉积率最高,但涂层的生产效率较低.考虑生产效率和涂层的综合性能,选择L粉更合适.【总页数】5页(P153-157)【作者】朱晖朝;邓春明;周克崧;刘敏【作者单位】中南大学材料科学与工程学院,湖南,长沙,410083;广州有色金属研究院材料表面所,广东,广州,510650;广州有色金属研究院材料表面所,广东,广州,510650;广州有色金属研究院材料表面所,广东,广州,510650;广州有色金属研究院材料表面所,广东,广州,510650【正文语种】中文【中图分类】TB742【相关文献】1.等离子喷涂制备不同晶型氧化铝涂层的微观结构和摩擦磨损性能 [J], 胡勇;牛博龙;梁爱民;张帆;张俊彦2.大气等离子喷涂氧化铝涂层制备和介电性能研究 [J], 季珩; 黄利平; 黄静琪; 曹菲; 郑学斌3.高湿度对轴承外圈等离子喷涂氧化铝涂层绝缘性能的影响 [J], 刘丽斌;万磊;李海洋;马越;李夏4.等离子喷涂纳米氧化铝钛涂层机械性能研究 [J], 石绪忠;许康威;武笑宇5.等离子喷涂氧化铝涂层界面状态和结合性能的研究 [J], 王国阳;李利;武笑宇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
《大气等离子喷涂Al2O3-MgAl2O4多层型涂层及其介电性能》范文
《大气等离子喷涂Al2O3-MgAl2O4多层型涂层及其介电性能》篇一一、引言随着现代工业技术的不断发展，涂层技术已成为提高材料性能和延长设备使用寿命的重要手段。
其中，大气等离子喷涂技术因其高效、快速、高质量的特点，在众多领域得到了广泛应用。
本文将重点研究大气等离子喷涂Al2O3-MgAl2O4多层型涂层的制备工艺及其介电性能。
二、Al2O3-MgAl2O4多层型涂层的制备1. 材料选择选用高纯度的Al2O3和MgAl2O4粉末作为涂层材料。
这两种材料具有优异的物理和化学性能，如高硬度、高耐磨性、良好的绝缘性能等，使得它们成为制备涂层的理想选择。
2. 喷涂工艺采用大气等离子喷涂技术制备Al2O3-MgAl2O4多层型涂层。
该技术通过高能等离子焰流将涂层材料加热至熔融或半熔融状态，然后喷射到基体表面，形成涂层。
在喷涂过程中，通过控制喷涂参数（如喷枪距离、喷涂速度、喷涂角度等），可得到质量良好的涂层。
3. 多层结构制备为提高涂层的性能，采用多层结构制备方法。
在喷涂过程中，交替喷涂Al2O3和MgAl2O4层，形成多层结构。
每层的厚度和层数根据实际需求进行设计。
三、介电性能研究1. 介电常数与损耗角正切对制备的Al2O3-MgAl2O4多层型涂层进行介电性能测试。
测试结果表明，该涂层具有较低的介电常数和损耗角正切，表明其具有良好的绝缘性能。
2. 频率与温度对介电性能的影响在不同频率和温度条件下，对涂层的介电性能进行测试。
结果表明，涂层的介电性能在不同频率和温度下均表现出较好的稳定性。
四、结果与讨论1. 涂层结构与性能关系通过SEM、XRD等手段对涂层结构进行分析，发现多层结构能够有效提高涂层的致密性和硬度，进而提高其耐磨性和绝缘性能。
此外，Al2O3和MgAl2O4的复合使用使得涂层具有更好的综合性能。
2. 介电性能优化途径为进一步提高涂层的介电性能，可通过优化喷涂参数、调整材料配方、引入纳米材料等方法对涂层进行改进。
等离子喷涂制备不同晶型氧化铝涂层的微观结构和摩擦磨损性能
等离子喷涂制备不同晶型氧化铝涂层的微观结构和摩擦磨损性能胡勇;牛博龙;梁爱民;张帆;张俊彦【摘要】等离子喷涂氧化铝涂层通常是以α-Al2O3为原料,所制备涂层主要以机械性能相对较差的γ-Al2O3晶相为主要物相.研究选用α-Al2O3与成本低廉的γ-Al2O3粉末为原料,通过等离子喷涂技术制备了2种类型的氧化铝涂层,并对其微观结构、显微硬度和摩擦磨损等性能进行了对比研究.结果表明:选用成本低廉的γ-Al2O3粉末制备的氧化铝涂层,其物相以稳定相α-Al2O3为主,涂层的硬度和孔隙率等性能相较传统α-Al2O3粉末制备的涂层更加优异,并具有良好的抗磨性,因而存在较大的应用开发潜力.