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镁合金等离子喷涂陶瓷涂层的工艺、组织和性能的研究

付丽  
【摘要】: 本文利用正交试验设计对AZ91D镁合金表面等离子喷涂Al2O3+13%TiO2(AT13)陶瓷涂层的工艺参数进行优化,采用OM、SEM、EDX和XRD等分析方法,对涂层组织和性能进行了研究。 首先,采用正交试验设计方法探讨了工艺参数喷涂距离、主气流量、送粉量、电源功率对涂层性能的影响规律,获得工艺参数对结合强度影响的主次关系为:送粉量喷涂距离电源功率主气流量。按该优化工艺在AZ91D基底上喷涂Al2O3+13%TiO2,涂层结合强度优于正交实验的所有试样。试样的断面均发生在涂层与喷砂面的结合处。 等离子喷涂Al2O3+13%TiO2(AT13)涂层的组织呈明显的层片状结构,含有孔隙、微裂纹等缺陷,基体和涂层之间形成了良好的以机械结合为主的界面。XRD分析表明涂层主要由γ-Al2O3,α-Al2O3和Al2TiO5组成。涂层的显微硬度存在相当大的分散性,同时显著地服从正态分布和Weibull分布。 当试验载荷为10N和20N时,摩擦系数均随着摩擦时间的延长而增大;而试验载荷为30N,转速为100r/min时,随摩擦时间的延长摩擦系数降低。当转速为100r/min,150r/min,200r/min时,随着摩擦时间的延长摩擦系数增大。转速为200r/min,载荷为30N时,摩擦系数最低。磨损机制为脆性疲劳引起的微观剥落和粘着磨损。 对涂层进行了350℃环境下的热震实验,并分析、讨论了涂层的热震失效机制。结果表明,涂层热震失效的本质为热循环应力作用下的疲劳时效,其失效过程主要是裂纹形成、扩展及涂层剥落。 浸泡试验前后,质量变化较大的是未喷涂的试样,其次是未封孔的,封孔试样的质量变化最小。浸泡后,涂层结构变得疏松,腐蚀后的涂层表面腐蚀坑增多。电化学实验表明,涂层的自腐蚀电流比镁合金基体下降了3个数量级。


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