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梯度功能復(fù)合涂層

2016/10/26 23:21:24    作者:鴻罡

采用熱噴涂技術(shù)制備的涂層,其結(jié)構(gòu)分為單層結(jié)構(gòu)、雙層結(jié)構(gòu)、多層結(jié)構(gòu)和梯度結(jié)構(gòu)四種。在許多實際應(yīng)用中,當(dāng)所選用的構(gòu)件材料與能夠滿足外部惡劣環(huán)境要求的涂層材料之間存在很大的物理性能差別時,采用梯度功能復(fù)合涂層可以在兩者之間實現(xiàn)良好的過渡,以保護(hù)構(gòu)件免受外部惡劣服役環(huán)境如高溫、腐蝕、磨損以及沖蝕等條件的作用。

      在各種熱噴涂工藝方法中,等離子噴涂工藝方法有其自身突出的特點:等離子焰流溫度高、熱量集中,能熔化所有的高熔點物質(zhì),除了在高溫下發(fā)生分解或氣化的材料之外,通過適當(dāng)調(diào)節(jié)噴涂工藝,都可以對其進(jìn)行噴涂。在噴涂過程中,通過采取恰當(dāng)?shù)睦鋮s措施,零件基本保持無變形,不改變基體材料的原有性能。適合等離子噴涂的材料非常廣泛,得到多種性能的噴涂層,如耐磨涂層、防腐涂層、隔熱涂層、高溫抗氧化涂層、導(dǎo)電涂層、絕緣涂層、電磁屏蔽涂層等。
      因此,在噴涂過程中通過預(yù)先控制兩種或多種材料的混合比例,就可以實現(xiàn)兩種或多種成分之間的連續(xù)變化,等離子噴涂法成為制備梯度功能材料(簡稱FGM)的重要方法之一。
      采用等離子噴涂法制備梯度功能復(fù)合涂層的方法分兩種,一種是單槍法,即在制備涂層過程中只使用一把等離子噴槍;另一種是雙槍法,即在制備涂層過程中要使用兩把等離子噴槍。根據(jù)不同的噴涂特征可將其分為如表所示的六種方法。


等離子噴涂制備梯度功能復(fù)合涂層方法

方法分類

特征描述

單槍法

單路送粉

混合送粉法

預(yù)先按比例將粉末混合均勻

輪流沉積法

控制每層厚度,輪流沉積

雙路送粉

180o

相對法

兩送粉管處在一條線

錯位法

兩送粉管處錯開一條距離

交叉法

兩送粉管呈之間呈銳角相交

雙槍法

使用兩把等離子噴槍

在采用單槍法噴涂梯度功能復(fù)合涂層時,要注意控制兩種成分的飛行軌跡盡可能保持一致,以形成相同的束斑,否則,兩種材料不會沉積在相同位置,出現(xiàn)富集區(qū),甚至形成不均勻帶狀結(jié)構(gòu),這將嚴(yán)重影響梯度功能復(fù)合涂層的各項性能。當(dāng)兩種材料的性質(zhì)相差較大時,采用單槍法很難獲得性能優(yōu)良的梯度功能復(fù)合涂層,最好采用雙槍法,每一種材料用各自的噴槍進(jìn)行噴涂,并可以獨立地進(jìn)行噴涂參數(shù)的優(yōu)化,在實際中經(jīng)常采用該方法。
      在采用熱噴涂法制備梯度功能復(fù)合涂層中,研究最多的是采用等離子噴涂制備熱障涂層,即NiCrAlY/ZrO2系梯度功能復(fù)合涂層,被研究的其它體系包括:Cu/W、Cu/B4C、Ni/Al2O3-Cr2O3、NiCrBSi/Ni包Cr3C2、Mo/TiC、Ni包Al/Al2O3、Ni/Al2O3、Co包WC/Ni-Cr、Co包WC/聚酰亞胺、梯度Hap生物涂層以及孔隙呈梯度分布的Ti涂層等。需要說明的是,上述梯度功能復(fù)合涂層均不是嚴(yán)格意義上的梯度結(jié)構(gòu),而只是多層階梯結(jié)構(gòu)。


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