等离子喷涂涂层的研究进展

第 3卷第 2期 21 0 1年 6月

热喷涂技术Th r a o a e h o em l rvT c n l S

Vo . N o. 13, 2

J n. 0 1 u .2 1

等离子喷涂涂层的研究进展唐家伟，谢淑兰，潘鑫(京矿冶研究总院，北京 106 )北 0 0 7摘要：本文介绍了等离子喷涂涂层的微观结构，力学性能，涂层表面处理及物理性能等国

内外最新的研究进展。 关键词：等离子喷涂涂层；微观结构；性能

中图分类号：T 1 4 4 2 G 7 . 4

文献表示码：A文章编号：1 7— 1 7( 0 1 2 0 3— 5 6 4 7 2 2 1 )0— 0 5 0

Re e r h D e e o s a c v l pm e fPl s a S a a i g nto a m pr y Co tnTAN G i i XI Sh— n, P J a we, E u La AN n Xi g( in e ea R sac stt o Miig Me l ry e ig10 6,C ia Be igG n rl eerh ntue f nn& t l g,B in 0 0 7 hn ) j I i au j

Absr c: Thi pe r uc st ene d v l p e ta t spa ri od e h w e e o m nt nt ofmi r sr cur l c o—tu t a,m e ha c l r pe t c a i g s r a e c nia o ry, o tn u f c p te t n ndph ia r p ry fPl s pr y c a i g i e e t a sa o ea d a o d r a me ta ysc lp o e t o a ma s a o tn n r c n r th m n br a . yeK e w o ds Pls as r y c tng; M i r sr c r l M e h n c l r p ry y r: a m p a oa i c o—tu t a; u c a i a o e t p

近一、二十年来等离子喷涂技术有了飞速的发展，在工业生产上的应用日益显示出优越性和重要性。等离子喷涂技术最早在航空、航天部门得到应用，迄今为止，等离子喷涂在上述领域的应用仍超过其它领域。航天、航空作为等离子喷涂最大最稳定的应用市场，今后将保持稳定并得到增长，在涂

报道的研究进展。

l微观组织结构的研究在等离子喷涂过程中，由于

快速凝固等原因， 会产生一定密度的微观缺陷，包括气孔和裂纹等。 P v lC io a e t r等人【对热喷涂涂层的微观结构进行 b l】了定量的分析，根据涂层中缺陷的特征，可以分为圆柱形的孔，片层之间的孔和垂直缺陷。如图 1 J 所示。

层技术及喷涂工艺方面也将不断得到改进和完善。 随着汽车工业的发展，汽车新型发动机热喷涂市场潜力很大，其市场容量今后有可能与航空、航天涂层市场相匹敌。

1等离子喷涂涂层中的孑隙 . 1 L在等离子喷涂过程中，熔融态的颗粒高速沉积

等离子喷涂是将粉末原料送入高温等离子火

焰，呈熔融或半熔融状态喷向基体，以较快的冷却速度凝固在基体上，粒子呈扁饼状互相机械咬合在一

在基体上而形成涂层，该工艺过程决定了涂层的孔隙不可避免。描述涂层孔隙结构特征的一个重要参数是涂层的总体孔隙率。Ghs ie B r ad等L分 i an et n l r j 析了孔隙的尺寸和形态，认为当氩气的流动速率较高 (0/ n 4 L mi )氢气的流动速率较低 ( Lmi)时， 4/ n 会使得涂层的总体孔隙率升高。

起，形成涂层。等离子在喷涂过程中，会产生微的因素的影响，涂层的性能会发生很大的变化，本

观缺陷，受基体温度，喷涂工艺，快速冷却及其它文介绍了等离子涂层的微观结构，力学性能等方面

作者简介：唐家伟 (9 3)男，硕士，焊接工程师 . E i 1 8tn i we 13cm 18 -, mah 9 3 gi i 6 . a a@ o

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热喷涂技术

3卷

机械性能与孔隙率之间有一定的联系，涂层的热导率一般随涂层孔隙率的增加而下降。 .e e a VT i i xr

纹，预裂纹存在时的最佳状态是使得涂层的断裂强度最小。裂纹的长度为涂层厚度的 1%时，起始裂 5

等 l通过改变沉积参数，设计了梯度涂层，使得涂 4 J层的孔隙率在向顶层方向上增加，最终减少了热传导系数。因此，通过提高涂层表面的孔隙含量，以

纹会最先形成在涂层的中心区，这是由热冲击和界

面裂纹所引起的。热冲击前，裂纹长度与涂层的厚度一样，预裂纹在涂层中没明

显的变化，这些研究表明，在最优的裂纹长度，得不同形态的 T C 存使 B s界面的断裂程度达到最小。S B s,GY . au N. e等人|, 研究了颗粒和基体表面状态与涂层中的垂直裂纹和水平裂纹的长度、方向之间的关系。 e gso n8 Bnt nL s】 认为基体温度对裂纹有影响，当增加基体温度时，

