激光重熔改性等离子喷涂陶瓷涂层的组织及其耐腐蚀性能

 以纳米Al₂O₃粉末为填料，采用激光重熔等离子喷涂陶瓷涂层技术, 在45号钢表面制备了纳米改性Al₂O₃+13%(质量分数) TiO₂/nano-Al₂O₃复合陶瓷涂层。利用等离子喷涂技术, 将粗颗粒Al₂O₃陶瓷粉末直接喷涂在钢基体上, 所制备的涂层截面形貌如图所示。可见涂层内存在大量的微孔隙、微裂纹,涂层呈明显的层状结构。在喷涂过程中, 有些粒子仅表层熔化未能完全展平, 因而在涂层内部形成孔隙；同时, 由于陶瓷不易发生塑性变形, 冷却时热收缩应力难以松弛, 易形成裂纹。陶瓷与金属之间的热膨胀系数相差大, 金属与陶瓷的不浸润会导致陶瓷与金属基体间存在明显的分界, 其界面结合能力差。陶瓷涂层表面XRD谱表明, 最强的2个衍射峰对应γ-Al₂O₃, 次强峰对应于α-Al₂O₃。可见，喷涂前粉末为α-Al₂O₃相, 喷涂后存在γ-Al₂O₃相及α-Al₂O₃相, 且以γ-Al₂O₃相为主相。这和γ-Al₂O₃临界成核自由能低，优先成核有关。但涂层中也有较多的α-Al₂O₃稳当相。为等离子喷涂Al₂O₃+13%TiO₂陶瓷涂层的截面组织形貌, 从上至下依次为Al₂O₃+TiO₂陶瓷层、NiCrAl中间粘结层及金属基体TiO₂的加入将有助于涂层中各片层间结合强度和涂层致密度的提高。同时可以看出，Al₂O₃+TiO₂陶瓷层与NiCrAl粘结底层，以及NiCrAl粘结底层与基体界面形成了结合良好的机械结合界面。该陶瓷涂层表面X 射线衍射分析结果表明，陶瓷层主要由α-Al₂O₃、TiO₂及少量的γ-Al₂O₃组成。铺设纳米Al₂O₃粉末, 经激光重熔处理后的陶瓷层Al₂O₃ +13%TiO₂/nano-Al₂O₃的截面SEM组织形貌。从上至下依次为陶瓷层、NiCrAl层和金属基体。伴随着激光的作用及纳米Al₂O₃的渗入, 激光作用区的组织与上述2种等离子喷涂层相比，涂层组织更加致密, 疏松孔洞明显减少且得到封闭, 层状堆结特征得以消除。这是激光重熔和纳米陶瓷材料双重作用的效果。涂层表面XRD分析结果表明, 激光熔覆层由α-Al₂O₃和TiO₂组成。在激光作用下处于亚稳定状态的γ-Al₂O₃已经全部转化为稳定状态的α-Al₂O₃。

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