等離子噴涂Al-,2-O-,3-與ZrO-,2-及其復(fù)合涂層的耐磨性能研究.pdf

1、本文利用大氣等離子噴涂技術(shù)(APS)在20g鋼表面分別制備了NiCoCrAlY,ZrO2，Al2O3以及ZrO2-Al2O3復(fù)合涂層，采用X射線衍射(XRD)、電子探針(EPMA)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)等檢測方法研究了涂層的微觀組織結(jié)構(gòu)、表面形貌及耐磨性，并探討了涂層的耐磨機(jī)制。 試驗(yàn)表明，等離子噴涂NiCoCrAlY涂層主要由γ-Ni基固溶相、Ni3Al、NiAl相和部分非晶相組成。涂層中存在Ni

2、3Al有利于提高涂層的高溫性能，非晶組織分布在晶界處有利于提高涂層的強(qiáng)度。涂層內(nèi)部存在微晶區(qū)域和柱狀晶組織，這有利于提高涂層的整體力學(xué)性能和抗熱震性能。涂層組織呈典型的層狀結(jié)構(gòu)，存在少量裂紋和孔隙等缺陷。涂層內(nèi)部元素分布基本均勻，只有Al元素在噴涂過程中易被優(yōu)先氧化，在涂層中的片層間形成氧化物膜。涂層與基體之間結(jié)合良好。NiCoCrAlY涂層的顯微硬度不高，大約378HV0.1，雖然將基體表面硬度提高不少，但耐磨性能還比較差。涂層的磨損

3、機(jī)制以片層剝落為主，同時(shí)伴隨著輕微的犁溝磨損。 等離子噴涂ZrO2涂層主要由t'-ZrO2、t-ZrO2和c-ZrO2相組成，t'相具有良好的高溫相穩(wěn)定性，能夠保證涂層具有良好的耐高溫性能。因?yàn)橥繉又形慈酆桶肴垲w粒較多，涂層中的孔隙、微裂紋等疏松組織明顯多于NiCoCrAlY涂層。涂層內(nèi)存在層間裂紋，與粘結(jié)層結(jié)合也不是很好。ZrO2涂層的平均硬度為772 HV0.1，較NiCoCrAlY涂層有較大提高，但是由于疏松組織和層間裂紋

4、較多，涂層的耐磨性能也不夠理想。其磨損機(jī)制以微觀剝落為主，并伴有輕微的犁溝磨損。 等離子噴涂Al2O3涂層主要由α-Al2O3，γ-Al2O3和β-Al2O3相組成，其中α-Al2O3為穩(wěn)定相，γ-Al2O3和β-Al2O3相為亞穩(wěn)定相。Al2O3顆粒的成形性要好于ZrO2，呈明顯的片層結(jié)構(gòu)，但仍可以觀察到未熔顆粒和疏松組織。涂層內(nèi)各層之間結(jié)合緊密，存在少量裂紋，涂層與粘結(jié)層結(jié)合較好。Al2O3涂層硬度是四種涂層中最高的，達(dá)到8

5、64HV0.1，大大提高了涂層的耐磨性，磨損機(jī)制主要是脆性疲勞引起的微觀剝落。 等離子噴涂復(fù)合涂層中相組成比較復(fù)雜，既含有α-Al2O3，γ-Al2O3相還含有t'-ZrO2，t-ZrO2和c-ZrO2相以及少量的m相，少量m相的存在對(duì)涂層性能是有益的。涂層內(nèi)部也存在微晶區(qū)，有利于提高涂層的綜合力學(xué)性能。復(fù)合涂層可以將Al2O3良好的成形性和高硬度與ZrO2的韌性結(jié)合起來，提高涂層的綜合性能。涂層表面凹凸不平，但疏松、孔洞等缺陷