达到降低涂层热传导率的目的。 kmua人通过 Naa r等有限元模型的几何形状与实际的陶瓷包含许多嵌入的孔隙的模型很相似的方法，研究了孔隙的尺寸，形状和方向对热障涂层力学性能的影响。研究

认为涂层的临界孔隙率为 75孔隙率的为 25 .%。 .%~ 75 .%时，涂层轴向应力和径向应力随孔隙率的增加而下降，剪切应力则随孔隙率的增加而下降；当孔隙率大于 75 .%时，情况恰好相反。由于应力随涂层

平行裂纹和垂直裂纹密度相对减少。 rs y和他的 Pyt a合作者【认为改变熔融颗粒的温度和速度可以改变 9 J微观裂纹的分布。因此，控制熔融颗粒的状态和基

中的孔隙尺寸的增加而增大，说明涂层中的孔隙尺寸对应力有着显著的影响。当增加孔隙率时，涂层的抗腐蚀性和微观硬度会减少L。 5 J

体状态对于 T C B s的微观结构来说是非常重要的。 由于裂纹的形成，繁殖和合并，最终会导致涂层的剥离[-] 11。 06因此，最理想的涂层裂纹结构应该是具有高密

度的远离界面的平行裂纹，这样热传导率会更低；界面附近的低密度的垂直裂纹，可以降低涂层的剥离；大角度的垂直裂纹的分布可以增加涂层的稳定性，这才是涂层研究的最终目标【引 l。 7

2等离子喷涂涂层的性能等离子喷涂时，受基体温度，喷涂工艺，快速冷却及其它的因素的影响，涂层的性能 (残余应如图 l S M观察涂层的微观结构形貌 EFi 1 g. SEM ma es wig d t i mi r sr cu a i g ho n e a l c o—tu t r l f a u e fc a i s e t r so o tng

力，应力腐蚀，磨损性，弹性模量等 )会发生很大的变化。

21等离子喷涂时产生的应力 .

1等离子喷涂涂层中的裂纹 . 2在

等离子喷涂过程中，由于快速淬火的影响， 在涂层中会产生高密度的微观裂纹。其中，最典型的包括与基体平行的裂纹和垂直裂纹。较长的垂直

等离子喷涂涂层的应力分为三种，分别是内部生长应力 (相转变有关 )与，激冷应力 (与喷涂时的快速冷却有关 )和热应力 (与基体和涂层的热膨胀系数不同有关 )。

裂纹会沿着涂层厚度的方向延伸。平行裂纹减小了热传导率，在热障方面更有利，接近于陶瓷层与粘结层的界面处的垂直裂纹，对涂层的寿命有很大影响。在热循环载荷下，这些裂纹会生长，最终引起涂层分离。 G ian et n hs ie B r a d等【研究指出喷涂角度与基 l r j J

国内的 X. Z ag C.h n,B.. SXu等人【】 l使用有限元 9

法讨论了涂层的厚度对 z(/ c C AY功能涂层 r 2Nio r l )的残余应力的影响。模型表明，涂层与基体的厚度比会影响陶瓷顶层与粘结层的界面应力。涂层与基体的厚度比，层间的界面和冷却速率对涂层界面处的残余应力有很大的影响。A. si h n j析了 Nua K a 分 r粗糙度对热障涂层结合强度和粘结层残余应力的影响。残余应力随着基体粗糙度的增加会大大增

体成 7 () 5。,并且冷却速率较高时，与基体成 3 o 0 )方向的裂纹的长度会有所增加，指出涂层中微裂纹的会影响等离子喷涂涂层中的热传导率。 BnZ o i h u和 KldK knt认为涂层的厚度，最短的 o o ii] 6预裂纹和最长的预裂纹导致形成了很长的界面裂

加。喷砂处理时，会产生预应力，表面越粗糙，基体或粘结层附近的预应力越大。 …… 此处隐藏：15308字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……