鎂合金等離子噴涂復合及梯度陶瓷涂層的工藝、組織和性能研究.pdf

1、鎂合金具有許多優(yōu)異的性能而得到廣泛地應用,如何提高其耐蝕性、硬度、耐磨性和抗高溫氧化等性能具有非常重要的現(xiàn)實意義,等離子噴涂陶瓷涂層可以有效地解決這些問題。本文利用大氣等離子噴涂(APS)技術在AZ91D鎂合金表面噴涂NiCoCrAlY粘結層,然后分別制備了不同比例的80wt％Al2O3+20wt％ZrO2(AZ20)、50wt％Al2O3+50wt％ZrO2(AZ50)、20wt％Al2O3+80wt％ZrO2(AZ80)雙層結構的復

2、合陶瓷涂層以及NiCoCrAlY-AZ50梯度陶瓷涂層。利用SEM、EDS、XRD等分析方法和性能測試手段研究了涂層的微觀組織結構和性能。利用正交試驗設計優(yōu)化了AZ50復合陶瓷涂層的噴涂工藝參數(shù)。
　　試驗表明:影響AZ50涂層結合強度的工藝參數(shù)的主次關系為:電源功率>送粉量>主氣流量>噴涂距離。涂層結合強度最佳的工藝參數(shù)為:電源功率40kW,送粉量13g/min,噴涂距離70mm,主氣流量55psi。優(yōu)化后涂層的結合強度高達32

3、.56MPa。影響 AZ50涂層沉積效率的工藝參數(shù)的主次關系為:電源功率>噴涂距離>送粉量>主氣流量。涂層沉積效率最優(yōu)的工藝參數(shù)為:電源功率40kW,送粉量13g/min,噴涂距離70mm,主氣流量50psi。AZ系復合陶瓷涂層的結合強度隨著ZrO2含量和涂層厚度的增加而減小。涂層的拉伸斷面均發(fā)生在陶瓷層與NiCoCrAlY粘結層的結合處。
　　AZ系復合陶瓷涂層(雙層結構)呈典型的層片狀結構,并含有少量的氣孔、微裂紋、未熔粒子等

4、缺陷,基體與涂層之間呈機械結合。涂層主要由α-Al2O3,γ-Al2O3, t-ZrO2,t’-ZrO2和c-ZrO2組成。隨著AZ系復合涂層中ZrO2含量的增加,涂層中的微裂紋、氣孔和疏松組織增多,涂層中的α-Al2O3和γ-Al2O3的衍射峰強度逐漸變?nèi)酢?br>　　AZ系復合陶瓷涂層(雙層結構)的顯微硬度存在相當大的分散性,并顯著地服從正態(tài)分布和Weibull分布。涂層的摩擦系數(shù)隨著線性速度的增加而增加,隨著載荷的增加而減少。涂層

5、的磨損機制為粘著磨損。涂層熱震失效包括裂紋的形成、擴展及最終剝落三個階段,與涂層中的熱應力和粘結層的氧化有關。隨著AZ系復合陶瓷涂層中ZrO2含量的增加,涂層的結合強度、顯微硬度、耐磨性和耐腐蝕性下降,而抗熱震性能提高。等離子噴涂AZ系復合陶瓷涂層可以有效地提高鎂合金基體的硬度、耐磨性和耐蝕性,經(jīng)封孔處理后,涂層的耐蝕性更佳。
　　NiCoCrAlY-AZ50梯度涂層與雙層結構的AZ50涂層相比,具有更好的耐蝕性、結合強度和抗熱震