等离子喷涂制备功能梯度涂层的研究

论文摘要

复合涂层技术已在诸多领域得到了广泛的应用。然而,由于不同种材料（特别是陶瓷与金属材料）在物理性能上的差异,会使涂层产生较大的内应力,从而使涂层的结合强度下降,解决的方法之一就是采用梯度涂层。但是,在大气中喷涂时由于空气的氧化和氮化作用,将使涂层形成大量的孔隙、疏松等缺陷,导致梯度涂层质量降低。本文利用氩气保护喷涂过程,采用等离子喷涂的方法,以Ni-Cr-B-Si为梯度过渡材料,在Q235钢基体上分别制备了Ni-Cr-B-Si/Cu-Al-Ni和Ni-Cr-B-Si/ Al2O3梯度涂层,通过SEM、EDS、XRD等手段对梯度涂层进行检测,研究了等离子喷涂梯度涂层的微观结构、成分分布以及涂层的相组成,测试了陶瓷梯度涂层的显微硬度、结合强度、抗热震性能、孔隙率和密度等性能,对比了两种喷涂气氛下制备梯度涂层的性能差异。实验结果表明,Ni-Cr-B-Si/Cu梯度涂层和Ni-Cr-B-Si/Al2O3陶瓷梯度涂层的组织在宏观上表现出不均匀性,在微观上表现为连续性分布,层与层之间不存在明显的界面。Ar中制备的陶瓷梯度涂层组织没有明显的偏聚区,亮白色的Al2O3成小块状、较均匀的分布,致密度高。大气中陶瓷梯度涂层的Al2O3聚集成大块团状,周围形成大量孔隙、缩松。由于合金元素较多,涂层的相组成较复杂。在Ar中制备的陶瓷梯度涂层的结合强度和抗热震性能明显优越于大气中涂层和非梯度涂层。涂层的显微硬度随Al2O3含量的增多而上升,但是当Al2O3相含量达到100%时,显微硬度有所下降。Ar中陶瓷梯度涂层的显微硬度总体上高于大气中涂层。Ar中陶瓷梯度涂层的致密度非常高,孔隙率仅为2.77%,其密度也达到了5.62 g·cm-3。研究结果表明,在可控气氛中采用等离子喷涂的方法制备梯度涂层替代传统大气喷涂制备梯度涂层,可以显著地提高涂层的质量,具有理论指导意义和实用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 功能梯度材料
• 1.2.1 功能梯度材料的概念
• 1.2.2 功能梯度材料的设计
• 1.2.3 功能梯度材料的制备
• 1.2.4 功能梯度材料的应用与发展
• 1.3 等离子喷涂技术
• 1.3.1 等离子喷涂的基本原理
• 1.3.2 等离子喷涂的特点
• 1.3.3 等离子喷涂的工艺参数
• 1.4 可控气氛等离子喷涂技术
• 1.5 课题的研究目的及内容
• 1.5.1 课题的研究目的
• 1.5.2 课题的研究内容
• 1.6 课题研究的技术路线
• 第二章 实验设备、材料与方法
• 2.1 实验设备
• 2.1.1 等离子喷涂系统
• 2.1.2 可控气氛装置系统
• 2.2 实验材料及涂层成分配比
• 2.3 梯度涂层的制备工艺
• 2.4 梯度涂层金相试样的制备
• 第三章 Ni-Cr-B-Si/Cu-Al-Ni 梯度涂层的组织 与结构分析
• 3.1 Ni-Cr-B-Si/Cu-Al-Ni 梯度涂层的结构和成分分布
• 3.2 Ni-Cr-B-Si/Cu-Al-Ni 梯度涂层的组织形貌
• 2O₃梯度涂层的显微组织 与结构分析'>第四章 Ni-Cr-B-Si/Al₂O₃梯度涂层的显微组织 与结构分析
• 2O₃ 梯度涂层的结构和成分分布'>4.1 Ni-Cr-B-Si/Al₂O₃梯度涂层的结构和成分分布
• 2O₃ 梯度涂层的显微组织形貌'>4.2 Ni-Cr-B-Si/Al₂O₃梯度涂层的显微组织形貌
• 2O₃ 梯度涂层的相组成'>4.3 Ni-Cr-B-Si/Al₂O₃梯度涂层的相组成
• 2O₃梯度涂层的性能分析'>第五章 Ni-Cr-B-Si/Al₂O₃梯度涂层的性能分析
• 2O₃ 梯度涂层的显微硬度'>5.1 Ni-Cr-B-Si/Al₂O₃梯度涂层的显微硬度
• 5.1.1 涂层显微硬度的测试方法
• 5.1.2 实验结果与分析
• 2O₃ 梯度涂层的结合强度'>5.2 Ni-Cr-B-Si/Al₂O₃梯度涂层的结合强度
• 5.2.1 涂层结合强度的测试方法
• 5.2.2 实验结果与分析
• 2O₃ 梯度涂层的抗热震性能'>5.3 Ni-Cr-B-Si/Al₂O₃梯度涂层的抗热震性能
• 5.3.1 涂层抗热震性能的测试方法
• 5.3.2 实验结果与分析
• 2O₃ 梯度涂层的孔隙率'>5.4 Ni-Cr-B-Si/Al₂O₃梯度涂层的孔隙率
• 5.4.1 涂层孔隙率的测试方法
• 5.4.2 实验结果与分析
• 2O₃ 梯度涂层的密度'>5.5 Ni-Cr-B-Si/Al₂O₃梯度涂层的密度
• 5.5.1 涂层密度的测试方法
• 5.5.2 实验结果与分析
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