Mo是一种贵重的稀有金属，具有熔点高、密度大、硬度高、高温强度高及耐电弧烧蚀、耐腐蚀、耐磨等优良性能，同时还具有导热率高、热膨胀系数较低等特点(抗热冲击性能优异)。自1782年瑞典科学家埃尔姆成功制备Mo单质后，Mo便率先集中应用于钢铁工业作为合金钢的添加剂，以提高硬度、强度、韧性及可焊性等。随着开采、冶炼和制备技术的发展，Mo迅速广泛应用于航空航天、电子电工、冶金石化、军事装备及核工业等领域。然而，作为一种不可再生的稀缺战略资源，Mo制品开始逐渐转向“多样化、精细化”发展，以实现资源的最佳利用。
热喷涂是利用某种热源将喷涂材料迅速加热，以熔融或半熔融形态高速喷溅到经预处理的零件表面，以形成喷涂层的表面加工技术。Mo具有良好的自粘结性能，可与多种金属及合金形成结合强度高的冶金结合。采用热喷涂技术在机械零件表面制备Mo及Mo基复合涂层，能够显著改善并提高其性能和寿命。与此同时，目标零件范围宽、设备简单、生产率高、成本低等特点满足资源利用率高和机械产品再制造为一体的可持续发展战略要求。因此，热喷涂Mo及Mo基复合涂层的应用前景极为广阔。
国外的研究发展
最早的Mo及Mo基复合涂层制备是采用氧乙炔火焰喷涂工艺，美国及欧洲等发达国家率先采用氧乙炔火焰喷涂纯Mo涂层对同步环、活塞环及拨叉轴等汽车零件表面进行耐磨性能强化，使得零件使用寿命大大延长，并实现了商业化应用，但随着高负荷、大功率发动机的发展，纯Mo涂层的耐磨性能难以满足要求，研究热点随即转向Mo基复合涂层。火焰喷涂虽然设备简单，操作容易，但是所制备的涂层存在颗粒尺寸变化大、孔隙率高、氧化量高、定位精度低等缺点。等离子涂层的综合性能较火焰涂层更为优异，20世纪70年代开始，国外便开始系统集中研究Mo粉等离子喷涂。荷兰学者I．M．Houben在研究Mo-Fe系统等离子喷涂过程中发现，Mo-Fe元素的热活化导致涂层与基体结合区域形成相互渗透的合金层，从而大大增强了结合强度。于是，各国研究人员便掀起了等离子喷涂Mo及Mo基复合涂层的热潮，其中最主要的方法为大气等离子喷涂。同时，也有少数学者在普通火焰喷涂的基础上，探索了超音速火焰喷涂及高速燃烧丝喷涂Mo及Mo基复合涂层的性能。
Laribi等人对火焰喷涂Mo涂层的结合强度及残余应力进行了研究，并指出Ni-Al粘接层能够抑制界面FexMoy化合物生成，从而提高结合强度。Laribi等人运用火焰喷涂在35CrMo4钢表面制备Mo涂层，在一定程度上提高了耐磨性能及抗冲击疲劳性能。Usmani等人在等离子喷涂Mo涂层的时间依赖性摩擦性能实验中发现，涂层的磨损主要以层间剥落为主，伴有表面硬质颗粒犁削形成的犁沟。Hwang等人研究了混合元素对等离子喷涂Mo基复合涂层的影响，他们采用纯Mo、青铜及Al-Si合金成功制备了Mo基复合混合涂层，并通过摩擦磨损试验总结得出:涂层的磨损率随载荷增加而增加，其失效源自层间硬质相附近的裂纹扩展，表面剥落的磨屑加剧了磨损。A．Vaidya等人对等离子喷涂Mo涂层的喷涂过程、微观结构、综合性能间的关系进行了综合实验分析，分析结果对等离子喷涂Mo涂层的优选制备具有一定的指导意义。S．C．Modi等人采用高速燃烧丝喷涂法成功制备了Mo涂层，在与氧乙炔火焰喷涂及大气等离子喷涂制备的Mo涂层进行摩擦磨损对比实验后发现:高速燃烧丝喷涂Mo涂层比大气等离子喷涂Mo涂层具有更低的摩擦系数，比传统氧乙炔火焰喷涂Mo涂层具有更优异的耐磨性能；Mo涂层中的氧含量对耐磨性能影响很大；喷涂距离会影响粒子的飞行速度及涂层的应力释放，进而影响耐磨性。
Mo及Mo基复合涂层在工业领域已取得诸多的实际经验，并相应形成生产加工体系。如在德国，GOETZE公司推出了MP43，MP96A，MKP81A等用于活塞环强化的Mo基复合喷涂材料系列，Metco公司帮助ZF公司建立了氧乙炔火焰丝材工艺进行同步环喷Mo;欧洲及日本的汽车公司于20世纪末便申请了同步环、活塞环及汽缸孔等离子喷涂Mo及Mo基复合涂层方面的专利;作为Mo储量及消耗量排名第一的美国，更是将等离子喷涂Mo粉技术广泛应用于航空、汽车零件领域。从近年的文献数量来看，国外关于Mo及Mo基复合涂层的研究开始呈下降趋势，但仍然有少数学者集中于工艺优选，以期获得性能更为优异的涂层。Manjunatha等人选用15～40μm和40～90μm两种纯Mo粉进行等离子喷涂Mo涂层，摩擦磨损实验数据表明，前者的耐磨性能更好。