【期刊名称】《兰州理工大学学报》【年(卷),期】2019(045)003【总页数】5页(P6-10)【关键词】γ-Al2O3;α-Al2O3;等离子喷涂;氧化铝涂层;抗磨性【作者】胡勇;牛博龙;梁爱民;张帆;张俊彦【作者单位】兰州理工大学材料科学与工程学院,甘肃兰州730050;兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,甘肃兰州730050;兰州理工大学材料科学与工程学院,甘肃兰州730050;兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,甘肃兰州730050;中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室,甘肃兰州730000;中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室,甘肃兰州730000;兰州理工大学材料科学与工程学院,甘肃兰州730050;兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,甘肃兰州730050;中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室,甘肃兰州730000;中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室,甘肃兰州730000【正文语种】中文【中图分类】TG149等离子喷涂是继火焰喷涂技术之后发展起来的一种精密喷涂方法,具有涂层致密、结合强度高、喷涂材料不易氧化、便于实施高熔点材料喷涂等显著优势,为应用最广的热喷涂技术之一[1].等离子喷涂氧化铝陶瓷涂层具备优良的防护功能,能抵抗固体颗粒侵蚀[2]和摩擦造成的磨损[3-5],在航空、航天、能源、交通、国防等领域得到广泛应用[6-7].氧化铝存在多种亚稳态结构,表现为过渡氧化铝(如κ,γ,θ,δ,η-Al2O3)形式,其中热力学最稳定的形式是α-Al2O3[8-10].在所有晶型氧化铝中α-Al2O3是最重要的物相,具有高硬度、耐磨损、耐高温、防腐蚀等优异特性[11-12].研究发现,将以γ-Al2O3为主物相的涂层经过激光重熔后,涂层结构更加致密,并具更优的耐磨性能,分析产生的原因在于,激光重熔后涂层物相由γ-Al2O3转变为α-Al2O3,α-Al2O3对涂层获得优异性能起到关键作用[13].通常等离子喷涂制备氧化铝涂层是以α-Al2O3为原料,而所获涂层中的物相则是以机械性能相对较差的γ-Al2O3晶相为主[14-15].为此,本研究选取2种不同晶型(α-Al2O3、γ-Al2O3)的氧化铝粉末为原料,通过等离子喷涂技术制备氧化铝陶瓷涂层,系统研究了2种涂层的微观结构、显微硬度和摩擦磨损等性能,研究工作为开发低成本高性能氧化铝涂层提供了借鉴.1 实验1.1 实验材料及涂层制备等离子喷涂所用基体材料为45#钢,试样尺寸为φ24 mm×8 mm的圆柱块,喷涂采用的2种原料分别为中性氧化铝(其主要成分为γ-Al2O3)和α-Al2O3,粉料粒度均为20～40 μm,采用上海大豪瑞法喷涂机械有限公司生产的DH-2080型等离子喷涂设备进行喷涂,经试验优化的喷涂工艺参数为:喷涂电流450 A、电压165 V、喷涂距离100 mm、氩气流量110 L/min、氢气流量22 L/min、涂层厚度0.10 mm.标记γ-Al2O3粉末及其制备的涂层为A涂层,α-Al2O3粉末及其制备的涂层为B涂层以示区别.1.2 涂层分析及测试采用X'PERT PRO X射线衍射仪检测粉末和涂层的物相；用2206型表面粗糙度测量仪测量涂层表面粗糙度和磨损量,试样测5次取平均值；用MH-5-VM型显微硬度仪测量涂层的显微硬度,所用载荷500 g,保压时间5 s,试样测量10个点取平均值；通过测量原始涂层与浸入液体石蜡之后的涂层重量差值计算孔隙体积,随后与涂层体积相比得出孔隙率；通过TESCAN MIRA3 FEG-SEM场发射扫描电子显微镜观察涂层表面及其磨痕形貌；用德国Optimol公司生产的SRV-4型微动摩擦磨损试验机检测涂层的摩擦磨损性能,试验摩擦副为球盘接触形式,摩擦方式为往复运动,对偶件为直径10 mm的Al2O3陶瓷球,试验条件：室温约25 ℃、载荷10 N、频率25 Hz、振幅1 mm、时间30 min.2 分析与讨论2.1 原始粉末形貌及涂层的表面形貌图1是2种粉末的SEM图,从图中可以看出,α-Al2O3粉末为棱角分明的条状或颗粒状形态,而γ-Al2O3是不规则的小颗粒.图2为不同晶型氧化铝粉末制备的涂层表面SEM图.从SEM图中可见2种晶型的氧化铝涂层都是由熔融状况较好的粉末熔滴冷凝而成.