喷涂距离对等离子喷涂Al2O3陶瓷涂层结构性能的影响

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1、设计·工艺2017年8月第4期喷涂距离对等离子喷涂Al2O3陶瓷涂层结构性能的影响李力（北京动力机械研究所，北京100074）摘要：采用等离子喷涂技术制备了Al2O3陶瓷涂层，喷涂距离分别为90mm、105mm和120mm。利用XRD、SEM对涂层的微观结构进行了表征，并分析了涂层的力学性能和绝缘性能。结果表明，涂层相结构主要为γ-Al2O3，随喷涂距离的增大，涂层中孔隙率增大，涂层的显微硬度和结合强度性能降低，绝缘性能也降低。关键词：等离子喷涂；氧化铝涂层；喷涂距离；力学性能；绝缘性能InfluencesofS

2、prayDistancesonMicrostructureandPropertiesofAluminaCoatingsLiLi(BeijingPowerMachineryResearchInstitute,Beijing100074)Abstract：TheAl2O3coatingsarepreparedbyusingatmosphereplasmasprayingatdifferentspraydistances;thedistancesare90mm,105mmand120mmspecula.Thecoati

3、ngs’microstructureischaracterizedbyXRDandSEM,andthemechanicalperformanceandinsulationpropertyareanalyzed.Theresultsshowthatthephaseofthecoatingsismainlyγ-Al2O3,theporosityratioincreasedwithincreasingspraydistances,themicrohardnessandbondingstrengthdecreased,a

4、ndtheinsulationpropertyalsodecreased.Keywords：plasmaspraying；Al2O3coating；spraydistance；mechanicalperformance；insulationproperty1引言A12O3涂层还具有良好的抗磨、耐热和耐腐蚀等性能。目前，一般采用等离子喷涂制备A12O3绝缘涂层。电机轴承的“电蚀”问题导致轴承磨损失效，不许多研究者开展了喷涂工艺参数、基体温度和粉末粒仅增加维修成本，造成经济损失，而且不安全。解决径等对Al2O3涂层的

5、显微结构和性能的影响研究。但电蚀的主要问题是采用陶瓷喷涂绝缘轴承。近年来，是，关于喷涂距离如何影响涂层的显微结构和力学性国际上一些大的轴承厂商开始推出绝缘轴承产品，如能、绝缘性能的报道还甚少。本文研究了喷涂距离对SKF公司的INSOCOAT轴承产品、奥地利NKE公司涂层组织结构和性能的影响。的电绝缘滚动轴承，陶瓷氧化物绝缘具有至少1000V直流或交流电压的耐压强度，但价格昂贵。国内几大2实验轴承厂都在开发这种绝缘轴承，但处于试验阶段，还[1]没有在市场上推出正式产品。2.1涂层制备Al2O3陶瓷介电常数大，体积电

6、阻率大，介质损耗喷涂设备为SulzerMetco公司生产的MultiCoat大小，耐热冲击强度大，具备绝缘材料所有的良好性能。气等离子喷涂系统，主要由ABB机械手、F4等离子喷枪、Twin120送粉器、PCC控制柜和电源柜组成。因此，常采用A12O3作为绝缘轴承涂层材料。此外，作者简介：李力（1973），高级工程师，机械制造工艺与装备专业；研究方向：发动机制造技术与管理。收稿日期：2017-05-2452设计·工艺航天制造技术46基体材料为GCr15轴承钢，喷涂粉末采用北京矿冶研有的冷却速度较高（陶瓷粒子一般达到

7、10～10℃/s），究总院研制的Al2O3，牌号为KF-240F，粉末粒度为非平衡快速结晶凝固。涂层中出现了大量的γ-Al2O3，(-45+20)μm。喷涂前采用白刚玉砂对轴承钢基体表面而喷涂粉末自身则为稳定的α-Al2O3。α-Al2O3为稳定进行喷砂处理，并制备NiAl底层以提高陶瓷涂层与基的三方晶结构，γ-Al2O3为准稳态的立方晶结构。一般体的结合强度。底层金属粉末采用沈阳金属研究所研而言，熔融的Al2O3在冷却阶段，由于γ-Al2O3的核形制的Ni20Al，粉末粒度为(-109+53)μm。涂层结构为：

8、成壁垒能量低于α-Al2O3，因此，会发生α-Al2O3向0.1mm底层+0.2mm面层。具体喷涂工艺参数如表1γ-Al2O3的转变。所示。喷涂距离为90mm、105mm、120mm条件下制备的涂层分别标记为A1、A2和A3涂层。表1大气等离子喷涂氧化铝涂层工艺参数工艺参数设定值电流/A600氩气流量/NLPM38氢气流量/NLPM13转盘速度/%20载气流量/NLPM5