- 文档大小:1.67 MB
- 文档格式:pdf
- 约 5页
- 2022-03-31 发布
- 举报
已阅读完毕,您还可以下载文档进行保存
- 1、本文档共5页,内容下载后可编辑。
- 2、本文档内容版权归属内容提供方,所产生的收益全部归内容提供方所有。如果您对本文有版权争议,可选择认领。
- 3、本文档由用户上传,本站不保证质量和数量令人满意,可能有诸多瑕疵,付费之前,请仔细先通过免费阅读内容等途径辨别内容交易风险。如存在严重挂羊头卖狗肉之情形,可联系本站下载客服投诉处理。
第6卷第4期2012年12月材料研究与应用MATERlALSRESEARCHANDAPPLlCATlONV01.6,No.4Dec.2012———文章编号:16739981(2012)04023605等离子喷涂微米和纳米A12—0313wt%Ti02涂层的防护性能*邓春明1,张小水2,毛杰1,张吉阜1,刘敏1,邓畅光11.广东省工业技术研究院(广州有色金属研究院).广东广州510650;2.中航工业南方航空工业(集团)有限公司,湖南株洲412002摘要:以微米和纳米Al。O。一13wt%TiO。为粉末材料,采用大气等离子喷涂在Q235钢基体表面制备了Al。o。一13wt%TiO。涂层,对涂层的显微结构、相组成和显微硬度等基本性能进行了表征,并对两种涂层的耐SiC砂粒磨损和耐电化学腐蚀防护性能进行了对比研究.结果表明,与微米粉末相比,纳米粉末作为热喷涂材料需要更高的喷涂功率才能获得致密的纳米和微米复合涂层;纳米粉末制备的涂层的显微硬度、耐砂粒磨损和电化学腐蚀性能均明显优于微米粉末制备的涂层,表明纳米粉末制备的涂层具有更优良的防护性能.关键词:等离子喷涂;纳米Al。O。一13wt%TiO。涂层;防护性能中图分类号:TGl74.442文献标识码:A大气等离子喷涂Al:O。一TiO。涂层因具有良好的耐磨性、耐腐蚀性、韧性和较低的材料成本而被广泛应用,典型的应用包括作为拉丝塔轮、活塞杆和印‘刷部件等的耐磨防护涂层Ll2:.与纯氧化铝涂层相比,A1:0。一TiOz系陶瓷由于降低了粉末熔点,可以获得致密度更高的陶瓷涂层,同时提高陶瓷涂层的韧性和耐磨性能.但随着应用要求的提高,对Al。0。一TiO:涂层的耐磨性、耐蚀性和韧性等提出了更高的要求,陶瓷涂层的纳米化是提高其韧性的有效方法.研究表明¨J,大气等离子喷涂纳米Al。0。一TiOz涂层往往以双模结构存在,即涂层以纳米和普通微米结构存在,而这种复合结构使纳米Al。0。一TiO:涂层在载荷作用下具有良好的抗裂纹扩展能力,提高了涂层的韧性.陶瓷涂层的磨损失效机理以脆性断裂为主,纳米陶瓷涂层韧性的提高则使其耐磨性能明显提高.本文分别以微米Al。o。一13wt%TiO。和球形纳米Al。O。一13wt%TiO。团聚粉末为等离子喷涂材料,研究了微米和纳米Al:O。一13wt%TiO。涂层的显微结构和相组成,并评价了涂层的耐磨性和电化学腐蚀防护性能.1试验方法与表征1.1试样制备以Q235钢为基体材料,试样尺寸为60mm×30minx4mm.试样经超声除油后,采用24号棕刚玉、以0.4MPa压力对Q235钢基体表面进行喷砂粗化处理.用粒径为10~40g.m的316L不锈钢粉末制备粘结面层.分别用粒径为22~45肛m的微米—A1203-13Ti02和粒径为20~40肛m的纳米A120313TiO。(简写为ATl3)粉末作为热喷涂粉末材料,其中微米粉末为破碎粉末(图la),纳米粉末是采用粒径为i00~500“nm的粉末团聚而形成20~40m的球形粉末(图1b和图lc).对这两种粉末均采用GTVF6等离子喷枪进行沉积,粘结层和面层的沉积工艺列于表1,底层和面层的厚度分别为(100±20)v.m和(350±50)肚m.采用硅树脂对涂层试样进行封孔处理,以提高涂层的防护性能.——收稿日期:20120928*基金项目:科技部国际科技合作项目(No.2011DFB50030);广东省产学研项目(2010A090200017)作者简介:邓春明(1976一),男,江西黎川人,高级工程师.博士,从事热喷涂的研究与开发工作.万方数据第6卷第4期—邓春明,等:等离子喷涂微米和纳米Al。0313wt%TiQ涂层的防护性能237圈1微米和纳米ATl3粉末照片(a)微米粉末;(b)纳米粉末I(c)纳米团聚粉末放大图Fig.1SEMimagesforbothmicroandrlarloATl3powders(a)microATl3powder!(b)nanoATl3powder;(c)magnifiedimagefornanoATl3powder表1涂层喷涂工艺参数Table1Coatingdepositionparameters1.2试验方法与表征采用JSM5910扫描电镜对涂层的剖面结构进行显微观察.