3Y-TZP/LZAS梯度涂层的制备、性能及组织结构研究

摘要

金属基微晶玻璃涂层具有高强度、耐磨、耐腐蚀等优异性能，已成为当前耐磨材料的研究热点。但微晶玻璃属于脆性材料，韧性较低，在冲蚀条件下其磨损情况严重。本文采用功能梯度涂层的设计理念，通过在微晶玻璃中逐层添加一定组分3Y-TZP(3 mol％氧化钇稳定的四方相氧化锆)颗粒对微晶玻璃涂层进行增韧处理，从而有效解决了微晶玻璃脆性大的缺点。研究了3Y-TZP/Li2O-ZnO-Al2O3–SiO2(LZAS)微晶玻璃梯度涂层的制备、组织结构及性能，重点对梯度涂层材料的多次烧成特性和冲蚀磨损机理进行了研究。
　　本文采用涂搪法烧结制备了Q235钢基体3Y-TZP/LZAS微晶玻璃功能梯度涂层，并对涂层的制备、组织结构及性能进行研究。研究表明：梯度涂层各层之间界面结合紧密，无裂纹缺陷。梯度涂层的显微硬度和断裂韧性随着3Y-TZP含量的逐层增加而增大。梯度涂层与Q235钢结合强度较高，达16.3 MPa。梯度涂层在300℃下热循环30余次，表现出较好的抗热震性能。
　　研究了多次烧成对3Y-TZP/LZAS微晶玻璃梯度涂层组织结构和性能的影响。结果表明：多次烧成能够促进涂层材料中晶粒的析出和长大，但没有新的晶相产生；多次烧成导致材料气孔率上升，致密度下降，性能降低；在满足使用要求的前提下，应尽量制取少层数的梯度涂层。
　　利用自制的冲蚀磨损试验机，在15°、30°、45°、60°、75°和90°冲蚀角下，控制冲蚀时间分别对不同层数梯度涂层进行冲蚀，测定体积冲蚀磨损率,并与 Q235钢作对比，研究不同冲蚀角度下梯度涂层的冲蚀磨损机制。结果表明：梯度涂层的体积冲蚀磨损率随冲蚀角度增大均呈现出先增大后减小的趋势，并在60°时达到最大值；梯度涂层的抗冲蚀性能随着层数的增加而增强；低角度下冲蚀机制主要为切削、犁削效应引起的切削磨损，高角度下的冲蚀机制主要为捶击锻打效应引起的脆性断裂，60°冲蚀角下捶击锻打效应和切削、犁削效应都比较强，涂层磨损量最大。梯度涂层在15°~30°低冲蚀角下体现出比 Q235钢更优异的抗冲蚀性能，因此梯度涂层更适于在15°~30°低冲蚀角下的冲蚀磨损工况，且三、四层梯度涂层效果更佳。梯度涂层在30°低冲蚀角下，在一定条件和范围内，体积冲蚀磨损率随着冲蚀磨粒粒度、速度、硬度的增大而增大。