等离子喷涂制备纳米cr2o3涂层的研究

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1、摘要与传统微米级氧化铬（Cr2O3）涂层相比，纳米Cr2O3涂层具有更为优越的硬度和摩擦磨损性能。针对纳米Cr2O3涂层制备问题，本文在综述等离子喷涂Cr2O3涂层和纳米Cr2O3涂层研究进展的基础上，开展大气等离子喷涂纳米Cr2O3涂层的成套工艺研究，即在纳米Cr2O3粉体制备研究基础上，经喷雾干燥和热处理制成纳米Cr2O3团聚体，再经大气等离子喷涂制备纳米结构Cr2O3涂层，进而对涂层性能进行考察。本文研究内容主要如下：（1）采用低温氢还原烧结和机械球磨相结合的方法制备球形纳米Cr2O3粉末。采用正交设计原理考察机械球磨工艺，如球料比、球磨转速和球磨时间等对Cr2O3粉末粒径及

2、形貌的影响并得出较优的机械球磨工艺。所制Cr2O3粉末平均粒径在60～120nm之间，外形呈球3状，松装密度为1.21g/cm，具有良好的结晶性能。（2）为解决纳米粉体不能直接进行等离子喷涂问题，采用喷雾干燥造粒法及热处理工艺对纳米Cr2O3粉末进行处理，以制得适合喷涂用的纳米Cr2O3团聚体。在考察料浆固含量、黏结剂、减水剂及喷雾干燥机工作参数（进风温度、风机功率、进料速率）等因素对纳米Cr2O3团聚体形貌影响的基础上，确定较优的喷雾干燥造粒工艺。基于此，对纳米Cr2O3团聚体热处理工艺进行研究，得出合理的烧结制度。所制纳米Cr2O3团聚体平均粒径为50µm33左右，外形呈球状，

3、松装密度为1.67g/cm，振实密度为2.37g/cm，流动性为48.5s/50g，具有良好可喷性。（3）在纳米Cr2O3及其团聚体成功制备的基础上，采用正交实验法考察并分析等离子喷涂工艺参数（电弧电流、氩气流量、电压、喷涂距离）对纳米Cr2O3涂层硬度、孔隙率及耐磨损性能的影响，确定了大气等离子喷涂纳米Cr2O3涂层较优工艺，进而对等离子喷涂纳米Cr2O3涂层的磨损机理进行分析。关键词：等离子喷涂；纳米氧化铬涂层；喷雾干燥；烧结；耐磨性能IAbstractThehardnessandwearresistanceofnano-sizedchromeoxide(Cr2O3)coati

4、ngaresuperiortothoseofmicro-sizedCr2O3coating.Aimedtothepreparationnano-sizedCr2O3coating,thestudyonacompleteprocesshasbeendevelopedonthebasisofthesummarizedresearchprogressofplasmaspraymicro-sizedCr2O3coatingandnano-sizedCr2O3coating.Inthecompleteprocess,nano-sizedsphericalCr2O3powderwasfirst

5、lypreparedandtheagglomeratedpowderofnano-sizedCr2O3wasthenachievedbysprayprillingandsinteringandnano-sizedCr2O3coatingisfabricatedbyairplasmaspray(APS)eventually.Theperformanceofthecoatingwasfurtherstudied.Themainsubjectsinthisdissertationareasfollows:(1)Low-temperaturehydrogen-reductionsinter

6、ingmethodandmillingtechniquewerecombinedtopreparethenano-sizedsphericalCr2O3powder.Orthogonalexperimentswereconductedtoexploretheeffectoftheweightratioofballtopowder,themillingspeedandthemillingtimeonthesizeandmorphologyofCr2O3powder.Themillingtechniquewasalsooptimized.Theparticlesizeofthesphe

7、ricalCr2O3powderproductsofgoodcrystallizationis3between60nmand120nmandtheapparentdensityisdeterminedasabout1.21g/cm.(2)Thespraydringtechniqueandactivatedsinteringmethodwereusedtopreparetheagglomeratedpowderofnano-sizedCr2O3,becausethena