低温超音速火焰喷涂钛涂层致密化研究
戴红亮
摘要
钛合金具有比强度高和耐腐蚀性能好的特点，广泛应用于航空、航天、舰船及海洋工程、石油化工、冶金、轻工机械、医疗等领域。但钛化学性质十分活泼，制备成本高，后续加工困难，限制了其推广应用。低温超音速火焰喷涂技术通过改变喷枪结构和往燃烧室注入冷却剂，获得低温高速焰流，使得在大气环境下沉积性能优良的钛涂层成为可能，从而可大大降低成本，具有广泛的应用前景。
本文采用新型的低温超音速火焰喷涂技术，以球形玻璃粉、WC-12CO粉和不同粒径WC粉与破碎钛粉按不同比例均匀混合作为喷涂材料，在Q235钢和多孔316L不锈钢基体表面制备了 Ti涂层、G(玻璃粉)/Ti复合涂层、WC-12Co/Ti复合涂层和WC/Ti复合涂层，利用0P、 SEM, EDS等手段对钛及其复合涂层的显微组织结构和气密性能、耐腐蚀性能进行了研究，研究结果表明，钛及其复合涂层均由近表面的疏松结构区和内部致密区组成，涂层中存在未熔颗粒和添加材料。在配比范围内，添加玻璃粉和WC-12C0粉均有助于降低涂层的孔隙率，而添加不同粒径WC粉均对涂层的孔隙率没有明显的影响。
随着玻璃粉添加量的增加，涂层中玻璃粉镶嵌量没有明显变化；随着添加量的增加WC-12C0粉在涂层中的镶嵌量增加；而随着WC粉添加量的减少和粒径的增大镶嵌量明显减少。
涂层的气密性结果表明，当G/Ti的体积比为1/15和1/20时，涂层粘性系数最小；其次是WC-12Co/Ti体积比为1/5的复合涂层。添加玻璃粉和WC-12CO粉均降低了涂层的粘性渗透系数，提高了涂层的致密度，这是由于硬质颗粒对沉积钛复合涂层的喷丸夯实作用从而缩小甚至闭合孔隙。
电化学测试结果表明，自腐蚀电流密度大小顺序为：Q235钢基体>有WC-12Co/Ti复合涂层的Q235钢>有G1涂层的Q235钢>有纯钛涂层的Q235钢> 有G2、 G3、 G4涂层的0235钢>纯钛板，说明涂层对基体具有保护作用。中性盐雾腐蚀结果表明，Q235钢和有涂层的Q235钢抗盐雾腐蚀顺序为：Q235钢基体<有WC-12Co/Ti复合涂层的Q235钢、有纯钛涂层的Q235钢<有G1涂层的Q235钢<有G2、 G3、 G4涂层的Q235钢。涂层腐蚀机理为腐蚀介质通过涂层内部的孔洞、裂纹等缺陷扩散到界面，造成基体腐蚀。而WC-12Co/Ti复合涂层中Ti与WC-12CO形成的电偶腐蚀可能促进了涂层的腐蚀孔隙出现，从而推动了腐蚀介质进入界面，一旦进入界面，则加速腐蚀基体，导致涂层剥落。
根据对钛及其复合涂层的综合性能对比，钛复合涂层显微结构和气密性均优于纯钛涂层，G/Ti复合涂层(除G/Ti配比为1/5制备的涂层)耐腐蚀性能优于纯钛涂层，而纯钛涂层耐腐蚀性能优于WC-12Co/Ti复合涂层。G/Ti复合涂层中当配比为1/15时涂层的沉积效率高，孔隙率低于1%、玻璃碎片镶嵌量低于0.5%，涂层具有优良的气密性和耐腐蚀性能。
关键词：低温超音速火焰喷涂(LT-HVOF);钛及其复合涂层；气密性；耐腐蚀性
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