以γ-Al2O3粉末为原料制备的氧化铝涂层A中,粉末熔滴冷凝后相互之间铺展结合,形成涂层的孔隙较少,整体结构更加紧密；而以α-Al2O3粉末为原料制备的氧化铝涂层B中,由于熔融的液滴撞击到基材上发生了溅射,凝固最终形成的涂层孔隙稍多,结构相对松散.总体上看,涂层B的微观结构不及涂层A致密.图1 两种原始氧化铝粉末SEM图Fig.1 SEM images of two sorts of original alumina powder图2 两种典型氧化铝涂层的SEM图Fig.2 SEM images of two sorts of typical alumina coating2.2 涂层物相分析图3为喷涂用γ-Al2O3粉末及其制备的A涂层的X射线衍射图谱.由图3可以看出,原料粉末以γ-Al2O3为主要物相,同时含有少量的勃姆石(α-AlO(OH))结构.由其制备的A涂层则以α-Al2O3为主要物相,此外涂层中还含有一些γ-Al2O3相和β-Al(OH)3相.在等离子喷涂过程中喷涂用粉末原料由固态颗粒形态进入等离子体焰流,经加热熔化成液态熔滴,再以高速撞击在基材表面,最后通过冷却形成喷涂涂层,其中所涉及的加热和受压条件、升温及冷却速率及物相转变等细节是极其复杂的.这与平衡条件下的相变和反应情况完全不同,同时也受粉末材料种类、粉末粒度和等离子喷涂工艺参数等的显著影响.研究认为,喷涂过程中高温熔体的微观结构和组成影响最终获得涂层的物相组成,它与喷涂过程中的加热和冷却条件一起共同决定了所获涂层的相结构.由于喷涂过程中涂层的形成速度非常快,所以无法从平衡热力学角度分析涂层的形成.通过等离子体加热可使以γ-Al2O3为主要组成的原始粉料中的勃姆石(α-AlO(OH))脱水生成α-Al2O3物相,这为涂层中α-Al2O3相的形成和生长提供了有利的条件.图3 γ-Al2O3粉末及其制备的A涂层的XRD图谱Fig.3 XRD patterns of powder γ-Al2O3 and coating A made with it图4为喷涂用α-Al2O3原料粉末及所获相应涂层的XRD图谱.该原料粉末中占绝大多数的物相为α-Al2O3晶相,而获得涂层的主要物相则是γ-Al2O3晶型.等离子喷涂为典型的急速凝固过程,熔融液滴的冷却速率可达106～108℃/s[16-17].急速凝固过程中,熔体处于过冷态,满足从熔体中均匀成核的条件.同α-Al2O3晶型比较,γ-Al2O3晶型具有的临界成核自由能较低,因而在等离子喷涂过程中γ-Al2O3相对更容易形核,所以通过等离子喷涂α-Al2O3原料粉末就得到了以γ-Al2O3晶型为主要物相的氧化铝陶瓷涂层.图4 α-Al2O3粉末及其制备的B涂层的XRD图谱Fig.4 XRD patterns of α-Al2O3 powder and coating B made with it2.3 涂层基本性能表1为2种不同晶型粉末制备的氧化铝涂层的粗糙度、维氏硬度及孔隙率等基本性能.由表1可知,以α-Al2O3为主物相的A涂层的性能相较于B涂层更为优异.这主要是由于α-Al2O3为稳定的晶相,其本身的力学及其他机械性能均优于γ-Al2O3.表1 2种不同晶型粉末制备的氧化铝涂层的基本性能Tab.1 Basic performance of alumina coatings prepared from two sorts of different crystalline powder试样粗糙度/μm维氏硬度/HV孔隙率/%涂层A4.05614.77.26涂层B4.58540.68.672.4 涂层摩擦磨损性能在烯烃润滑油(石蜡)环境中,使用Al2O3陶瓷球作为摩擦对偶件,采用球盘接触往复运动的摩擦方式分别测试10、15、20、25 N载荷下2种不同晶型氧化铝粉末制备涂层的摩擦磨损性能.图5为不同载荷下的2种涂层的摩擦系数曲线.在10～25N, 涂层A的摩擦系数均高于涂层B,这主要由于涂层B孔隙率较大,能起到储油润滑的作用.随载荷增大,涂层A的摩擦系数呈现下降趋势,这可能因载荷增大时涂层摩擦接触面积增大幅度不及法向载荷增加幅度大所致.反观涂层B可见,随着载荷的增大,摩擦系数先下降然后上升,分析其产生的原因在于涂层中所含的γ-Al2O3晶相较多,在高载荷条件下表现出较大的脆性所致.与此同时从摩擦系数曲线还可以看出,随着载荷的增大,2种不同晶型粉末制备的氧化铝涂层摩擦系数间的差值在逐步缩小. 