等离子喷涂ZrO2陶瓷/Fe基非晶复合涂层的研究

摘要

本文利用等离子喷涂技术制备Fe基非晶涂层，通过研究Fe基非晶涂层的制备工艺及性能，并选出制备Fe基非晶涂层的最佳喷涂功率。在此最佳喷涂功率的基础上，采用了自开发的多路异位同步送粉技术来制备ZrO2陶瓷/Fe基非晶复合涂层，得到了两相不同成分比例且致密的复合涂层，并对不同ZrO2含量的陶瓷-非晶复合涂层的性能(硬度、结合强度、抗划痕性、耐磨耐蚀性能)进行了分析讨论。其研究表明： 1)利用等离子喷涂技术能成功制备Fe基非晶涂层，且其组织致密，无明显晶体相或氧化相存在。随着喷涂功率的增大，Fe基非晶涂层的致密度、硬度提高，但喷涂功率超过40KW时，涂层中出现了晶化相。因此制备Fe基非晶涂层的最优喷涂功率为35KW。 2)利用等离子喷涂采用多路异位同步双送粉技术可成功获得不同ZrO2含量的ZrO2陶瓷/Fe基非晶复合涂层。陶瓷-非晶复合涂层中只含有Fe基非晶相和ZrO2陶瓷相，并且陶瓷-非晶复合涂层中两相的比例能够实现可调控性。随着ZrO2含量的增加，复合涂层的孔隙率增加，硬度呈现先增加后降低。当ZrO2的添加量为20wt.%时，陶瓷-非晶复合涂层的孔隙率最低，硬度较高，抗划痕能力最好，结合强度最好。 3)ZrO2陶瓷/Fe基非晶复合涂层的摩擦磨损实验表明，添加ZrO2有利于提高耐磨性。但是，陶瓷-非晶复合涂层的磨损率与ZrO2的添加量呈非线性关系。随着ZrO2添加量的增加，存在一个由韧性转变为脆性的过程。陶瓷-非晶复合涂层的磨损机理从磨粒磨损到疲劳磨损的转变。随着载荷的增加，陶瓷-非晶复合涂层的摩擦系数降低，陶瓷-非晶复合涂层的摩擦系数始终低于Fe基非晶涂层。 4)Fe基非晶涂层及陶瓷-非晶复合涂层在腐蚀介质中的电位均往负向移动，添加50wt.%ZrO2的复合涂层在腐蚀介质为3.5%NaCl溶液、0.5mol/LH2SO4溶液、NaOH溶液中电位值均高，腐蚀电流最小，这说明添加50wt.%ZrO2的复合涂层的耐蚀性能优异。

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