AZ31B合金热喷涂陶瓷涂层制备工艺及性能研究

论文摘要

利用机械研磨法和团聚法制备喷涂复合粉末,采用普通热喷涂技术,自蔓延（SHS）反应热喷涂技术和热化学反应热喷涂技术,在镁合金AZ31B表面制备普通热喷涂陶瓷涂层、反应热喷涂陶瓷涂层和热化学反应热喷涂陶瓷涂层。利用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）等设备和手段分析了喷涂复合粉末和复合陶瓷涂层的组成及形貌,并对涂层的热震性能、致密性、显微硬度、耐磨性、耐蚀性等进行测试。结果表明,反应热喷涂陶瓷涂层和热化学反应热喷涂陶瓷涂层表面陶瓷粒子熔化较为充分,涂层与基体结合紧密,界面处Mg元素有明显扩散。反应热喷涂层中生成TiB2、MgAl2O4等新相,热化学反应热喷涂层制备过程中伴随热化学反应的发生,涂层中生成Al3.21Si0.47、MgAl2O4、Mg3.5Al9Si1.5O20等新相。两种陶瓷涂层的热震次数可达47次和37次,清漆封孔后,孔隙率接近0%,致密性达到好,最大显微硬度值达1224 HV0.1和1016 HV0.1,耐磨性和耐蚀性远高于镁合金基体。涂层热震性能、致密性、显微硬度、耐磨性和耐蚀性明显优于普通热喷涂陶瓷涂层。两种喷涂粉末制备工艺下制备的涂层来看,团聚法制备的喷涂复合粉末经12 h球磨有化学反应发生,粉末呈球形及少量片状,造粒后形成相互包覆的球形结构,更有利于在喷涂过程中陶瓷粒子的充分反应,形成高质量的陶瓷涂层。采用团聚法制备的陶瓷涂层比机械研磨法生成了更多的新相,涂层的熔化更加充分,表现出更好热震性、致密性、耐蚀性和耐磨性。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 陶瓷涂层技术及发展状况
• 1.1.1 金属基陶瓷涂层特点
• 1.1.2 热喷涂陶瓷涂层技术
• 1.1.3 自蔓延（SHS）反应热喷涂技术
• 1.1.4 热化学反应热喷涂技术及其获得涂层特点
• 1.2 镁合金表面技术研究现状
• 1.2.1 镁及其合金性能特点
• 1.2.2 镁合金的应用
• 1.2.3 镁合金表面涂层技术
• 1.2.4 镁合金热喷涂陶瓷涂层技术
• 1.3 本试验研究目的、意义及研究内容
• 2 试验材料、设备及方法
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 基体材料
• 2.1.2 陶瓷涂层材料
• 2.1.3 试验原料
• 2.2 试验设备
• 2.3 喷涂设备
• 2.3.1 粉末火焰喷涂系统
• 2.3.2 粉末火焰喷枪的原理与结构
• 2.4 喷涂复合粉末制备及表征
• 2.4.1 机械研磨法制备喷涂复合粉末
• 2.4.2 团聚法制备喷涂复合粉末
• 2.4.3 喷涂粉末的表征
• 2.5 陶瓷涂层的制备
• 2.6 陶瓷涂层检测
• 2.6.1 陶瓷涂层形貌分析
• 2.6.2 陶瓷涂层物相结构分析
• 2.6.3 陶瓷涂层孔隙率测量
• 2.6.4 陶瓷涂层热震性能测试
• 2.6.5 陶瓷涂层显微硬度测试
• 2.6.6 陶瓷涂层磨损性能测试
• 2.6.7 陶瓷涂层腐蚀性能测试
• 3 机械研磨法制备喷涂粉末陶瓷涂层试验结果及分析
• 3.1 喷涂材料配比与分析
• 3.1.1 普通喷涂材料配比与分析
• 3.1.2 反应热喷涂材料配比与分析
• 3.2 陶瓷涂层形貌分析
• 3.3 陶瓷涂层物相分析
• 3.4 陶瓷涂层致密性
• 3.5 陶瓷涂层热震性能
• 3.6 陶瓷涂层腐蚀性能
• 3.6.1 5%醋酸溶液浸泡腐蚀
• 3.6.2 3.5%氯化钠溶液浸泡腐蚀
• 3.7 小结
• 4 团聚法制备喷涂粉末陶瓷涂层试验结果及分析
• 4.1 喷涂材料配比与分析
• 4.1.1 普通喷涂材料配比与分析
• 4.1.2 反应热喷涂材料配比与分析
• 4.1.3 热化学反应喷涂材料配比与分析
• 4.2 喷涂复合粉末的表征
• 4.2.1 粉末原材料形貌
• 4.2.2 复合粉末球磨后形貌
• 4.2.3 球磨后复合粉末粒度分析
• 4.2.4 球磨后复合粉末物相分析
• 4.2.5 复合粉末造粒后形貌
• 4.3 陶瓷涂层表面及界面特征分析
• 4.3.1 陶瓷涂层形貌分析
• 4.3.2 陶瓷涂层界面能谱线扫描分析
• 4.3.3 陶瓷涂层界面处能谱面扫描分析
• 4.4 陶瓷涂层物相分析
• 4.5 陶瓷涂层界面区硬度分布
• 4.6 陶瓷涂层致密性
• 4.7 陶瓷涂层热震性能
• 4.8 陶瓷涂层腐蚀性能
• 4.8.1 5%醋酸溶液浸泡腐蚀
• 4.8.2 3.5%氯化钠溶液浸泡腐蚀
• 4.9 陶瓷涂层磨损性能
• 4.9.1 陶瓷涂层磨粒磨损性能
• 4.9.2 陶瓷涂层粘着磨损性能
• 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集