APS制备耐磨涂层.ppt

APS在制备耐磨涂层中应用 Xi anJiaotongUniversity SchoolofMater Sci Eng 主要内容 研究背景APS的简介耐磨涂层的种类组织结构特征与控制方法 Xi anJiaotongUniversity SchoolofMater Sci Eng 研究背景 磨损磨损机制及分类 磨粒磨损 又称磨料磨损 粘着磨损 冲蚀磨损 空蚀磨损 微动磨损 接触疲劳磨损与腐蚀磨损等提高磨损抗力的途径 减小压力和摩擦系数 增加硬度 改善润滑条件等 Xi anJiaotongUniversity SchoolofMater Sci Eng APS的简介 非转移型等离子电弧能量密度高 温度高可以喷涂所有材料适用范围广 Xi anJiaotongUniversity SchoolofMater Sci Eng 耐磨材料 金属材料 碳钢 低合金钢 马氏体不锈钢 Ni 合金 自熔合金 硬质金属 如Mo 等 氧化物陶瓷 Al2O3 TiO2 Cr2O3 ZrO2 硬质合金 WC Co Cr3C2 MoB2 TiB2等 Xi anJiaotongUniversity SchoolofMater Sci Eng 金属涂层 热喷涂金属涂层是研究和应用较早的耐磨涂层 常用的有金属 Mo Ni 碳钢和低合金钢 不锈钢和Ni Cr合金系列涂层 涂层具有与基体的结合强度较高 耐磨 抗腐蚀性能较好等优点 用于修复磨损件及机械加工超差件 铝系合金 活塞环 同步环及气缸等零件 高碳钢丝 不锈钢 Crl3型 18 8型等 合金丝 NiCr涂层 电站锅炉的过热器管和再热器管的防护涂层 Xi anJiaotongUniversity SchoolofMater Sci Eng 陶瓷涂层 优点 具有高熔点 高硬度和良好的耐磨性 耐腐蚀性以及高温稳定性等特点 缺点 喷涂陶瓷涂层工艺复杂 成本较高 而且涂层表面容易出现裂纹 抗热疲劳性能不如金属涂层 而且涂层的韧性较差 不能用于承受较大的冲击载荷 Cr2O3涂层的磨损机理主要为磨粒磨损 在较大载荷下 Cr2O3涂层的磨损呈现脆性断裂特征A12O3 40 TiO2涂层的磨损机理主要表现为塑性变形和层状剥离 Xi anJiaotongUniversity SchoolofMater Sci Eng 金属陶瓷 金属陶瓷复合涂层技术 即在塑性的基体上均匀地分布着颗粒形状 尺寸大小适当的陶瓷相 成功地实现金属和陶瓷的优势结合 制备既有金属强度和韧性 又有陶瓷耐高温 耐磨损 耐腐蚀等优点的复合材料 Cr3C2 NiCr WC CoCr3C2 NiCr 连续退火线的炉辊 轧钢厂连续生产线上的芯辊 气缸活塞环 缸衬等 WC基金属陶瓷涂层常用于450 以下的磨粒磨损和冲蚀磨损工况 Xi anJiaotongUniversity SchoolofMater Sci Eng 非晶态涂层 非晶态材料的物理 化学性能常比相应的晶态材料更优异 具有高强度 高韧性 高硬度 高抗蚀性能 软磁特性等 是一类很有发展前途的新型金属材料 Fe基非晶合金涂层 含Si B Cr Ni等 涂层各区域的组织均匀一致 涂层致密度高 孔隙率低 氧化物含量较少 并具有很高的硬度 显微硬度在530 790HV0 1范围内 涂层与基材结合良好 Xi anJiaotongUniversity SchoolofMater Sci Eng 涂层表面结构 Xi anJiaotongUniversity SchoolofMater Sci Eng 等离子喷涂陶瓷涂层硬度 对于承受磨粒磨损工矿的零部件 耐磨损性能与表面硬度有直接的关系 一般硬度越高 耐磨损性能越优越 磨粒 材料小于1 3即可 涂层显微维氏硬度成为表征其性能的重要参数 下表列出了等离子喷涂各种涂层的硬度 Xi anJiaotongUniversity SchoolofMater Sci Eng 涂层的硬度对耐磨损性能的影响 涂层的硬度也对耐磨损性能有影响 涂层的硬度值越高 磨粒磨损的耐磨性能越好 Xi anJiaotongUniversity SchoolofMater Sci Eng 涂层组织结构对耐磨损性的影响 一般认为涂层硬度约高 其耐磨损性能越好 由于等离子喷涂陶瓷涂层多孔 具有层状结构 且层间结合有限 因此其磨损特性除了与硬度有关外 还将受涂层层状结构特征的显著影响 当载荷较大而导致磨损机制以粒子问脱落为主时 层问结合也将对磨粒磨损产生显带影响 但低应力水平的磨损将主要受材料硬度的影响 Xi anJiaotongUniversity SchoolofMater Sci Eng 等离子喷涂功率对涂层性能的影响 Xi anJiaotongUniversity SchoolofMater Sci Eng 等离子喷涂功率对WC基材料的影响 选择合适的功率是很重要的 例如 在TiC4钛合金表面喷涂WC基耐磨制备 当喷涂功率25kw时 涂层中WC颗粒的含量大于45 同时结合强度能够达到61MPa 当喷涂功率为20kW时 喷潦材料粒子熔化不充分当喷涂功率为30kW时 wc颗粒烧损严重 潦层中WC颗粒含量降至38 Xi anJiaotongUniversity SchoolofMater Sci Eng 喷涂距离对涂层性能的影响 由于涂层中存在空隙 孔隙率的增加不仅降低涂层硬度 从而降低耐磨损性 而且使显微硬度值存在较大的分散 数据变动率一般接近15 喷涂距离对层间结合的影响 Xi anJiaotongUniversity SchoolofMater Sci Eng 基体预热温度对涂层性能的影响 粒子温度是控制界面结合的关键因素 控制粒子沉积前的表面温度 Xi anJiaotongUniversity SchoolofMater Sci Eng 热传导率对耐磨损性的影响 在磨损条件下 摩擦副的相对运动不可避免使接触表面区域温度升高 因此 涂层材料的高温硬度与热传导率