熱噴涂法制備金屬-陶瓷涂層的研究.pdf

1、目前，金屬基陶瓷涂層已被成功地應(yīng)用于航空航天、國防、冶金、機(jī)械、化工、電力電子工業(yè)及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，取得了顯著效果。但一個具有共性的問題是金屬基體與陶瓷涂層之間由于熱物性不匹配因素而造成的應(yīng)力集中使涂層早期失效。梯度功能涂層思想的提出和制備工藝上的實現(xiàn)是金屬/陶瓷涂層發(fā)展的一個里程碑。 熱噴涂技術(shù)作為一種較好的金屬材料表面防護(hù)和強化技術(shù)，以其獨特的優(yōu)勢，在制備涂層的理論與實際應(yīng)用方面都占有極其重要的地位。本文采用兩種較為先進(jìn)的噴

2、涂方法--爆炸噴涂(DS)和超音速火焰噴涂(HVOF)制備單層陶瓷涂層(WC-Co)和金屬/陶瓷梯度涂層(NiCrAl/WC-Co)，對比同種工藝下梯度涂層和單層涂層的性能差異，并比較了兩種不同噴涂工藝對涂層性能的影響。結(jié)合數(shù)值計算研究涂層中的應(yīng)力分布，初步探討金屬-陶瓷涂層形成和失效機(jī)理，研究金屬表面梯度陶瓷涂層設(shè)計和制備的原理和方法，以提高涂層的性能和使用壽命。 觀察涂層微觀組織結(jié)構(gòu)及涂層與基體的界面，測定了涂層的孔隙率，兩

3、種噴涂方法制備的涂層都較為致密。梯度涂層內(nèi)的不同組分的各子層之間并沒有明顯的界限。 原始噴涂粉末與涂層的X射線成分分析表明，噴涂過程中均有輕微脫碳現(xiàn)象。 涂層顯微硬度測量表明，DS單層涂層平均硬度稍低于HVOF單層涂層平均硬度；梯度涂層顯微硬度均隨距表層距離的增大而減小。 利用拉伸試驗機(jī)測量了涂層的結(jié)合強度，HVOF涂層的結(jié)合強度較好；DS梯度涂層較高的孔隙率使結(jié)合強度下降。 采用X射線衍射方法(固定ψ法

4、)分析涂層的表面殘余熱應(yīng)力。利用ANSYS等專業(yè)軟件，在有邊界條件約束的情況下，通過數(shù)值計算來預(yù)測并比較環(huán)境溫度變化時涂層和基體內(nèi)部的應(yīng)力集中及其分布。結(jié)果表明梯度涂層相比單層涂層能更好地緩解涂層及基體內(nèi)部的殘余熱應(yīng)力分布，減小界面的應(yīng)力集中。DS梯度涂層的實測殘余應(yīng)力比單層的減小一半左右，在HVOF涂層中并沒有類似現(xiàn)象。應(yīng)力狀態(tài)與涂層結(jié)構(gòu)、噴涂工藝、預(yù)熱溫度、噴涂溫度和熔化顆粒冷卻凝固情況等有關(guān)。 冷熱循環(huán)實驗對涂層抗熱震性能

5、檢測結(jié)果表明，HVOF涂層的熱震性能優(yōu)于相同結(jié)構(gòu)的DS涂層；在同種噴涂方法下梯度涂層熱震性能優(yōu)于單層涂層，DS噴涂表現(xiàn)較為明顯，其梯度涂層的抗熱震性能比單層涂層提高3倍以上。 測定涂層抗室溫摩擦磨損性能，測量摩擦系數(shù)、磨損率，并觀察磨痕。噴涂涂層的耐磨性能明顯優(yōu)于基材；超音速火焰噴涂WC-Co單層涂層在四種試驗條件下均具有良好的耐磨性能；由于具有更好的結(jié)合性能，梯度涂層在輕載下對磨損有改善作用，但重載下表現(xiàn)不明顯。涂層中原有的孔