等離子噴涂Al2O3陶瓷涂層的機(jī)理研究.pdf

1、等離子噴涂作為先進(jìn)的材料表面技術(shù),在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。由于Al2O3具有的良好性能,加之來(lái)源廣、價(jià)格低廉,所以成為等離子噴涂陶瓷涂層的主要材料之一。等離子噴涂技術(shù)已經(jīng)取得了較大的發(fā)展,但是,等離子噴涂陶瓷涂層的研究仍停留在經(jīng)驗(yàn)階段,缺少系統(tǒng)的理論指導(dǎo),等離子焰流與粉末的相互作用以及粉末在基體上的成膜機(jī)理等有待進(jìn)一步研究。本文通過(guò)數(shù)值計(jì)算方法研究了粒子的加熱加速規(guī)律;采用XRD、SEM、金相顯微等對(duì)涂層性能進(jìn)行檢測(cè),結(jié)合

2、噴涂粒子的溫度、速度,研究了粒子沉積過(guò)程及影響涂層質(zhì)量的主要工藝參數(shù),深入探討了等離子噴涂Al2O3陶瓷涂層的機(jī)理。研究表明粒子速度、溫度的計(jì)算結(jié)果與測(cè)量結(jié)果吻合較好,說(shuō)明用流體動(dòng)力學(xué)、氣固兩相流理論及對(duì)流傳熱模型來(lái)模擬等粒子噴涂過(guò)程中粒子的溫度、速度是可行的。數(shù)值求解結(jié)果表明影響粒子加速的主要因素有:等離子氣體種類及其工作壓力,粒子的大小、形狀系數(shù)。隨著射流出口速度的增加,粒子速度明顯增加。隨著粒子尺寸的減小,粒子速度明顯增大。球形粒

3、子加速效果低于同體積的不規(guī)則粒子。影響粒子加熱的主要因素為等離子氣體種類,粒子的比熱容、密度和大小對(duì)粒子加熱影響較小。涂層性能的檢測(cè)結(jié)果表明陶瓷粒子在涂層中以橢球形為主。粒子沉積過(guò)程中,金屬粒子有明顯的沖擊夯實(shí)作用,陶瓷粒子的沖擊夯實(shí)作用較小。影響涂層質(zhì)量的主要工藝參數(shù)為:熱源參數(shù)、送粉方式和送粉速率。相同送粉方式條件下,在適當(dāng)范圍內(nèi),等離子弧功率越大,涂層質(zhì)量越好;等離子弧功率相同時(shí),槍內(nèi)送粉方式制備的涂層質(zhì)量?jī)?yōu)于槍外;噴涂10～40

4、μm的Al2O3粉末時(shí),送粉速率應(yīng)控制在10g/min左右,過(guò)大、過(guò)小都會(huì)使涂層質(zhì)量下降。在相同送粉速率條件下,噴涂粉末球化率越高,涂層性能越好。除此之外,通過(guò)硝酸鋁和硝酸鋁與氨水所制Al（OH）3溶膠的高溫?zé)岱纸饩芍苽涑鰣F(tuán)聚狀的納米α-Al2O3,通過(guò)Sherrer公式計(jì)算,其平均粒徑分別為45.46nm和35.36nm。Al（OH）3溶膠熱分解法和Al（NO3）3直接熱分解法相比較:硝酸鋁高溫?zé)岱纸庵苽浼{米α-Al2O3具有成本低