反应等离子喷涂Fe/Al2O3/FeAl2O4复合涂层组织特征及结晶机理分析

论文摘要

本文使用喷雾造粒法制备适合等离子喷涂的复合粉体，利用等离子喷涂设备制备具有纳米结构的金属/陶瓷复合涂层。实验中，对复合涂层的显微结构、物相组成进行了检测和分析，同时研究了复合涂层中各物相的组织特征及结晶机理。首先，将Fe2O3和Al微米级的原始粉末经过配比、混合、喷雾造粒、筛分等一系列过程制备收集流动性好、尺寸分布窄、颗粒圆整度好的Al/Fe2O3复合粉体。其次，通过等离子喷涂设备复合粉体送入等离子焰流，引燃自蔓延反应，在基体制备一层复合涂层。涂层具有明显的层状结构，层间距较小，由平行于基体表面的层状灰色相和黑色相相间分布构成了涂层的主体，白色颗粒弥散分布在涂层中，其中灰色相为FeAl2O4，黑色相为Al2O3，白色颗粒为金属Fe和少量FeAl合金。弥散分布的韧性Fe颗粒能有效的遏制裂纹扩展，提高涂层的断裂韧性。通过腐蚀试验，利用SEM、EDS、XRD等测试仪器检测涂层腐蚀后的形貌、物相等，得出以下结论：1在整个等离子喷涂过程中系统一直处于非平衡状态，复合涂层中FeAl2O4相主要以柱状晶和等轴晶形态存在，并且有耐腐蚀的致密区和相对易腐蚀区。柱状晶中由于偏析导致心部和边缘Fe含量不同。柱状晶位于每层的底部，等轴晶位于底部柱状晶和致密区之间。2复合涂层中大部分的Fe相体积较小，呈球状颗粒分布；少部分Fe聚集，体积较大，呈扁平状挤压于灰色相或黑色相之间。在飞行、击打到基体的过程中Fe液会融合其他相小液滴，腐蚀后出现不同坑内形貌。3合涂层中Al2O3相有两种存在形式：结晶成颗粒和与FeAl2O4形成伪共晶。Al2O3颗粒为球形，一般体积较大；与FeAl2O4形成伪共晶的Al2O3为50～150纳米的小颗粒。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 表面工程概况
• 1.2 热喷涂技术概况
• 1.3 SHS 反应热喷涂技术概况
• 1.4 金属/陶瓷复合涂层
• 1.5 尖晶石类涂层的研究进展
• 1.5.1 尖晶石的概述
• 1.5.2 铁铝尖晶石及合成方法
• 2O₃/FeAl₂O₄复合涂层的组织性能'>1.6 等离子喷涂Fe/Al₂O₃/FeAl₂O₄复合涂层的组织性能
• 1.7 课题意义及研究内容
• 1.7.1 课题研究意义
• 1.7.2 主要研究内容
• 第二章 实验材料、设备及方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验设备
• 2O₃/FeAl₂O₄复合涂层的制备'>2.3 反应等离子喷涂Fe/Al₂O₃/FeAl₂O₄复合涂层的制备
• 2.3.1 复合粉体的制备
• 2.3.2 喷涂工艺参数
• 2.4 复合涂层检测样品的制备
• 2.4.1 金相试样的制备
• 2.4.2 腐蚀试样的制备
• 2.5 复合涂层的表征方法
• 2.5.1 复合涂层物相组成（XRD）分析
• 2.5.2 复合涂层显微结构（SEM）分析
• 2.6 复合涂层的结晶研究
• 2O₃/FeAl₂O₄ 复合涂层的显微组织结构'>第三章 Fe/Al₂O₃/FeAl₂O₄复合涂层的显微组织结构
• 3.1 复合涂层的表面形貌及物相分析
• 3.2 复合涂层的横截面形貌
• 3.3 复合涂层的表面腐蚀形貌
• 3.4 复合涂层的横截面腐蚀形貌
• 3.5 本章小结
• 2O₃/FeAl₂O₄复合涂层中FeAl₂O₄ 的形貌及形成分析'>第四章 Fe/Al₂O₃/FeAl₂O₄复合涂层中FeAl₂O₄的形貌及形成分析
• 2O₄相的宏观结晶形貌'>4.1 复合涂层中FeAl₂O₄相的宏观结晶形貌
• 2O₄相的组织特征'>4.2 复合涂层中FeAl₂O₄相的组织特征
• 4.2.1 边缘易腐蚀的柱状晶
• 4.2.2 心部易腐蚀的柱状晶
• 4.2.3 等轴晶
• 2O₄相结晶机理'>4.3 复合涂层中FeAl₂O₄相结晶机理
• 4.4 本章小结
• 2O₃/FeAl₂O₄ 复合涂层中Fe 的形貌及形成分析'>第五章 Fe/Al₂O₃/FeAl₂O₄ 复合涂层中Fe 的形貌及形成分析
• 5.1 复合涂层中Fe 相的宏观结晶形貌
• 5.2 复合涂层腐蚀后Fe 相区域的形貌及物相分析
• 5.3 本章小结
• 2O₃/FeAl₂O₄复合涂层中Al₂O₃ 的形貌及形成分析'>第六章 Fe/Al₂O₃/FeAl₂O₄复合涂层中Al₂O₃的形貌及形成分析
• 2O₃相的宏观结晶形貌'>6.1 复合涂层中Al₂O₃相的宏观结晶形貌
• 2O₃相的形貌及物相分析'>6.2 复合涂层被腐蚀后Al₂O₃相的形貌及物相分析
• 2O₃相的结晶机理'>6.3 Al₂O₃相的结晶机理
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