摘要
镁合金具有许多优异的性能而得到广泛地应用，如何提高其耐蚀性、硬度、耐磨性和抗高温氧化等性能具有非常重要的现实意义，等离子喷涂陶瓷涂层可以有效地解决这些问题。本文利用大气等离子喷涂(APS)技术在 AZ91D 镁合金表面喷涂NiCoCrAlY 粘结层，然后分别制备了不同比例的 80 wt % Al2O3+20 wt % ZrO2(AZ20)、50 wt % Al2O3+50 wt % ZrO2(AZ50)、20 wt % Al2O3+80 wt % ZrO2(AZ80)双层结构的复合陶瓷涂层以及 NiCoCrAlY-AZ50 梯度陶瓷涂层。利用 SEM、EDS、XRD 等分析方法和性能测试手段研究了涂层的微观组织结构和性能。利用正交试验设计优化了AZ50 复合陶瓷涂层的喷涂工艺参数。
试验表明：影响 AZ50 涂层结合强度的工艺参数的主次关系为：电源功率>送粉量>主气流量>喷涂距离。涂层结合强度最佳的工艺参数为：电源功率 40kW，送粉量13g/min，喷涂距离 70mm，主气流量 55psi。优化后涂层的结合强度高达 32.56MPa。影响 AZ50 涂层沉积效率的工艺参数的主次关系为：电源功率>喷涂距离>送粉量>主气流量。涂层沉积效率最优的工艺参数为：电源功率 40kW，送粉量 13g/min，喷涂距离 70mm，主气流量 50psi。AZ 系复合陶瓷涂层的结合强度随着 ZrO2含量和涂层厚度的增加而减小。涂层的拉伸断面均发生在陶瓷层与 NiCoCrAlY 粘结层的结合处。
AZ 系复合陶瓷涂层（双层结构）呈典型的层片状结构，并含有少量的气孔、微裂纹、未熔粒子等缺陷，基体与涂层之间呈机械结合。涂层主要由 α-Al2O3，γ-Al2O3，t-ZrO2，t’-ZrO2和 c-ZrO2组成。随着 AZ 系复合涂层中 ZrO2含量的增加，涂层中的微裂纹、气孔和疏松组织增多，涂层中的 α-Al2O3和 γ-Al2O3的衍射峰强度逐渐变弱。
AZ 系复合陶瓷涂层（双层结构）的显微硬度存在相当大的分散性，并显著地服从正态分布和 Weibull 分布。涂层的摩擦系数随着线性速度的增加而增加，随着载荷的增加而减少。涂层的磨损机制为粘着磨损。涂层热震失效包括裂纹的形成、扩展及最终剥落三个阶段，与涂层中的热应力和粘结层的氧化有关。随着 AZ 系复合陶瓷涂层中 ZrO2含量的增加，涂层的结合强度、显微硬度、耐磨性和耐腐蚀性下降，而抗热震性能提高。等离子喷涂 AZ 系复合陶瓷涂层可以有效地提高镁合金基体的硬度、耐磨性和耐蚀性，经封孔处理后，涂层的耐蚀性更佳。
NiCoCrAlY-AZ50 梯度涂层与双层结构的 AZ50 涂层相比，具有更好的耐蚀性、结合强度和抗热震性能。
关键词：镁合金 ；等离子喷涂 ；Al2O3；ZrO2；梯度涂层；工艺参数
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