图5 不同载荷下2种涂层的摩擦系数曲线Fig.5 Friction coefficient curves of two sorts of coatings under different loads2种不同晶型粉末制备的氧化铝涂层的磨损量如图6所示.由图中可知,在载荷为10 N时,2种涂层的磨损量基本相当,涂层A比涂层B的磨损量略小；随着载荷增大,2种氧化铝涂层的磨损量差距也随之拉大,涂层B的磨损量增加幅度明显比涂层A更大；当载荷为25 N时,涂层A的磨损量为14.5 μm,涂层B的磨损量却达到22.5 μm.在较低载荷时,涂层B因结构较疏松,能储存润滑油,在摩擦过程中润滑油起到减小摩擦和磨损的作用,故而其磨损量与涂层A差距不大.但当载荷增大时,由于涂层A 中α-Al2O3物相本身比γ-Al2O3物相(为涂层B中的主要晶相)具有更好的综合机械性能及抗磨性,而孔隙率较大的涂层B中润滑油所起的作用相对减弱,故而2种氧化铝涂层的抗磨性差异逐渐拉大.图6 2种不同晶型粉末制备的氧化铝涂层的磨损量Fig.6 Wear amount of alumina coating prepared with two sorts of different crystalline powder 2.5 涂层磨损分析图7是氧化铝涂层A在不同载荷下的磨痕表面SEM照片.从磨痕的SEM图中可以看出,该涂层磨痕相对凹凸不平,说明涂层比较耐磨,在摩擦过程中,制备涂层时所形成的凸峰还未磨平,因而磨痕处看起来不平整,纵观整个磨痕形貌,涂层较为致密,孔隙相对较少.图7 涂层A在不同载荷下的磨痕SEM照片Fig.7 SEM images of wear track on coating A under different loads图8为氧化铝涂层B在不同载荷下的磨痕SEM照片.对比涂层A可见,该涂层的磨痕较为平整,磨痕区域凸起的峰较少,这表明该涂层较不耐磨,被对偶件磨损得相对严重.由磨痕照片亦可看出该涂层中细小孔隙较多,涂层相对疏松.这进一步表明以α-Al2O3为主物相的涂层微观结构更为致密,耐磨性能更加优异.图8 涂层B在不同载荷下的磨痕SEM照片Fig.8 SEM images of wear track on coating B under different loads3 结论1) 以γ-Al2O3粉末为原料通过等离子喷涂技术制备的陶瓷涂层主要物相为α-Al2O3,该涂层硬度较高、粗糙度和孔隙率均较低、抗磨性更佳.2) 在10～25 N载荷条件下,涂层A摩擦系数高于涂层B.载荷为10 N时,2种涂层的磨损量基本相当,随着载荷增大,2种涂层的磨损量差距逐渐拉大,且涂层B磨损量增加幅度比涂层A显著.3) 与涂层A相比,涂层B的磨痕更为平整,磨损量大,磨痕处显示其孔隙较多,涂层B 结构疏松.参考文献：【相关文献】[1] 李文生,王磊,冯力,等.等离子喷涂ZrB2-SiC陶瓷涂层的热腐蚀行为 [J].兰州理工大学学报,2017,43(1):5-9.[2] YIN Z,TAO S,ZHOU X.Effect of the thickness on 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《2024年大气等离子喷涂Al2O3-MgAl2O4多层型涂层及其介电性能》范文
《大气等离子喷涂Al2O3-MgAl2O4多层型涂层及其介电性能》篇一一、引言随着科技的发展和工业需求的增长，对于材料表面性能的改进和增强成为了重要的研究方向。
其中，大气等离子喷涂技术因其高效率、低成本、适用性强的特点，在各种工业领域中得到了广泛的应用。
本文旨在探讨一种基于Al2O3-MgAl2O4的复合材料的多层型涂层，利用大气等离子喷涂技术制备，并对其介电性能进行研究。
二、材料与方法1. 材料选择本实验采用Al2O3和MgAl2O4作为主要原料，这两种材料因其良好的物理和化学性能，常被用于制备高温、高硬度、高稳定性的涂层材料。
2. 涂层制备采用大气等离子喷涂技术制备Al2O3-MgAl2O4多层型涂层。
首先，将Al2O3和MgAl2O4粉末混合均匀，然后通过等离子喷枪将混合粉末喷涂在基材表面，形成多层涂层。
3. 性能测试对制备的涂层进行形貌观察、硬度测试、结合力测试以及介电性能测试。
其中，介电性能测试包括介电常数和介电损耗的测量。
三、结果与讨论1. 涂层形貌与结构通过扫描电子显微镜（SEM）观察，发现Al2O3-MgAl2O4多层型涂层具有均匀的表面形貌，各层之间结合紧密，无明显缺陷。
