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钛在铝合金表面的氧化铝喷涂沉积

更新时间  2018-06-07 10:27:17 阅读

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7075-T6铝合金因其具有较高的机械抗重量比而在航空工程中得到了广泛的应用。根据环境条件的不同,在飞机结构铝合金中发现了许多类型的腐蚀机制。改善合金性能的一个可能的解决办法是沉积纯钛涂层;除了改善其抗侵略性环境的性能外,钛还提供了许多其他优点,如节省重量、更换成本和寿命周期成本效益。目前钛的沉积主要局限于电镀、化学气相沉积和真空等离子氧化铝喷涂等工艺。这些传统的方法通常是缓慢和昂贵的,而普通的热氧化铝喷涂工艺有两个主要的限制,即氧化铝喷涂材料中存在气孔和氧化物。在热氧化铝喷涂领域,VPS是目前唯一用于钛沉积的技术,关于氧化铝喷涂工艺的研究通常用于生物医学领域。然而,这种工艺有一个主要的限制,那就是投资成本高:需要昂贵的真空泵和相当大尺寸的室来产生和维持等离子体处理工件所需的低压环境冷气氧化铝喷涂技术的应用是一种很有前途的选择,因为它具有较低的成本-效率,并且能够避免钛与氧的反应。


氧化铝喷涂是指在高速气流中注入5~100μm的粉末颗粒,然后撞击到合适的基材上的过程。压力预加热气体通过会聚发散喷嘴的膨胀是粉末颗粒能以300至1200米/秒的速度撞击基片的原因,变形并因此结合在基片上。连续的粒子冲击导致涂层均匀,孔隙率小,结合强度高。由于出喷嘴的膨胀气流的温度相对较低,颗粒物质的温度保持在其熔点以下,因此形成的涂层是在固态中形成的,因此使用了冷氧化铝喷涂这一术语。


冷氧化铝喷涂提供了许多优点,但仍有一些固有的局限性,工艺本身。作为一项相当新的技术,还没有大规模的商业应用在更广泛的热喷雾市场上建立起来。目前的技术正在迅速变化,在过去的几年里,很少有作者报告他们的研究,要么是一些氧化铝喷涂参数对沉积效率的影响,要么是对键合过程的理解。而在传统的热氧化铝喷涂工艺中,当粒子熔化和迅速凝固时,机械结合更有可能发生。目前,冷氧化铝喷涂最被接受的理论是假设存在所谓的绝热剪切不稳定性,这意味着在高颗粒速度下,在应变和应变速率硬化的情况下存在热软化局部占优势的应变和应变速率硬化,从而促进了传入粒子与基体之间的亲密接触。这一理论适用于高温高压。还解释了从腐蚀到冷氧化铝喷涂粘着的转变,粉末沉积效率的行为和孕育时间的存在。


很少有人对性能进行评估,如腐蚀或机械性能就耐蚀性而言,Wang等人证明,涂层密度越大氧化铝喷涂的标准与说明,腐蚀电流越低。鉴于就力学性能而言,Price等人在试图评估用于生物医学目的Ti-CGS镀层的疲劳抗力时发现,使Ti6Al4V基体的疲劳极限降低的原因可能是诱发残余拉伸应力的出现因此,这是一个具有挑战性的问题,还有很长的路要走。


本文旨在对冷氧化铝喷涂工艺进行优化,以获得7075-T6铝合金的全致密钛涂层。研究了温度、气体压力的改变对氧化铝喷涂条件的影响,以及加料速度和颗粒分布对喷雾效果的影响。

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