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镁合金表面耐蚀涂层热喷涂技术

时间:2020-05-20 19:07:47  来源:  作者:

 热喷涂(喷焊)技术是利用火焰或电加热作为热源,将用于喷涂的各种材料如金属、合金、陶瓷、有机物及其复合材料的粉末或线材加热至半熔化、熔化或熔融状态, 借助高速气流在已预处理的镁合金表面沉积层状堆积结构涂层。通过热喷涂所沉积的耐化学或电化学腐蚀的功能性涂层, 与镁合金基体之间由冶金结合和机械咬合等方式紧密结合,可以改善其在恶劣环境中的服役性能。热喷涂技术对基体热影响较小,可用于加工铝、镁、铜等有色合金。喷涂材料范围较广,施工灵活性强,适用于自动化批量加工。镁合金表面的耐腐蚀性喷涂材料有AlNi等纯金属粉末,Zn-AlNi-Cr等二元合金粉,Ni基、CoFe基合金粉、陶瓷粉末、金属陶瓷复合粉末等。热喷涂技术目前已经在航天航空、医疗器械等领域得到广泛应用, 但以镁合金为基体的研究主要集中在耐磨性和耐高温氧化性上。国内外镁合金热喷涂提高耐腐性的方法主要有电弧喷涂、等离子喷涂、超音速火焰喷涂。电弧喷涂是通过电弧加热熔化金属线材, 以高压气流(压缩空气)将熔融金属雾化并喷射至基体表面,经快速冷却后沉积形成涂层,可制备AlZn、自粘结性复合粉末。这种喷涂方法操作简单, 机动灵活。但由于电弧喷涂热源温度高,雾化离子飞行速度低,易产生氧化物夹杂和高孔隙率的问题,在腐蚀环境下, 腐蚀介质将沿沉积粒子之间的孔隙达到镁合金基体,界面处因电偶腐蚀加速而导致涂层脱落失效。胡红钱对电弧喷涂铝涂层进行热渗锌处理,改性后涂层为AlZn-Al金属间化合物组成的连续致密结构。在腐蚀介质中, 生成的ZnOZnAl2O4腐蚀产物可以堵塞孔隙,阻碍了Cl-的侵入,复合涂层较电弧喷涂纯铝自腐蚀电位正移了约130mV,耐腐蚀性能极大提高。赵建华等对AZ91D表面电弧喷涂铝涂层进行430℃、保温2h的扩散处理,再对涂层进行微弧氧化处理。复合涂层由基体/电弧喷涂扩散区、Al涂层和Al2O3陶瓷层组成,对基体具有双重保护的作用。由此,国内外学者虽然改善了电弧喷涂涂层表面的孔隙率问题, 但依旧无法完全消除内部孔隙。等离子喷涂(APS)是利用电弧放电电离工作气体(N2+H2Ar+H2)后经喷嘴的压缩效应形成等离子焰流, 从而加热喷涂粉末到熔融或高塑性状态的一种热喷涂技术。该技术的特点是温度高,几乎所有固态材料都可以用于等离子喷涂,如金属、陶瓷、非金属矿物及复合粉末材料。基体热输入小,在喷涂过程中,工作温度<250℃,适用于加工镁合金基材。工作气体(N2+H2Ar+H2)和载气为惰性气体,雾化粒子飞行速度较高,粉末不易被氧化,形成涂层孔隙率较低。因此,使用等离子喷涂技术在镁合金表面制备功能涂层具有巨大的发展潜力。等离子喷涂技术主要有大气等离子喷涂、低压等离子喷涂和超音速等离子弧喷涂。目前国内外对镁合金表面等离子喷涂关注在高温抗氧化热障涂层的制备上。


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