涂层的微观结构显示，Al2O3和MgAl2O4在涂层中分布均匀，形成了稳定的复合结构。
2. 硬度与结合力硬度测试表明，Al2O3-MgAl2O4多层型涂层具有较高的硬度，能够满足各种工业应用的需求。
结合力测试显示，涂层与基材之间的结合力强，具有良好的附着性。
3. 介电性能介电性能测试结果表明，Al2O3-MgAl2O4多层型涂层具有较低的介电常数和介电损耗。
这主要归因于Al2O3和MgAl2O4的高介电稳定性以及多层结构的优良设计。
此外，涂层的介电性能还受到喷涂工艺、涂层厚度等因素的影响。
四、结论本文成功制备了大气等离子喷涂Al2O3-MgAl2O4多层型涂层，并对其介电性能进行了研究。
结果表明，该涂层具有均匀的表面形貌、高硬度、强结合力以及优良的介电性能。
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收稿日期:2009 04 16作者简介:朱晖朝(1973 ),男,湖南双峰人,高级工程师,学士.第3卷 第3期材 料 研 究 与 应 用V o1.3,N o.32009年9月M AT ER IA LS RESEA RCH A N D A PP LICA T IO NSept.2009文章编号:1673 9981(2009)03 0153 05不同氧化铝粉末等离子喷涂氧化铝涂层的性能朱晖朝1,2,邓春明2,周克崧2,刘 敏2(1.中南大学材料科学与工程学院,湖南长沙 410083; 2.广州有色金属研究院材料表面所,广东广州 510650)摘 要:分别以22.5~45 m(L 粉)、5~40 m(M 粉)和5~22.5 m(S 粉)三种粒径的氧化铝为热喷涂粉末,采用大气等离子喷涂制备了氧化铝涂层.分别对三种涂层的结构和基本性能进行表征,并采用SprayW atch 3i 设备测量粉末粒子在等离子焰流中的温度和速度.结果表明,S 和L 涂层的孔隙率较低,且大孔隙较少.在焰流中,S 和L 粉均具有较高的温度和动能,其涂层的显微硬度和结合强度均比M 涂层高.S 粉的沉积率最高,但涂层的生产效率较低.考虑生产效率和涂层的综合性能,选择L 粉更合适.关键词:氧化铝粉末;大气等离子喷涂;涂层性能中图分类号:T B742 文献标识码:A等离子喷涂制备的氧化铝涂层具有良好的化学稳定性、绝缘性和耐磨性,是目前重要的、应用最为广泛的陶瓷涂层[1 2].氧化铝的熔点不高,为2200 左右,远低于等离子焰流的温度.在喷涂过程中,粉末运动速度快(约350m/s),在焰流中停留时间短(几百微秒),如果粉末粒径过大,则不能确保粉末熔融而沉积形成涂层.粉末粒径过小不仅给送粉带来较大难度,而且细小粒子由于动能较小,较难进入刚性的等离子焰流中心,反而达不到熔融效果.因此,大气等离子喷涂制备氧化铝涂层的工艺中粉末粒径分布是很关键的.粒子的温度和速度与等离子喷涂涂层的质量有直接关系.一般来说,当粒子温度超过其熔点时,较高的运动速度有助于涂层的致密度和结合强度更高.对于同一种粉末粒子来说,粒子的温度和速度是一种矛盾关系.粒子温度高,则粒子在等离子焰流加热时间长,粒子的运动速度也就不高.根据热源和粒子的温度与速度在涂层工艺优化中的重要性,近年来,人们开发出了粒子温度和速度测试设备,以指导等离子喷涂[3 5].这类设备是采用高速快门的CCD相机、数字成像技术和光谱解析光学等技术对等离子焰流中粒子的温度和速度进行测量.它除了可以检测粒子的温度和速度这两个关键指标,还可以反映涂过程中粉末流量的稳定性、电极的磨损情况和基体表面温度等信息,从而可实现等离子喷涂在线实时监控.该技术并不是测量单个粒子的温度和速度,而是对焰流中的多个粒子拍照和软件处理后获得瞬间粒子的平均温度和平均速度,因而具有代表性[6].本文以三种粒径范围的氧化铝作为喷涂粉末,采用SprayWatch 3i 设备测量等离子焰流中粒子的温度和速度,并对涂层的显微结构和基本性能进行表征.1 试验方法与表征以45号钢为基体,基体尺寸为D25.4mm 10mm ,除油、喷砂后以待喷涂.用粒径5~40 m 的316L 粉作为粘结层,粘结层涂层厚度为100 m.将上述经表面预处理的基体固定在直径为200mm 辊面上,试样的线速度为1m/s.以三种粒径氧化铝作为热喷涂粉末,采用F6等离子喷枪制备Al 2O 3涂层,喷涂88遍,涂层的总厚度为450~700 m,其制备工艺参数列于表1.