采用D/Max-RC型X射线衍射仪对粉末和涂层的相组成进行分析.采用VDMH一5型显微硬度计测试涂层的显微硬度,所用载荷为2.94N,加载停留时间为15s.将涂层表面磨削至低于Ral.0弘m,采用日本Suga仪测试涂层的耐磨性,其中涂层试样的对磨件为100号SiC砂纸,载荷为30N,砂纸在试样表面往复运行400次,每组测试3次.采用CHl660B恒电位仪测试涂层的动电位极化曲线.测试中采用标准的三电极体系,电解质为℃3.5%的NaCl中性溶液,温度为25.电化学测试试样的工作面面积为10mm×10mm.除工作面(涂层)外,其余各面均用环氧树脂封住.动电位扫描范围为一1200--一0mV(相对于饱和甘汞电极),扫描速率为1mV/s.2结果与讨论2.1涂层的显微结构图2为微米和纳米ATl3粉末沉积涂层的剖面形貌.由图2可见,微米ATl3粉末在42kw较低的等离子功率下即充分扁平化,表明粉末在该功率下充分熔融并沉积,但其涂层存在较多不规则形状的孔隙,大小为十几微米.纳米团聚粉末由于热导率差,需要在更高的功率(51kW)下才能使其在焰流中熔融.纳米ATl3涂层的孔隙率明显低于微米ATl3涂层,其孔隙形状有圆形和不规则两种.圆形孔隙的孔径以1~5弘m为主,也有少量孔径达到十几微米,这些孔隙的形成与纳米团聚粉末中的孔隙经高温等离子焰流烧结后没有去除有关,而大孔径是由于粉末中的孔隙在等离子焰流中团聚长大而形成的.不规则形状的孔径为10ptm米左右.纳米ATl3粉末经高温等离子焰流后,大部分粉末发生烧结、长大,形成了微米结构涂层,但涂层中仍存在未充分熔融颗粒(箭头所示),这些颗粒发生一定的扁平化,而其中的粒子保持粉末的纳米结构,因此在涂层中形成了具有纳米和微米复合结构的涂层,这种复合结构涂层有助于提高涂层的韧性和耐磨性能[4].另外,由于粉末熔融后经快速冷淬,在涂层层内有纵向裂纹,但无贯穿涂层的裂纹.万方数据238材料研究与应用2O12图2微米和纳米ATl3涂层的剖面照片(a)。(b)微米粉末制备的涂层;(c),(d)纳米团聚粉末沉积的涂层Fig.2CrosssectionalimagesforbothmicroandnanoATl3coatings(a)and(b)microATl3coating!(c)and(d)nanoATl3coating2.2涂层物相分析图3为微米和纳米ATl3粉末和涂层的XRD—图谱.由图3可见,微米和纳米ATl3粉末均以aAIzOs为主晶相,并含有少量的y-A1。O。和A1。TiO。相,但纳米ATl3粉末的衍射峰强较弱,且存在一定的宽化衍射峰,这与其为纳米团聚粉末有关.喷涂态的涂层均以)'-AIzO。为主晶相,还含有少量的口一A120a和A1zTiO。相.在大气等离子喷涂中粉末熔厶U—融、急冷后主要形成rAl:O。(除了部分夹杂的aAl。O。未熔颗粒),因此其含量也可以用来反映粉末的熔融状态[5].此外,在涂层的图谱中均出现了一些具有微晶或非晶特征的宽化衍射峰.这是由于等离子体温度高,等离子焰流对粒子加热充分,冷却速度快(陶瓷粒子104106"C/s[63),相变主要以非扩散型Ms转变机制为主,从而形成了部分细小的微晶或非晶.图3微米和纳米ATl3粉末和涂层的XRD图谱Fig.3XRDpatternsforbothmicroandnanoATl3powdersandcoatings万方数据第6卷第4期邓春明,等:等离子喷涂微米和纳米A12()。-13wt%TiOz涂层的防护性能2392.3涂层的显微硬度和磨损性能等离子喷涂微米和纳米ATl3涂层的显微硬度和磨损失重对比列于表2.由表2可知,纳米ATl3涂层较微米ATl3涂层的显微硬度略高,这是由于纳米ATl3涂层的致密度更高.但两种涂层的磨损量明显不同,纳米ATl3涂层的磨损量为微米ATl3涂层的2/5左右,表明纳米ATl3涂层有着良好的耐磨性能.其良好的耐磨性能可能与其纳米/微米复合结构有利于提高涂层的韧性有关.■表2微米和纳米ATl3涂层的显徽硬度和磨损TabIe2Micro-hardnessandwearn硅l_sslossforbothmicroandnanoATl3powclersandcoatings2.4涂层的电化学性能图4为微米和纳米ATl3涂层及纳米ATl3涂层经硅树脂封孔处理后的电化学极化曲线,图中显示相应的腐蚀电位和电流.由图4可见,纳米ATl3涂层的腐蚀电位一0.69V较微米ATl3涂层的腐蚀电位一o.77V略高,相应的腐蚀电流密度分别为1.35/iA/cm2和3.55/iA/cm2,表明纳米ATl3涂层具有更好的耐腐蚀性能.纳米ATl3涂层更好的耐腐蚀性能可能和其致密度较高有关.经硅树脂封孔后的纳米ATl3涂层,降低了纳米ATl3涂层的孔隙,使涂层的电化学腐蚀性能进一步提高.