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等离子喷涂耐磨涂层及热障涂层的新进展

时间:2019-12-30 19:48:21  来源:  作者:

 等离子喷涂时的焰流温度高, 热量集中, 能够熔化一切高熔点和高硬度的粉末材料,这是一般氧乙炔火焰喷涂和金属电弧喷涂所不能达到的。由于等离子喷涂时的焰流喷射速度高, 粉末微粒能获得较大的动能, 所以喷涂后的涂层致密度高,一般在88%99%之间, 结合强度高达3080MPa。喷涂后涂层平整、光滑, 并可精确控制涂层厚度, 因此切削加工涂层时可直接采用精加工工序。等离子喷涂采用惰性气体作为工作气体时能可靠的保护工件表面和粉末材料不受氧化,从而获得含氧化物少、杂质少的涂层。在等离子喷涂过程中, 工件表面不带电,不熔化, 再加上粉末的喷射速度高, 工件与喷枪的相对位移速度快, 所以对工件表面的热影响区很小。由于等离子喷涂时的粉末具有高速特点, 所以每小时粉末的沉积率很高。在采用高能等离子喷涂设备时, 每小时粉末的沉积率高达8kg,充分显示了等离子喷涂的高效性。喷涂工艺规范稳定, 调节性能好, 容易操作。等离子喷涂技术以其等离子体火焰温度高, 焰流速度高, 喷涂时对工件的热影响小等众多优点, 在耐磨损涂层方面得到广泛地应用。钼是一种金属活性不高的难熔金属( 熔点2625),耐热性好, 在常温下化学性质稳定。同时在边界润滑条件下, 钼涂层表现出极好的耐磨性, 有优异的耐粘着磨损性能。采用等离子喷涂工艺喷钼时, 钼处于氢气的保护性气氛下, 氧化程度大大降低, 仅在沉积后表面有部分氧化, 有利于多次喷涂。而且等离子功率大, 火焰集中, 钼粉处于熔化或半熔化状态, 涂层结合好, 孔隙率低, 涂层质量优异而且稳定。喷钼涂层在有润滑油的条件下有良好的抗咬死性, 但在高载荷时, 涂层的抗磨损性还不能满足要求。因此, 为了兼顾抗咬死性和耐磨性的要求, 发展了一系列钼-合金复合材料涂层。采用等离子喷涂工艺制备的Mo +30%NiCrBSi复合材料涂层具有良好的抗咬死性, 并可以承受瞬时摩擦高温;涂层中的NiCrBSi合金硬度高, 有优良的耐磨粒磨损性能, 因而改善了涂层在高载荷下的耐磨损性能;同时涂层固有的孔隙有储存润滑油的效果, 当处于临界润滑状态时, 因摩擦高温使孔隙中的润滑油膨胀, 并沿孔隙外溢, 起到良好的润滑调节作用, 是目前理想的活塞环涂层。热障涂层可以阻止热的传递, 防止基体金属达到其熔点或降低基体金属的受热温度。热障涂层的基本设计思想是利用陶瓷材料的优越的耐高温、耐腐蚀、耐磨损和绝热等性能使其以涂层形式和基相复合, 以提高结构件抵抗高温腐蚀的能力。氧化锆具有熔点高( 2680)、导热系数低(λ=1.032W/m·℃) 的特点, 是一种理想的绝热材料。氧化锆在高温下会发生晶型转变, 由单斜晶转变为四方晶要产生4%左右的体积膨胀变化, 因此喷涂用的氧化锆都要经过稳定化处理, 常采用部分稳定的氧化锆(ZrO26%8%Y2O3) 进行喷涂, 此时涂层有良好的稳定性。由于氧化锆与高温合金热膨胀系数差别很大, 高温下工作时, 涂层要产生很大的热应力, 容易造成涂层脱落;同时氧化锆是一种脆性材料, 塑性变形。温度很高, 喷涂时如基体温度控制不当, 在涂层中可能产生很大的拉伸残余应力, 也会影响涂层与基体的结合。


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