热喷涂纳米陶瓷涂层的应用

《热喷涂纳米陶瓷涂层的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、热喷涂纳米陶瓷涂层的应用摘要:采用热喷涂技术制备纳米结构涂层是构筑纳米结构材料最具前途的方法之一,本文综述了热喷涂陶瓷涂层材料的性能、制备方法及应用方面的研究现状，并对热喷涂纳米陶瓷涂层面临的问题及研究的发展趋势进行了讨论。关键词:陶瓷涂层;热喷涂;应用1热喷涂方法概述纳米材料和技术是纳米科技领域最富有活力、研究内涵十分丰富的学科分支。纳米材料具有许多传统材料不具备的奇异特性，有十分广阔的应用前景，引起了材料科学研究者的极大兴趣[1]。纳米陶瓷涂层是继有机树脂涂层、金属及合金涂层之后涌现出来的一大类无机非金属涂层的总称[2],随着宇航、电了、军工等尖端科学技

2、术的发展，近半个世纪以来特别是20世纪90年代以来，得到了持续高速的发展⑶。据报道，美国在20世纪90年代以来,陶瓷涂层的应用年增长率在12%以上[4]o这表明在先进发达国家，陶瓷涂层高科技技术已成为一个新兴产业。热喷涂是一项发展迅速的表面强化新工艺新技术，它是通过专用的技术装备，将所需的金属、非金属材料加热至熔化或半熔融状态，并随高速焰流的细微粒子沉积于经过预先制备的基体表面以形成涂层。采用热喷涂技术制备纳米结构涂层是构筑纳米结构材料最具前途的方法之一[5]。该技术通过开发特殊的纳米结构喂料，采用热喷涂技术工艺，在基体表面构筑具有纳米结构材料特征的涂层体系

3、，以期改善和强化材料的表曲性能。与其它技术相比，热喷涂方法制备纳米结构涂层的主要优点是:工艺简单、涂层和基体选择范围广、涂层厚度变化范围大、沉积效率高，以及容易形成复合涂层等。而用热喷涂方法制备的纳米陶瓷涂层在力学、摩擦学等方面的性能得到了一定程度的提高，但与真正的纳米结构材料尚有很大差距[6]o2陶瓷涂层材料陶瓷涂层材料是决定陶瓷涂层性能和功能的基础[7]o只有对涂层材料有比较完整、系统、全面、深刻的认识和理解，才能优选出合适的涂层材料种类，满足喷涂工艺和涂层功能的使用要求。陶瓷涂层材料应满足下列耍求:耐高温腐蚀、热导率低、热稳定性好、耐蘑损、热膨胀系数与

4、金属基体或粘结层材料相近[8]。目前常用的氧化物涂层材料有A1203E9],TiO2[9]、ZrO2[10]和Cr203[ll],碳化物涂层材料有WC[⑵和Cr2C3[13]o英中Zr02的熔点高、热导率低、热膨胀系数小，应用更为广泛。不论是A1203还是Zr()2,都存在多种结构,在陶瓷经历温变时会发生相转变。因此，实际应用屮的TBC陶瓷都加入了一定量的稳定剂(用作稳定剂的氧化物有CaO.MgO、Y203等)。碳化餌(WC)是制造硬质合金的主要原材料，有很高的显微硬度。常用WC涂层的粉末有WC8%Co、WC12%Co、WC17%Co等。在WC中加不同比例的

5、钻主要是起粘结作用，以增加涂层的韧性，同时防止喷涂过程中碳的烧损。碳化珞（Cr2C3）硬度高，有良好的抗高温氧化和耐磨性能，使用温度高达800°Co一般Cr2C3与Ni-Cr合金混合使用，主要用于高温磨损部位。3热喷涂方法分类热喷涂方法有很多种，根据热源分类，主要有火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂和特种喷涂四种基本方法。各种喷涂方法的特点归纳于表lo3.1火焰喷涂[14]火焰喷涂是以氧-燃料气体火焰作为热源的喷涂方法。燃料气体包括乙烘（燃烧温度3260°C）、氢气（燃烧温度2871°C）、液化石油气（燃烧温度2500°C）和丙烷（燃烧温度3100°C）等。乙块

6、与氧结合产生的火焰温度最高,所以氧-乙烘火焰喷涂是目前应用最广的火焰喷涂方法。虽然由于它的喷涂效率高于粉末喷涂，在使用屮占有一定的地位，但因其喷出的熔滴大小不均，使涂层的结构也不均匀，孔隙度也大，且拉丝造棒的成形工艺受到限制。因此对火焰喷涂，目前仍大量使用火焰粉末喷涂。图1和图2分别是火焰粉末喷涂的典型装置与原理。但火焰喷涂也存在明显不足，通常的火焰粉末喷枪，由于喷岀的颗粒速度较大，火焰温度较低，因此，涂层的粘结强度及涂层本身的综合强度都比较低,且比其他喷涂方法得到的气孔率都高。近年来，火焰塑料喷涂技术发展很快，对有些要求耐腐蚀性强、使用条件苛刻的化工设备和

7、容器，金属喷涂层因有微孔是不适宜的，故对于使用温度在80°C（或120°C）以下的零件防腐,采用塑料粉末喷涂为好。3.2电弧喷涂[15]电弧喷涂是以电弧为热源的热喷涂技术。与火焰喷涂相比，具有喷涂结合强度高（一般为火焰喷涂的2.5倍）、喷涂效率高（比火焰喷涂提高2-6倍）、能源利用率高、安全性高等优点。目前主要用于金属丝材的喷涂,近几年也有人试用管状丝材填充合金粉末（粉芯丝材）喷涂粉材。美国D.G.Atteridge和M.Becker等人进行了双丝电弧喷涂（TWAS）纳米结构涂层的研究工作，其中外皮和芯材料的体积比为1:1,喷涂粉芯丝材的电压要比喷涂实心丝材

8、时低。他们作了3种不同WC-Co含量的涂层，该纳米结