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电弧喷涂制备金属基陶瓷复合涂层及其性能研究

王江萍  
【摘要】:陶瓷涂层具有较大的发展前景,将其耐高温、耐磨损、耐腐蚀等特性与金 属材料的强韧性、可加工性、导电导热等结合起来,在航空航天、能源、电子、 材料等高科技领域会有广泛的应用前景。当前制备陶瓷涂层的方法很多,主要 有化学气相沉积、物理气相沉积、脉冲电极沉积和热喷涂方法,热喷涂方法占 了很大比例,其中采用电弧喷涂的方法制备金属基陶瓷复合涂层,粉芯线材调 节成分简单,价格低廉,克服了HVOF和等离子喷涂成本高,不易现场操作的 不足。 本文制备了含碳化物、氧化物和纳米改性粉末的粉芯线材,并对电弧喷涂 陶瓷复合涂层的性能进行了较系统深入地研究。通过测试涂层的表面洛氏硬度、 结合强度、高温氧化性能、磨粒磨损性能、热震性能和孔隙率,以及对涂层进 行光学显微、X射线衍射分析,研究了粉芯线材组成对涂层性能的影响,结果 表明: (1) 电弧喷涂含Cr3C2+Ni的粉芯线材,当Ni含量在25%时涂层结合强度最 高,达48MPa,但经X射线衍射喷涂层中没有Cr3C2陶瓷相。 (2) 电弧喷涂含Al2O3、 TiO2的粉芯线材,TiO2可以提高涂层的致密度、结合 强度,随着NiCr-Cr3C2的加入,涂层表面洛氏硬度HR30N由45增加到 62,并且经X射线衍射涂层中含有Al2O3和TiO2陶瓷相。 (3) 本文最后电弧喷涂含纳米颗粒化的粉芯线材,并与常规涂层进行了对比, 发现添加纳米颗粒化的涂层的表面洛氏硬度变化不大,但涂层的结合强 度是常规涂层的1. 5倍。 (4) 采用SprayWatch对电弧喷涂过程中粒子的行为进行了测试,发现喷涂过 程中,粒子温度在1600-2800℃之间,粒子速度最高可达325m/s,这为 更好的解释电弧喷涂纳米改性陶瓷复合涂层性能的提高提供了依据。


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