电弧喷涂制备金属基陶瓷复合涂层及其性能研究

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1、摘要陶瓷涂层具有较大的发展前景，将其耐高温、耐磨损、耐腐蚀等特性与金属材料的强韧性、可加工性、导电导热等结合起来，在航空航天、能源、电子、材料等高科技领域会有广泛的应用前景。当前制备陶瓷涂层的方法很多，主要有化学气相沉积、物理气相沉积、脉冲电极沉积和热喷涂方法，热喷涂方法占了很大比例，其中采用电弧喷涂的方法制备金属基陶瓷复合涂层，粉芯线材调节成分简单，价格低廉，克服了HVOF和等离子喷涂成本高，不易现场操作的不足。本文制备了含碳化物、氧化物和纳米改性粉末的粉芯线材，并对电弧喷涂陶瓷复合涂层的性能进行了较系统深入地研究。

2、通过测试涂层的表面洛氏硬度、结合强度、高温氧化性能、磨粒磨损性能、热震性能和孔隙率，以及对涂层进行光学显微、X射线衍射分析，研究了粉芯线材组成对涂层性能的影响，结果表明：(1)电弧喷涂含Cr3C2+Ni的粉芯线材，当Ni含量在25％时涂层结合强度最高，达48MPa，但经x射线衍射喷涂层中没有Cr3C2陶瓷相。(2)电弧喷涂含A1203、Ti02的粉芯线材，Ti02可以提高涂层的致密度、结合强度，随着NiCr-Cr3C2的加入，涂层表面洛氏硬度HR30N由45增加到62，并且经x射线衍射涂层中含有m203和Ti02陶瓷相

3、。(3)本文最后电弧喷涂含纳米颗粒化的粉芯线材，并与常规涂层进行了对比，发现添加纳米颗粒化的涂层的表面洛氏硬度变化不大，但涂层的结合强度是常规涂层的1．5倍。(4)采用SpmyWatch对电弧喷涂过程中粒子的行为进行了测试，发现喷涂过程中，粒子温度在1600-2800"C之间，粒子速度最高可达325m／s，这为更好的解释电弧喷涂纳米改性陶瓷复合涂层性能的提高提供了依据。关键词电弧喷涂；陶瓷复合涂层；涂层特性；纳米改性AbstractCeramiccoa血gisofgreatdevelopmentprospect．Cer

4、amiccoatingshowsaextensiveapplicationsinmanyhightechnologyfieldsincludingaviation、spaceflight、energy、electron、materialsereifwecombineitswear、hightemperatureoxidationandcorrosionresistance、而tllductility、workability、conductionandheatconductionofmetalmamfiM．Atprese

5、nt，mainpreparationmethodsforceramiccoatinghavebeencommonlyused，chemicalvapordeposition(CVD)，physicalvapordeposition(PVD)，impulseelectrodedeposmonandthermalspraying．Thermalsprayingisanimportantsurfaceengineeringtechnology．Arcsprayingisabranchofthermalsprayingteel

6、mologiesandhastheadvantagesof、Ⅳidescopeofadjustingchemicalcompositions，lowprice，convenienceoffield—work，compared谢mplasmasprayingandHVOEThispaperstudiedonpropertiesofcarbideceramiccompositecoatings，oxidecompositecoatingsandnanostructumdcoatings．SurfaceRockwellhar

7、dness、bondingstrength、hightemperatureoxidation、wear、themalshockandporosityofthecoatingsweretested．ThemicrostructureofarcsprayedceramiccompositecoatingsWasinvestigatedbyX-ray(XRD)，micrographs，scanningelectronmicroscopy(SEM)andenergyspectrum．Theeffectsofcompositio

8、nincoredwireonpropertiesofthecoatingsWasstudied。Theresultsshowed：(1)WhencontainningCr3C2+Nicoredwiresweresprayed．themaxbondingstrengthofthecoatingV船48MPawithaoptimalN