表1 大气等离子喷涂Al2O3涂层的工艺参数Table1 Parameters for APS Al2O3coati ngsA r流量/(L!min-1)H2流量/(L!min-1)电流/A电压/V喷距/mm451160074100 采用称重法测量涂层的沉积率,即通过测量喷枪在辊上停留时间和辊喷涂前后的重量变化计算涂层的沉积率.其中测量精度为1g.采用芬兰Osier 公司生产的Spray Watch3i设备测量粒子在等离子焰流中的温度和速度.采用带EDS的JL SM5910扫描电镜对粉末和涂层的显微结构进行表征.采用Leica DM IMR自带的图像分析软件测试涂层的孔隙率,其中涂层的图像为扫描电镜下得到.采用VD MH 5型显微硬度计测试涂层的显微硬度,其中载荷为2.94N,加载停留时间为15s.采用上海合成树脂厂生产的结构胶作为粘结材料,按照AST M C633标准测试上述两种涂层的结合强度.2 热喷涂粉末喷涂粉末为市场上购买的三种粒径分布不同的氧化铝粉末,即粒径为22.5~45 m(标为L)、5~ 40 m(标为M)和5~22.5 m(标为S).表2为三种氧化铝粉末的粒度分布.这三种粉末都为烧结、破碎粉末,均有尖锐的棱角.在相同的送粉参数下,L, M,S三种喷涂粉末的送粉量分别为36.0,30.0, 27.4g/min.说明在相同的粉末形态下粉末越粗,其流动性能越好.表2 三种热喷涂氧化铝粉末的粒度分布Table2 Particle distri butions for three alum ina thermal sprayi ng powders粉末名称各粒级体积分数 /%5~10 m10~20 m20~30 m30~45 m45~60 m M粉末103035178L粉末37403515S粉末124830553 结果与讨论3.1 显微结构图1为三种氧化铝涂层的剖面形貌.三种氧化铝涂层中,M涂层的孔隙率略高且孔隙偏大,大于10 m;L和S涂层的孔隙率略低,大部分孔隙的孔径小于10 m.三种涂层均呈明显的层状结构,这是等离子喷涂的特点.此外,在L涂层中还发现球形颗粒存在(图1(d)中白色箭头所指),这是由于粉末经等离子焰流熔融后,在到达基体形成涂层前,又重新凝固而沉积到涂层中.3.2 涂层的沉积率在相同条件下喷涂,涂层厚度可以反映涂层的沉积率.由图1所标注的三种涂层的厚度可知,用M粉所喷涂的涂层厚度最低.根据称重法测得M, L,S三种粉喷涂涂层的沉积率分别为35%,37%和44%,其中S粉的沉积率最高.但S粉的送粉量低(仅为27.4g/m in),涂层的生产效率较低,单遍沉积厚度为6.02 m,低于L粉的单遍沉积厚度6.47 m.3.3 涂层的结合强度和显微硬度表3为三种氧化铝涂层的显微硬度和结合强度.从表3可知,M涂层的显微硬度和结合强度最低,L涂层的最高.在相同的制备工艺下,涂层的显微硬度和孔隙率有直接关系.图1显示,M涂层的孔隙率较高,因此其显微硬度较低,比其他两种氧化铝涂层的显微硬度低100以上.三种涂层的结合强度都不高,均低于30M Pa.154材 料 研 究 与 应 用2009图1 三种氧化铝涂层的剖面SEM照片(a)M涂层;(b)为(a)局部放大图;(c)L涂层;(d)为(c)局部放大图;(e)S涂层;(f)为(e)局部放大图Fi g.1 Cross sectional SEM images for three alumina coating s(a)M co ating;(b)mag nified imag e fo r(a);(c)L coat ing;(d)mag nified imag e fo r(c);(e)S coating;(f)mag nified image fo r(e)表3 三种氧化铝涂层的显微硬度和结合强度Table3 Micro har dness and adhesive strength for three alumina coati ng 涂层显微硬度H v结合强度/M PaM涂层710,732,715,742,726,719 (平均724)19.0,21.5,21.0 (平均20.5) L涂层910,842,862,871,865,872 (平均870)23.6,24.0,24.2 (平均24.0) S涂层865,843,810,900,832,855 (平均851)20.2,26.2,21.0 (平均22.5)155第3卷 第3期朱晖朝,等:不同氧化铝粉末等离子喷涂氧化铝涂层的性能3.4 讨 论涂层的结构和性能与粉末粒子在等离子焰流中的物理化学行为有密切关系.