等离子喷涂及激光重熔Al2O3-TiO2涂层的性能研究

摘要

如何进一步提高能源利用率，是现代工业社会面临的一个重要问题。本文以在汽车发动机上有广阔应用前景的喷涂隔热涂层为研究对象，研究了在铝合金基体上制备出具有较好隔热性、抗热震性和耐蚀性的Al2O3-TiO2涂层，分析了不同工艺对涂层性能的影响。
　　本文采用等离子喷涂技术在铝合金上首先制备不同TiO2含量的Al2O3-TiO2涂层，利用OM，SEM和XRD研究涂层的表面截面形貌和物相结构，测试其隔热性，抗热震性和耐蚀性，通过优化选出性能较好的TiO2含量以及陶瓷层厚度。针对单纯等离子喷涂的涂层其孔隙率高等缺陷，进一步将激光重熔工艺应用于等离子喷涂涂层，通过用激光重熔工艺对选定的TiO2含量和厚度的等离子喷涂层进行不同激光能量密度的重熔，研究了激光重熔工艺在提高等离子喷涂涂层性能方面的应用前景。
　　研究表明，TiO2含量的增加可增加耐蚀性和抗热震性能，但是降低了隔热性，可能的原因是TiO2的加入抑制α-Al2O3向γ-Al2O3转化。TiO2熔点比Al2O3低，同时脆性较小，在喷涂过程中弥散分布在脆性的氧化铝基体中起到了封孔及释放应力减少裂纹的作用，使得腐蚀介质难以到达粘结层。TiO2的导热系数比Al2O3高，且TiO2的加入降低了涂层的孔隙率，所以隔热性会下降。TiO2的加入释放了陶瓷层与粘结层的层间应力和陶瓷层自身的内应力，因而抗热震性能得以提升。
　　涂层厚度对性能的影响结果表明，随着AT13涂层厚度的增加，涂层物相种类没有发生变化，涂层的隔热性上升，耐蚀性先上升后下降，抗热震性能先上升后下降。可能的原因是厚度增加，隔热能力增强;但是随厚度的增加涂层表面裂纹先变窄后变宽，这些裂纹可作为裂纹源扩展到涂层下面，腐蚀介质到达粘结层先变难后变容易，因而耐蚀性先上升后下降。厚度值很低时，受涂层孔隙率的影响涂层的抗氧化能力很差，因而抗热震性能较差。厚度增加到一定程度时，涂层的层间应力和自身的内应力也增加到一定程度，因而抗热震性能降低。
　　激光重熔等离子喷涂层的结果表明激光重熔后，AT13涂层表面的物相种类没有发生变化，各个物相的峰强发生了明显的变化，表明相对含量发生了改变。在一定功率范围内，随着激光功率的逐渐增加，涂层的隔热效果和抗热震性能逐渐降低。可能的原因是激光功率增加，涂层的厚度降低，同时涂层内部孔隙率降低，最终导致了隔热性降低。激光功率较小时，涂层失效的主要原因可能是陶瓷层与粘结层之间的层间应力。激光功率较大时，涂层失效的主要原因可能是陶瓷层自身的内应力。激光重熔能够降低陶瓷层与粘结层之间的层间应力，增大陶瓷层自身的内应力。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 Al2O3-TiO2涂层

1．2．1 Al2O3-TiO2涂层的应用

1．2．2 影响Al2O3-TiO2涂层性能的因素

1．3 等离子喷涂技术

1．3．1 等离子喷涂的原理和分类

1．3．2 等离子喷涂的优点和不足

1．4 激光重熔工艺

1．4．1 激光重熔的原理

1．4．2 激光重熔的研究现状

1．5 技术路线和研究内容

第2章 试验材料及方法

2．1 试验材料

2．1．1 基体材料

2．1．2 粉末材料

2．2 试验方法

2．2．1 试样制备

2．2．2 性能测试

第3章 TiO2含量对Al2O3-TiO2涂层性能的影响

3．1 引言

3．2 表面截面形貌分析

3．3 物相分析

3．4 隔热性分析

3．5 抗热震性能分析

3．6 耐蚀性分析

3．7 本章小结

第4章 厚度对AT13涂层性能的影响

4．1 引言

4．2 表面截面形貌分析

4．3 物相分析

4．5 抗热震性能分析

4．6 耐蚀性分析

4．7 本章小结

第5章 激光重熔工艺对AT13涂层性能的影响

5．1 引言

5．2 表面截面形貌分析

5．3 物相分析

5．4 隔热性分析

5．5 抗热震性能分析

5．6 本章小结

第6章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文