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等离子喷涂 Cu-18Pb-2Sn 涂层的组织与性能研究

时间:2020-02-18 16:11:49  来源:  作者:

 铜是人类最早发现的金属之一, 其应用历史已有上千年之久。 随着时代的发展, 以及现代工艺技术的进步, 现代工业对铜及铜合金提出了更高的要求。 其中,铜铅合金是目前国内外制造中、大功率发动机滑动轴承的主要减摩材料之一。 铜铅合金具有承载能力大、抗疲劳强度高、耐热性好等优点,但要充分发挥铜铅合金的优良性能, 需要良好的金相组织。 而在采用传统的铸造方法制备铜铅合金时,容易出现铅的偏析,从而导致铸造缺陷。 诸小丽等采用在粉末冶金过程中添加均质剂的方法改善铜铅互溶,得到了均匀、致密的显微组织。因此,如何尽量减少和避免铜铅合金中产生缺陷成为亟需解决的问题。作为表面工程的一种技术, 热喷涂技术不仅能够提高材料的整体性能,同时又能够节约大量成本,因此被广泛的应用于航空、航海、汽车、能源等工业领域。而在热喷涂技术中,等离子喷涂由于其成本的低廉和可制得涂层的材料的多样性而得到最广泛的应用。 然而,等离子喷涂得到的涂层组织中经常会存在孔隙、裂纹、氧化物等缺陷,这些缺陷在很大程度上限制了等离子喷涂技术的应用。 国内外许多研究人员对采用等离子喷涂技术制备铜合金涂层进行了大量细致深入的研究。Li等研究了等离子喷涂工艺参数对铜合金涂层组织与性能的影响,结果表明, 采用较低功率的微束等离子喷涂能够得到致密、均匀的铜合金涂层。 Christoulis 等进行了基材温度和粗糙度对于铜合金等离子喷涂影响的研究, 发现基材粗糙度较高时会导致液滴冷却速率降低,从而增大枝晶的尺寸。 然而这些研究中,对于铜铅合金的研究较少, 并且对于如何降低等离子喷涂过程中产生的孔洞没有给出较好的解决方案。 为了制备组织致密、性能优良的铜铅合金涂层,本文采用等离子喷涂技术,并使用ZrO2溶胶作为封孔剂对涂层进行封孔处理, 探究了工艺参数及封孔剂对涂层厚度、显微组织、硬度和耐蚀性能的影响,旨在探索涂层性能较优的工艺参数和处理方法。涂层的显微组织包括已熔的白色片层状组织、层间的黑色组织、未熔颗粒以及孔隙。 同时当喷涂距离较小、电离电流较大时,获得的涂层中孔隙数量较少,组织较为致密。 EDS结果表明,灰色块状组织为Cu的单相组织,白色片层状组织可能为Cu 的氧化物。随着喷涂过程中电离电流的增大和喷涂距离的缩短, 喷涂颗粒到达基体表面时的温度和速度均有所上升。喷涂颗粒有较好的熔融状态,涂层的厚度、硬度、耐蚀性均较好。使用ZrO2溶胶作为封孔剂能够有效地减少涂层中的孔隙数量。ZrO2溶胶能够封堵住涂层中的孔洞,减少涂层内的缺陷,从而改善涂层的质量。在进行封孔处理后, 涂层的硬度和自腐蚀电位均有明显的上升。

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