Al2O3陶瓷具有硬度高、摩擦系数低、化学稳定性好及优良的耐蚀性,可用作耐滑动摩擦涂层材料。等离子喷涂采用的等离子弧焰心温度高达三万度以上,喷嘴出口处温度可长时间保持几千到一万多度,可以熔化几乎所有的材料。利用等离子喷涂可以得到塑料、金属、陶瓷等多种涂层,而且涂层结合力高、气孔率较低。稳定相通常指在相关物相中室温下具有最低自由能的相,而那些在室温下出现的非自由能最小的相称亚稳相。等离子喷涂过程中,颗粒具有一定的速度撞击基材或刚喷过的陶瓷涂层上,展开铺平,散热速度很大,可以达到106～108℃/s,是一种典型的快速凝固过程,从而在涂层中易形成亚稳相。亚稳相的形成不仅与基材及陶瓷本身的物理、化学、力学、热学等基本性能密切相关,还与陶瓷颗粒的熔化程度、温度、速度、粒度分布以及基材。温度等参数有关。在这个快速凝固过程中,颗粒处于过冷状态,此时满足均匀成核条件。熔体中各种相的成核能力由固相临界成核自由能决定,而不是由固相自由能高低来决定,因此优先成核的不是具有低自由能的相,而是具有较低临界成核自由能的相。涂层硬度由材料本征硬度决定,与涂层的致密程度直接相关。实验表明涂层设计对涂层硬度有一定影响。首先涂层设计影响喷涂时涂层的冷却速度,仅喷陶瓷涂层(A1样品)时冷却速度最大; 加入粘结层之后(A2样品) ,由于粘结层同样呈层状和多孔结构,片层之间存在大量的非结合区,这样使得其热导系数下降,同时由于在喷完粘结层之后,尽管停下让其冷却,但其温度有可能比直接在钢基材上预热后喷陶瓷时的温度高,使得在粘结层上喷的陶瓷层冷却速率比直接在钢基材上喷陶瓷的冷却速度小; 更进一步在粘结层与陶瓷层之间加入过渡层,陶瓷层冷却速度将进一步下降。而冷却速度对涂层残余应力大小及分布和涂层致密度产生重要影响,进一步影响到涂层硬度。其次,涂层设计改变了涂层成分(A4和A5样品) ,除SiO2成分本身对涂层硬度的影响外(SiO2的硬度比Al2O3的低) ,更主要的是添加剂同样可以通过对涂层残余应力大小及分布和涂层致密度影响涂层硬度。总之,涂层设计对陶瓷涂层硬度有一定影响。
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