图4微米、纳米ATl3涂层及经封孔处理的纳米ATl3涂层的电化学极化曲线Fig.4ElectrochemicalpolarizationcurvesformicroATl3・nanoATl3andsealednanoATl3coating3结论(1)微米ATl3涂层存在较多不规则形状的、大小为十几微米的孔隙.纳米ATl3涂层为纳米和微米复合结构,有圆形和不规则孔隙及层内纵向裂纹,但孔隙率较低.(2)微米和纳米ATl3粉末均以口一Al。O。为主晶相,经等离子喷涂沉积后形成的涂层均是以rAl。O。主晶相,并含有少量的口一Al。O。和Al。Ti05相.(3)纳米ATl3涂层较微米ATl3涂层的显微硬度略高,其磨损量仅为微米ATl3涂层的磨损量的2/5左右;纳米ATl3涂层的抗电化学腐蚀性能优于微米ATl3涂层,经硅树脂封孔处理后可进一步提高纳米ATl3涂层的抗电化学腐蚀性能,表明纳米ATl3涂层有着良好的防护性能.参考文献:[1]PAWLOWSKIL.TheScienceandEngineering—ofThermalSprayCoatings[-M].WestSussex:JohnWiley&SonsLtd,2008:585-587.[2]HEIMANNRB.Applicationsofplasma-sprayed—ceramiccoatings[-J].KeyEngineering—Materials,1996,122—124。399442.[3]田宗军,王东生,沈理达,等.等离子喷涂纳米Alzos一13wt%Tit,)2陶瓷涂层研究[J].稀有金属材料与工程.2009,38(10):1740-1744.[4]WANGM,SHAwLL.Effectsofthepowder—manufacturingmethodonmicrostructureandwearperformanceofplasmasprayedalumina-titaniacoatings[-J].SurfaceandCoatings—Technology,2007,202(1):3444.[5]冯拉俊,曹凯博,雷阿利.等离子喷涂Alzoa陶瓷涂层的—工艺研究口].中国表面工程.2005,18(6):4548.[63VARDELLEM。VARDELLEA,LEGERAC,eta1.In-fluenceofparticleparametersatimpactonsplat—formationandsolidificationinplasmasprayingprocess[J].JournalofThermalSprayTechnology,1994,4(1):50-58.(下转第275页)万方数据第6卷第4期肖晓玲.等:柴油机排气阀盘面断裂的失效分析275FailureanalysisofexhaustvalveindieselengineXIAOXiaoling。KUANGMin,LEYoushuDept.ofNewMaterial。GuangdongGeneralResearchInstituteofIndustrialTechnology,Guangzhou510650,ChinaAbstract:Thefailureoftheexhaustvalvewasinvestigatedusingtheopticalmicroscope,SEMandEDS.Theresultshowedthatthefractureofvalvewasmixtureof—intergranularandtrans-granularfracturewithcharacteristicofherringbones,riverpatternsanddimples.Corruptionoxidationactionhappenedwiththeinclusionandoxideduringthefracture.Corruptionoxidationandtheinteractionofhighfrequencyimpactstressandheatstressresultedinfatiguefractureinthevalve.Keywords:dieselengine;exhaustvalve;fracture;failureanalysis’’’●’’’’’’●’’’’’●’●'''''',''lII'II"'II"'l',,,,''''lll,,I'111"'l',l'''',,,Il'''II"'ll"11"l',',',',,'''',,'','''(上接第239页)Protectiveperformanceofcoatii垮preparedbyplasmasprayingusingthepowderofbothmicroandnano—A120313wt%Ti02DENGChunmin91.ZHANGXiaoshui