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等离子喷涂技术的应用

更新时间  2019-06-22 23:51:27 阅读

             等离子喷涂技术已广泛应用于耐磨涂料、耐腐蚀涂料等传统领域。从20世纪50年代至今,其应用领域已从航空航天发展到钢铁、汽车制造、石油化工、纺织机械、船舶等领域。近年来,等离子喷涂技术在纳米涂层材料、功能梯度材料、超导涂层、生物功能涂层等高新技术领域的应用越来越受到重视。

           

1.纳米涂层材料

           等离子喷涂制备纳米WC/CO涂层。结果表明,纳米WC/CO涂层的硬度、韧性和耐磨性均优于传统涂层。在40-60N载荷下,纳米WC/CO涂层的磨损率仅为常规涂层的1/6。康涅狄格大学对等离子喷涂纳米结构Al2O3-TiO2涂层进行了系统的研究,包括纳米粉末喷雾干燥团聚重构、等离子喷涂工艺参数优化、工艺诊断、模拟、涂层结构和性能分析,表明涂层具有两个状态MI。微观结构,表现出独特的优异性能。与相应的常规涂层相比,结合强度和耐磨性分别提高了100%和300%。抗压痕开裂、弯曲和杯突试验的强度要高得多。朱英春等研究了等离子喷涂过程中纳米二氧化钛的结构变化和粒子注入特性。发现纳米颗粒的非晶态结构转变为锐钛矿结构和金红石结构。涂层具有良好的锂离子注入电流和电化学稳定性。陈煌等采用大气等离子喷涂技术在不锈钢基体上制备氧化锆纳米涂层。所得涂层结构致密,孔隙率约7%,涂层与基体的结合强度为45MPa,明显优于传统氧化锆涂层与基体的结合强度。

2.梯度功能材料

          等离子喷涂法制备功能梯度材料(FGM)是材料科学中最为关注的研究领域之一其研究范围主要包括烟气脱硫系统的设计、制备和性能评价。由于等离子火焰温度高,特别适合喷涂难熔金属、陶瓷和复合涂层,为功能梯度材料的发展提供了广阔的空间。目前,以镍为中间层的金属表面ZrO 2涂层已成为等离子喷涂FGMS结构研究的热点,并建立了良好的制备工艺。另外,研究的其它体系还包括:Cu/W和Cu/B4C、镍基合金与Al2O3-Cr2O3的结合、ZrO 2与共拉尔或NiCoCrAlY的结合、TiC与Mo的结合、Ni20%Cr与YSZ涂层的结合、Ni/Al2O3、WC/Co等。K.A.Khor等人对YSZ/NiCoCrAlY体系的研究表明,功能梯度涂层比传统的双L涂层具有更好的性能。FGM涂层的结合强度为18MPa,双涂层的结合强度仅为9MPa。FGM涂层的热循环寿命是双涂层的6倍。Sudarshan Rangaraj等人设计了五种不同成分的YSZ梯度涂料。研究了涂层设计对YSZ涂层性能的影响。结果表明,莫来石的组成添加可以降低涂层表面裂纹扩展的驱动力。(相关内容可参考:www.xuankerepentu.com/xinwenzixun/1116-cn.html)

                                                

等离子喷涂技术的应用

              


3.超导涂层

           等离子喷涂电弧温度很高。特别适用于喷涂复合氧化物陶瓷。它不需要保护气氛。它可以喷涂复杂形状的超导部件。沉积效率高,易于制备厚膜涂层和大面积涂层。适用于等离子喷涂的超导陶瓷涂层材料有YBa2Cu3O7-X(YBCO)和Bi2Sr2Cu2CaO。YBCO是一种典型的超导材料,其临界温度为94K,等离子喷涂YBCO涂层由于喷涂过程中材料的氧损失以及涂层结构中的气孔、裂纹和颗粒间的不均匀接触而不具有超导性能。只有在氧气或空气中对涂层进行适当的热处理,形成致密、均匀、稳定的晶体结构,才能获得超导电性。YBCO涂层的热处理条件为9201h,还原到400后保存1h,高温淬火或淬火Bi2Sr2Cu2Caoy陶瓷时,会产生超导状态。这一特性对等离子喷涂具有特殊意义,因为等离子喷涂可以使涂层材料的冷却速度达到106 c/s,只要等离子喷涂条件和工艺参数适当调整,就容易使喷涂的Bi2Sr2Cu2Caoy涂层具有超导性。

4.生物功能涂层

          等离子喷涂技术是制备医用生物涂层材料的有效方法。特定成分的粉末材料经高温熔化后沉积在金属人工骨种植体表面,形成以坚硬金属为骨架,表面陶瓷涂层的人工骨和关节。该方法充分发挥了金属和陶瓷材料的优点。国内外关于等离子喷涂羟基磷灰石涂层和钛涂层的报道较多,已成功应用于临床试验。羟基磷灰石涂层对生物体无毒,耐体液腐蚀,对生物体组织有良好的适应性和亲和力。它能抵抗长期运动过程中的磨损和撕裂,具有足够的机械性能。钛植入物具有良好的化学稳定性、良好的组织结合性和与体液的相容性。真空等离子喷涂在不锈钢根、骨板上的钛涂层已成功应用于临床。这些涂层不仅利用不锈钢的强度,而且利用钛涂层的生物相容性来防止有毒元素在不锈钢中的释放。中国上海硅酸盐研究所在生物涂层材料研究方面也取得了很好的进展。

5.其他应用

          在等离子喷涂的其它应用中,熔融粒子的冷却速度可达105-106K/s,可在涂层中形成非晶相结构。大气等离子喷涂(含Si、B、Cr、Ni等)制备的高非晶含量铁基非晶合金涂层具有高密度、低孔隙率、低氧化物含量等特点。涂层的显微硬度在HV0.1700-950之间,结合强度在27兆帕以上。等离子喷涂压电陶瓷涂层用于制作压电元件,无需粘贴,特别适用于大面积压电传感器和压电功率元件阵列。此外,在固体氧化物燃料电池(SOFC)的制备中,还研究和报道了大气等离子喷涂技术。


       

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