图2为三种粉末的粒子在等离子焰流中的温度和速度.由图2可知,三种粉末的粒子温度和速度都有较大波动.其主要原因是等离子体的不稳定和粉末在焰流中的位置不同所致.等离子喷涂过程中由于功率变化而使等离子弧发生变化,致使弧温度和速度也发生变化,最终导致粒子的温度和速度出现波动[5].大气下等离子弧收缩,能量密度高,但是在等离子体径向温度和速度相差较大,粒子进入不同的区域获得的热能和动能也不一样.但是通过曲线还是可以反映粉末在焰流中的趋势.三种粉末中,S 粉粒子具有最高的温度(3100~3500 )和速度(320~400m/s);L 粉粒子具有最低的速度(210~300m/s),其温度(3000~3500 )与S 粒子接近;M 粉粒子的温度比S 粉粒子略低,但速度和S 粉接近.虽然三种粉末的温度都已经超过氧化铝的熔点(2200 ),但过熔点和粒子在焰流中的停留时间才最终决定粉末的熔融状态.S 粉和M 粉的运动速度差不多,但是由于S 粉较细,粒子温度更高,S 粉更易达到充分熔融,所以S 粉具有更高的沉积率.L 粉较粗,在焰流中的运动速度较低、停留时间长,对氧化铝粒子的传热较充分,所以这种粉的大部分粉末比M 粉具有更高的温度.图2(b)显示有一些粒子的温度低于3000 ,这是由于L 粉中有体积分数15%的45~60 m,这些粗粉加热到3000 比较困难.粉末在充分熔融下有较高的动能冲击表面是形成致密和结合强度高的涂层的充要条件.从三种粉末的粒子温度和速度来看,S 和L 粉粒子均具有较高的温度,比M 粉熔融充分;S 和L 粉粒子具有较高的动能(L 粉速度低,但单个粉末的质量大),因此可以获得致密度和结合强度都比M 涂层高的涂层.通过对三种粉的粒子温度和速度分析及三种涂层的性能测试可知,S 和L 粉均是比较好的涂层材料.但考虑到涂层的生产效率和涂层的综合性能,选择L 粉更合适.图2 三种氧化铝粉末在等离子焰流中的温度和速度(a)M 粉末;(b)L 粉末;(c)S 粉末F i g.2 In flight temperature and v elo city fo r three alumina pow ders in plasma plume(a)M po wder;(b)L pow der ;(c)S po wder156材 料 研 究 与 应 用20094 结 论用M,S 和L 三种氧化铝粉末喷涂的涂层,其中S 和L 涂层的孔隙率较低,且大孔隙较少.在焰流中,S 和L 粉均具有较高的温度和动能,涂层的显微硬度和结合强度均比M 涂层高.S 粉的沉积率最高,但涂层的生产效率较低,其单遍沉积厚度为6.02 m,低于L 粉单遍沉积厚度6.47 m.考虑生产效率和涂层的综合性能,选择L 粉更合适.参考文献:[1]G IO VA N N I B,V AL ERIA C,L U CA L ,et al.W ear behaviour o f ther mally spr ayed ceram ic o xide coating s [J].W ear,2006,261(11 12):1298 1315.[2]翟长生,巫瑞智,王海军,等.HEP Jet 等离子喷涂A l 2O 3涂层性能试验研究[J].材料工程,2004,(12):47 50.[3]H A L L A ,W ILL IA M SO N R,U RREA D,et al.A sideby side compariso n o f particle temperature (T p),pa rticle v elocit y (Vp)data collected using the accura G3and the DP V 2000[C/CD ]//L U GSCH EID ER E.Pr oceed ing s of internatio nal thermal spra y conference o f 2008.O hio:A SM Inter nat ional M aterials Par k,2008.[4]H U SSA RY N A,H EBERL EIN J V R.A tomizatio n andpart icle jet interactio ns in the w ir e a rc spray ing pro cess [J].Jour nal of T her mal Spray T echnolog y,2001,10(4):604 610.