2.MAOJiel.ZHANGJiful.LIUMinl,DENGChangguan911.C_mangdongGeneralResearchInstituteofIndustryTechnology(Guangzhouresearchinstituteof—nonferrousmetals).Guangzhou510650,China;2.AVICSouthAviationIndustryLimitedCorporation,Zhuzhou412002・China—Abstract:A120313wt%Ti02coatingsweredepositedonQ235steelbyairplasmaspraying(APS)usingbothmicroandnanoA1203-13wt%Ti02powderasfeedstock.Themicrostructure,phasecompositionsand—microhardnessfor—assprayedcoatingswereexamined.TheprotectivepropertiesofbothmicroandnanoA12—0313wt%Ti02coatingswereinvestigatedandcomparedincludingresistancetosandabrasionand—electrochemicalcorrosion.Theresultsshowedthatrelativelydensercoatingwithamixtureofmicroand—nanostructurebynanoA12—0313wt%Ti02powderwasfabricatedbyfarhigherplasmapowerthanthatappliedincoatingpreparedbymicro—A120313wt%Ti02powder.Theassprayednano—Alz0313wt%TiOzcoatingexhibitedbetterresistancetosandabrasionandelectrochemicalcorrosion。indicatingthatnanostructuredA1203-13wt%Ti02coatingshowedbetterprotectiveperformances.Keywords:airplasmaspraying;nanostructuredA12—0313wt%Ti02coating;protectiveperformance万方数据
您可能关注的文档
- “离位”增韧复合材料准静态压入损伤特性研究.pdf
- “神舟七号”飞船舱外航天服防护头盔组件的研制.pdf
- “十二五”复合材料发展重点和方向解读.pdf
- “珠串”堆叠超结构的介孔铁酸锌的制备与表征.pdf
- (001)应变对正交相Ca2 P0.25 Si0.75能带结构及光学性质的影响.pdf
- 0.8设计系数用X80管线钢在近中性pH溶液中的应力腐蚀开裂行为.pdf
- 0.20mm CGO硅钢高温退火Goss晶粒起源及异常长大行为研究.pdf
- 0Cr16Ni5Mo低碳马氏体不锈钢的热变形行为及其热加工图.pdf
- 0Cr17Ni4Cu4Nb钢制螺钉断裂原因分析.pdf
- 1.5MW风机叶片模具加热工艺研究与技术创新.pdf
- 1.5MW风机叶片VARI工艺模拟分析及验证.pdf
- 2.5维机织复合材料低速冲击性能研究.pdf
- 2.25Cr-1Mo钢后续热处理中的磷偏聚行为.pdf
- 2A50锻铝三点弯曲试验与高分辨率CT成像分析.pdf
- 2A12与2A11铝合金超声波焊接工艺与组织研究.pdf
- 2MW风机复合材料叶片材料及工艺研究.pdf
- 3Cr2W8V模具钢激光表面相变硬化层性能的研究.pdf
- 3D打印技术及先进应用研究进展.pdf
- 3D打印技术研究现状和关键技术.pdf
- 5%鱼藤酮悬浮剂的研制.pdf
- 祥福铺
- 该用户很懒,什么也没介绍
相关文档
- “离位”增韧复合材料准静态压入损伤特性研究.pdf2021-11-235页
- “神舟七号”飞船舱外航天服防护头盔组件的研制.pdf2021-11-233页
- “十二五”复合材料发展重点和方向解读.pdf2021-11-232页
- “珠串”堆叠超结构的介孔铁酸锌的制备与表征.pdf2021-11-235页
- (001)应变对正交相Ca2 P0.25 Si0.75能带结构及光学性质的影响.pdf2021-11-236页
- 0.8设计系数用X80管线钢在近中性pH溶液中的应力腐蚀开裂行为.pdf2021-11-237页
- 0.20mm CGO硅钢高温退火Goss晶粒起源及异常长大行为研究.pdf2021-11-237页