国内的研究发展
我国关于Mo及Mo基复合涂层的研究应用始于20世纪70年代初。因热喷涂工艺技术发展相对滞后，至今仍有部分厂家一直沿用设备简单、投资较少的Mo丝火焰喷涂。随着等离子喷涂装置的进口引进及改装，1973年，原铁道部戚墅堰机车车辆工艺研究所首次引进等离子喷涂对240系列柴油机气缸第一道气环进行Mo涂层强化。1986年，海陵实业股份有限公司三厂同样采用引进的喷涂设备开发喷Mo活塞环，并相继研发出多种进口车型用的喷Mo活塞环。东风汽车公司针对从德国引进的4种活塞环用等离子喷涂Mo基复合材料各自的性能特点及应用范围，进行了总结。
鉴于Mo粉的成本仅为Mo丝的50%且易于添加任意比例的合金强化元素，等离子喷涂Mo粉迅速为国内研究人员所青睐，人们分别从粉末性能、喷涂参数、性能检测等方面对Mo及Mo基复合涂层展开研究。
樊自拴等人将两种性能不同的Mo粉与同一种Ni基合金粉混合，进行等离子喷涂活塞环对比试验，结果表明:Mo粉松装密度和流动性的提高有利于涂层相的均匀分布，控制合适的喷涂距离、喷涂工件转速、等离子火焰温度是增大涂层硬度和降低孔隙率的关键。张晓琳等人在45钢表面制备纯Mo涂层时发现，等离子喷涂工艺参数与涂层性能有密切关系:不同电流下，涂层的显微硬度与孔隙率成反比;孔隙率随电流增大呈先增加、后减少的趋势;在25～45L/min工作气流下的沉积效率最高。姚志伟等人采用大气等离子喷涂在无氧铜基体上制备了纯Mo，Mo+NiCrAl，Mo+NiCrAl+CuAl三种涂层(如图1所示)，通过胶结拉伸试验及热震性试验证明，双中间层的梯度涂层虽然结合强度稍低，但是抗热震性能优异。
对于Mo基复合涂层的耐磨性、耐高温性和抗腐蚀性能，国内也进行了较多的研究。在耐磨强化方面，钱建国采用反应火焰喷涂在Q235钢表面制备Mo2FeB2金属陶瓷涂层，涂层由硬质相(Mo2FeB2，Fe3Al)和氧化物(Al2O3，B2O3，MoO3)组成，其耐磨性为基体的7．36倍。在抗高温氧化方面，肖来荣等人在铌合金C-103表面制备Mo(Si0.6，Al0.4)2高温抗氧化涂层，涂层与基体达到冶金结合，1200℃氧化6h后，表面生成致密的氧化膜，分为内层(Al2O3，SiO2，3Al2O3•2SiO2和HfO2)和外层(Al2O3)，主体层生成的Mo5Si3有效地促进了Al2O3氧化膜的生长，进而阻碍了涂层主体层的氧化，保护了基体材料。在抗
腐蚀强化方面，姜超平等人将不同比例的Mo基合金粉末添加到Fe基非晶涂层中，电化学分析及盐雾试验结果证明，涂层具有更低的腐蚀电流密度及较高的自腐蚀电位。
值得一提的是，为追求结合强度更高、孔隙率更低、无层片结构的Mo及Mo基复合涂层，国内部分学者开始尝试电热爆炸喷涂工艺。所谓电热爆炸喷涂，即是对金属导体在某一特定气氛中沿轴向施加瞬态直流高电压，产生的瞬态大电流密度(一般可达106～107A/cm2)使得金属迅速熔化、气化，体积瞬间急剧膨胀导致爆炸冲击波，使得金属粒子以极高的速度飞行撞击基体而形成涂层。相对于火焰喷涂和等离子喷涂，除了硬度高、氧化少、组织细小等优点外，该工艺还特别适用于圆筒状零件内表面喷涂。蒲泽林等人运用自制的电热爆炸喷涂装置在45钢表面喷涂了Mo涂层，显微硬度(HV)最高达14110MPa，孔隙率仅为0.4%。侯世香等人同样采用该工艺制备了MoSi2基涂层，试验结果显示，涂层组织均匀致密，主要为树枝晶，显微硬度在1200～1400HV0.2之间，与基体间存在原子扩散，为冶金结合。诸多的研究数据表明，电热爆炸喷涂制备的Mo及Mo基复合涂层综合性能十分优异，其潜在应用价值非常大。有报道称，日本Kawasaki重工业公司采用了该技术对铝合金发动机汽缸内壁进行Mo涂层强化，但未见其大规模实际生产应用。由于该技术存在过程控制难、自动化水平低、大型工件涂层厚度不均匀等制约其大规模工业应用的缺点，国内研究尚处于试验探索阶段，未能投入实际工业应用。
本文由桑尧热喷涂网收集整理。本站文章未经允许不得转载；如欲转载请注明出处，北京桑尧科技开发有限公司网址：http://www.sunspraying.com/
|
