常規(guī)和納米陶瓷等離子噴涂層抗沖蝕性能的對比

【簡介】

（1．銅陵學院機械工程系，安徽銅陵244000；2．南京航空航天大學機電學院，江蘇南京210016）

[摘要]  納米陶瓷具有高韌性和超塑性等獨特的性能，用于制備涂層可極大地提高其耐沖蝕性能。以常規(guī)和納米團聚體Al203-13%Ti0₂（質(zhì)量分數(shù)）陶瓷粉末為原料，采用等離子噴涂工藝在TiAl合金表面制備了2種陶瓷涂層。比較了2種涂層的微觀結構、結合強度和抗沖蝕性能，探討了涂層的沖蝕破壞機理。結果表明：常規(guī)涂層呈典型的層狀堆積特征，有一定的孔隙且分布有微裂紋；納米結構涂層由部分熔化區(qū)以及完全熔化區(qū)組成，呈雙相組織結構；常規(guī)陶瓷涂層表現(xiàn)為典型的脆性沖蝕特性，納米結構陶瓷涂層呈明顯的脆性沖蝕特性，同時有一定程度的塑性沖蝕特征，具有較好的結合強度及抗沖蝕性能。2種等離子噴涂層的沖蝕磨損都以片層狀脫落為主，同時有一定程度的脆性陶瓷顆粒破碎。

[關鍵詞]  等離子噴涂；陶瓷涂層；納米結構；TiAl合金；抗沖蝕性能

[中圖分類號] TG174.442    [文獻標識碼]A    [文章編號]1001  - 1560( 2011) 01  - 0067 - 04

O前言

實際工程中沖蝕磨損已經(jīng)成為重要零件被破壞的主要原因之一^[1]。金屬表面陶瓷涂層技術能將基體金屬材料和表面陶瓷涂層的優(yōu)點結合起來，發(fā)揮其綜合優(yōu)勢，滿足結構性能（強度、韌性等）和環(huán)境性能（耐磨、耐蝕、耐高溫等）的需要。目前，常用等離子噴涂技術制備陶瓷涂層^{[2, 3]}。但是其涂層結構是層片疊加的，且涂層含有大量的氣孔和微觀裂紋，從而使其應用范圍受限及使用壽命不長。納米陶瓷不僅具有一般陶瓷材料的優(yōu)良性質(zhì)，更具有高韌性與超塑性等獨特特性，為陶瓷涂層性能的提高提供了有利的條件，因此等離子噴涂納米結構陶瓷涂層已成為當前國內(nèi)外研究的熱點^[4,6]。

本工作采用等離子噴涂方法在TiAl合金表面制備了常規(guī)和納米結構Al₂0₃-13%Ti0₂（質(zhì)量分數(shù)）陶瓷涂層，對比研究了2種涂層的組織結構和結合強度，考察了抗沖蝕性能，分析了涂層的沖蝕破壞機理，以探討納米材料在抗沖蝕陶瓷涂層制備方面的優(yōu)越性。

1  試驗

1.1  材料基材為γ -TiAl基合金(TAC -2)，沖蝕、拉伸件尺寸

分別為20 mm×20 mm×8 mm，Φ25 mm x8 mm，名義化學成分為Ti-46.5AL-2.5V -1. OCr(摩爾分數(shù)，%)。噴涂過渡層粉末材料為Y₂0₃彌散的NiCoCrAL超合金粉末（KF -113A），粒度45—105μm。面層噴涂粉末為粒度15—45μm的普通商用Al₂0₃ - 13%Ti0₂陶瓷粉末（以下簡稱為AT13），形狀不規(guī)則。納米陶瓷粉末為Nanox S2613P納米團聚體粉末，名義成分為Al₂0₃-13 %Ti0₂（以下簡稱為n- AT13），團聚體尺寸分布范圍為10—50μm，原始納米粒子為30～80 nm，形狀為規(guī)則的球形。

1.2  涂層制備工藝和設備

全套工藝：試樣打磨、除油、噴砂等預處理；噴過渡層；噴外層。噴砂采用的砂粒為剛玉砂，噴砂后工件表面粗糙度為R_Z3.2～12.5 μm;用壓縮空氣將黏附在工件表面的碎砂粒吹凈；為了防止活化后的表面發(fā)生氧化，必須保持新鮮的表面不被污染，為此，預處理后應盡快進行涂層制備。

采用普萊克斯公司3710型等離子噴涂設備制備KF -113A過渡層及AT13/n - AT13陶瓷層，噴涂工藝參數(shù)見表1。

表1等離子噴涂參數(shù)