等离子喷涂Al2O3/Al2O3-TiO2增强铝基和镍基涂层的摩擦学及腐蚀性能

摘要

颗粒增强金属基复合涂层具备金属和陶瓷的综合性能,能够应用在单一金属或陶瓷涂层难以适应的服役环境。本文充分利用了铝基和镍基耐蚀性能和抗热震性能好,而Al2O3和Al2O3-13wt.％TiO2硬度高耐磨性能优异的特点,采用等离子喷涂的方法制备Al2O3和Al2O3-13wt.%TiO2增强的铝基和镍基复合涂层,并分析了喷涂喂料的形貌、涂层的微观组织和硬度、结合强度等力学性能,重点研究了复合涂层的摩擦磨损、冲蚀磨损和划痕等摩擦学性能,研究了复合涂层的抗热震性能和在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为。
　　SEM观察发现各涂层的表面均呈凹凸不平的堆砌的浪花状形貌,颗粒增强涂层表面还能观察到增强颗粒;增强颗粒在涂层中均匀分布,铝基涂层的截面没有明显层状结构和大气孔,镍基涂层为层状结构,有约1%的气孔率。XRD分析发现,铝基涂层的主要物相为Al、α-Al2O3和少量TiO2,镍基涂层的主要物相为Ni、NiO,α-Al2O3和少量TiO2。增强相的加入使涂层的硬度大幅提高,铝基涂层的结合强度略有降低,镍基涂层的结合强度基本不变。
　　滑动摩擦磨损试验结果表明,增强颗粒的复合涂层比纯Al、纯Ni涂层的摩擦系数要低,其质量和体积磨损量都明显减少,耐磨性能成倍提高。冲蚀磨损试验表明,增强相的加入,使铝基涂层的冲蚀磨损量大幅下降,磨损性能提高了15倍以上;对镍基涂层,Ni-20%Al2O3涂层的磨损量从纯Ni涂层的85mg上升到122mg,而Ni-20%Al2O3TiO2涂层则下降到64mg。划痕试验表明,增强颗粒的加入,涂层的临界载荷提高。和纯Al、纯Ni涂层相比,铝基涂层的摩擦系数基本不变,镍基涂层的摩擦系数降低。
　　铝基涂层在550℃下热震230次而未出现裂纹和破坏,具备优良的抗热震性能;镍基涂层的1000℃热震试验发现,纯Ni涂层的热震循环为30次,Al2O3和Al2O3-TiO2的加入使镍基涂层的热震循环次数分别下降了48%和39%。
　　电位极化曲线测试表明,增强相的加入使铝基涂层的腐蚀倾向有所减弱,镍基涂层加剧。3.5%NaCl溶液浸泡试验表明,增强相使涂层的长期耐蚀性能下降。对铝基涂层,主要腐蚀机制是涂层表面存在大量孔隙易形成闭塞电池而产生点蚀,腐蚀产物的堆积而引发全面腐蚀,腐蚀产物是Al(OH)3。镍基涂层的腐蚀机制一样,但是腐蚀程度下降,主要腐蚀产物是NiO和Ni(OH)2。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 颗粒增强金属涂层的国外研究现状

1.3 等离子喷涂特征及应用

1.4 本文的主要研究内容

第2章 实验材料及研究方法

2.1 试验材料

2.2 喷涂喂料及涂层试样的制备

2.3 微观结构分析

2.4 涂层的硬度和结合强度

2.5 涂层的摩擦磨损试验

2.6 涂层的抗热震性能

2.7 涂层的化学腐蚀性能

第3章 颗粒增强铝基和镍基喷涂层的表征

3.1 铝基镍基喷涂喂料的形貌

3.2 颗粒增强铝基和镍基喷涂层的表征

3.3 本章小结

第4章 涂层的摩擦学行为

4.1 引言

4.2 涂层的滑动摩擦磨损行为分析

4.3 涂层的冲蚀磨损行为分析

4.4 涂层的划痕行为分析

4.4 本章小结

第5章 涂层的抗热震行为和腐蚀行为

5.1 引言

5.2 涂层的抗热震行为分析

5.3 涂层的化学腐蚀行为分析

5.4 本章小结

结 论

参考文献

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