[5]BISSON J F ,L A M ON T AG N E M ,M OR EA U C.Ensemble in flight par ticle diagnostics under t her mal spr ay co n ditio ns[C/CD ]//BER NDT C C,KH OR K A ,LU G SC H EIDER E.P ro ceedings of the Internatio na l T herma l Spray Co nfer ence 2001:New Sur faces fo r a N ew M illen nium.O hio:ASM Inter national,M aterials Par k,2001.[6]BISSON J,G AU T HIER B,M OR EA U C.Effect of plasma fluctuatio ns on in flight part icle pa rameters[J].Jour nal o f T hermal Spr ay T echno lo gy ,2003,12(5 6):38 43.Properties of APS alumina coating with different aluminaparticle distributions as feedstockZH U H ui chao 1,2,DEN G Chun ming 2,ZHO U K e so ng 2,L IU M in 2(1.Science and Engineering of M aterials in Centr al S outh Univer sity ,Changsha 410083,China;2.Guangz hou Resear ch I nstitute of N on f er rous M etals ,Guangz hou 510650,China)Abstract:Three alum ina coating s w ere prepared via air plasma spray (APS)w ith alumina particle size distributions o f 22.5~45 m (L pow der),5~40 m (M pow der)and 5~22.5 m(S po w der)as feedsto ck.M icrostructur e and fundamental perform ance for three coatings w er e characterized,and the particle tem perature and velocity in plasm a plume w ere tested by Spray Watch 3i instrum ent in this paper.It w as found that S and L co atings ex hibited sim ilar low poro sity and few big pores.S and L particle ow ned higher tem perature and kinetic ener gy in plasma flame com pared w ith M particle,therefo re hig her m icro hardness and adhesive streng th coating s w ere attained than those of M coating.S pow der had the hig hest deposition effi ciency,but low pro duction rate due to its low pow der feeding.L pow der w as the best cho ice by taking into consideratio n of production rate and com prehensiv e coating properties.Key words:alumina pow der;APS;coating property157第3卷 第3期朱晖朝,等:不同氧化铝粉末等离子喷涂氧化铝涂层的性能。