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通过原位干冰清洗提高等离子喷涂氧化铬涂层的质量----------

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2019/09/18 15:03:16 * 浏览: 5
热喷涂陶瓷涂层广泛用于各种行业,特别是用于耐磨和防腐,热和电绝缘以及其他专业应用。氧化物是热喷涂中最突出的陶瓷组,因为它们具有成本效益,稳定性和良好的材料性能。 [9]非氧化物陶瓷的热喷涂通常更具挑战性,因为它们在加工过程中易于分解或蒸发。可以喷射一些碳化物,硼化物和氮化物,但即便如此,它们通常也需要受控的气氛。 [2]大多数用于热喷涂氧化物的粉末是通过熔化和粉碎或喷雾干燥生产的,这两种方法生产的粉末如图7所示。熔化和粉碎的粉末开始于在熔点下熔化材料炉内温度高于材料。然后将得到的材料块破碎,粉碎并研磨以产生粉末。熔融粉碎的粉末是尖锐的,块状的,具有很少的内部空隙。粗糙的形状导致流动性差,这可能导致喷涂期间不规则的粉末进料,这可以通过火焰或等离子体中的进一步球化来解决,但存在内部孔形成的风险。至少在氧化铬的情况下,熔化和粉碎粉末的另一个问题是通过高温还原反应形成金属铬。这可能对涂层的质量有害,特别是在需要电绝缘的情况下。图7:熔化和粉碎的Cr 2 O 3粉末(左),喷雾干燥的Cr 2 O 3 + SiO 2粉末(右)。喷雾干燥从含有前体的浆料开始,形成固体粉末,将干燥的附聚物和添加剂粘合在一起,以增强浆料或粘合剂的性能。将浆料送至喷雾器,通过高压喷雾形成细小液滴。雾化后,用加热的气体干燥并蒸发,留下固体粉末附聚物的水分。所得颗粒是球形的并且具有良好的流动性,但由于水的快速蒸发速率而是多孔的并且有时是中空的。粉末的形态取决于雾化和干燥参数以及浆料组成。喷雾干燥的粉末可以通过在电弧等离子体或射频等离子体中烧结和加热而进一步致密化。该额外的加工步骤产生更致密的粉末,在喷涂过程中更好地加热和熔化。由于这个额外的热处理步骤,相变是可能的并且应该考虑。氧化物材料需要非常高的温度才能通过热喷涂适当地熔化和沉积,因此通常使用等离子喷涂来沉积它们。尽管颗粒在等离子体射流中适当地熔化,但它们的速度低,导致差的孔隙率和内聚力。在过去的15年中,HVOF喷涂已经取得了进展,并且可以使用HVOF喷涂技术沉积高质量的陶瓷涂层。使用内部粉末进料装置将粉末直接进料到最热部分并将其加热到极限。当实现适当的颗粒加热时,HVOF喷涂提供了比APS更好结构的陶瓷涂层。 [3]在一项研究中,绘制了不同微观结构特征对陶瓷涂层铬性能的影响。用几种不同的参数对氧化铝和氧化铝 - 二氧化钛涂层进行等离子喷涂。当比较涂层和块状陶瓷的磨损性能时,发现涂层具有比具有相同硬度水平的陶瓷显着更高的磨损率,这表明热喷涂层的独特微观结构极大地影响了涂层的磨损性能。 。也就是说,硬度,孔隙率和磨损之间存在良好的联系。垂直裂缝密度与磨损粒度之间也存在明显的联系。虽然散装陶瓷和热喷涂陶瓷涂层在成分上具有化学相似性,但加工路线极大地影响了它们的性能,强调了对过程的仔细控制和改进的需要。除耐磨性外,独特的微观结构也会影响其耐腐蚀性。陶瓷是非常惰性的化学材料,但陶瓷涂层密度较小且孔隙率较低。这意味着腐蚀性材料通常渗透涂层并腐蚀下面的基底。但是,这可以b例如,通过聚合物浸涂来防止。氧化铝(Al2O3)是市场上最常见和最具成本效益的氧化物之一,因为它广泛用于研磨剂。氧化铝涂层是酸性环境中磨损和腐蚀的良好选择,但它们不适合碱性环境。 [3]由于其介电性能,氧化铝也被广泛用作绝缘涂层。然而,涂层相对易碎​​,这产生了一些限制。在热喷涂期间,α-氧化铝在快速冷却期间转化为亚稳态γ-氧化铝。伽玛相在高达950°C的温度下稳定,并转换回α相。所产生的相变伴随着导致涂层失效的体积变化,因此纯氧化铝涂层的高温应用受到限制。图8:A)HVOF喷涂常规Al2O3,B)HVOF喷涂纳米Al2O3APS喷涂常规Al2O3氧化铝通常与3-40%二氧化钛一起使用以改善其性能,通过提高其韧性,即使硬度通常减少,添加的二氧化钛量可使涂层的耐磨性提高13%[2]。另一方面,添加铬已经成功地用于在喷涂状态下产生稳定的α相[12],这导致比纯氧化铝更好的性能[13]。已经证明HVOF喷涂氧化铝可以改善其性能,导致较低的孔隙率(见图8),更好的内聚力,更高的韧性和硬度,当然其APS喷涂对应物具有更好的耐磨性。纳米结构的原料粉末进一步改善了性能,但仅略微改善。 [6] [7]由于二氧化钛在1850℃的氧化物熔点,二氧化钛(TiO2)和含二氧化钛的混合物最容易喷涂。 [3]氧化钛用于类似氧化铝的应用,但其整体性能较差。二氧化钛通常与其他氧化物混合,含二氧化钛的涂层导致硬度较低但韧性较高,孔隙率较低[4]。与氧化铝一样,常规二氧化钛和纳米结构二氧化钛粉末的HVOF喷涂也显示出比APS喷涂二氧化钛显着更好的耐磨性和涂层粘附性。氧化锆(ZrO2)的主要用途是其热性能,其对陶瓷材料具有非常高的热膨胀系数,接近钢[3]。它还具有极高的抗热震性和极低的导热性,是隔热涂料的理想选择。与其他陶瓷一样,纯氧化锆在高温下也有其他可能的相,但氧化锆相结构可以通过添加氧化钇(Y2O3),氧化铈(CeO2)和氧化镁(MgO)以及氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)来添加。 。 )被广泛使用的。它还用作固体氧化物燃料电池中的电解质,其用作薄层。还有报道称通过HVOF成功喷涂氧化锆。干冰清洁喷雾应用将在后面的章节中详细介绍。技术2018.6.5