原位反應(yīng)生成Fe-Al-Al2O3梯度涂層及界面結(jié)合機(jī)制研究.pdf

1、材料表面狀態(tài)對(duì)于其性能有重要影響，鋼鐵部件因長期暴露于工作環(huán)境中而造成的表面磨損和腐蝕嚴(yán)重影響其使用壽命。施加表面防護(hù)陶瓷涂層是改善金屬基體性能以及拓寬陶瓷材料應(yīng)用范圍的一條有效途徑，金屬基陶瓷涂層可以彌補(bǔ)金屬材料的不足，有效改善金屬材料的表面性能。Al2O3陶瓷材料以其在摩擦磨損等方面的優(yōu)異性能成為耐磨涂層的理想材料。但是金屬基體與陶瓷涂層之間熱物理性能存在較大差異，噴涂過程中界面處會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，對(duì)涂層結(jié)合強(qiáng)度以及性能產(chǎn)生影響。Fe

2、-Al金屬間化合物的熱物理性能介于陶瓷與金屬之間，可作為過渡層材料以緩解基體與涂層之間的差異，但其室溫韌性不足和成型困難的問題一直是限制其應(yīng)用的關(guān)鍵，本文采用等離子噴涂的方法在噴涂過程中通過Fe/Al核-殼結(jié)構(gòu)復(fù)合粉末原位反應(yīng)生成金屬間化合物從而實(shí)現(xiàn)由金屬基體至陶瓷涂層的有效過渡。
　　 本文以Q235鋼為基體材料，利用等離子噴涂的技術(shù)制備了Fe-Al/Al2O3梯度涂層，利用SEM、XRD等分析測(cè)試手段分析了涂層的顯微結(jié)構(gòu)和相

3、組成，并對(duì)涂層材料的顯微硬度、結(jié)合強(qiáng)度、氣孔率和抗熱震性能進(jìn)行了測(cè)試。通過不同結(jié)構(gòu)涂層的對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在金屬基體與陶瓷層之間實(shí)現(xiàn)成分和結(jié)構(gòu)的梯度化過渡能夠有效提高涂層的使用性能和壽命。
　　 等離子噴涂過渡層的前驅(qū)體Fe/Al核-殼結(jié)構(gòu)復(fù)合粉體通過化學(xué)鍍的方法制備。反應(yīng)以硫酸亞鐵為主鹽，以次亞磷酸鈉為還原劑實(shí)現(xiàn)芯核鋁粉表面鐵的有效沉積而形成核-殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合粉體。通過對(duì)鋁粉活化方式、鍍液pH、溫度、鍍覆時(shí)間以及絡(luò)合劑的研究對(duì)化學(xué)鍍

4、的工藝和參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明:對(duì)鋁粉表面氧化層的堿洗活化可以顯著提高其表面對(duì)化學(xué)鍍反應(yīng)的催化活性，堿洗后的清洗可以有效的減小活化產(chǎn)物對(duì)鐵成核的影響;絡(luò)合劑可以防止鍍液中的主鹽在堿性環(huán)境沉淀，同時(shí)增強(qiáng)鍍液的穩(wěn)定性，延長其使用壽命并提高沉積速率;通過兩步法的二次鍍覆可以明顯提高鍍層的厚度和復(fù)合粉體中的鐵含量，并可有效提高鍍層與基體之間的結(jié)合強(qiáng)度;實(shí)驗(yàn)獲得的優(yōu)化參數(shù)為鍍液pH值9.5～10，鍍覆溫度75～80℃，鍍覆時(shí)間40 min。

5、>　　 采用等離子噴涂的方法在Q235鋼表面制備Fe-Al/Al2O3梯度涂層，通過控制前驅(qū)體Fe/Al復(fù)合粉體與噴涂Al2O3粉體的比例實(shí)現(xiàn)過渡層成分的梯度化，緩解涂層間因熱物理系數(shù)的差異而產(chǎn)生的應(yīng)力集中和結(jié)合強(qiáng)度的下降。依據(jù)不同的梯度差制備了雙層(DC)、三層(TC)和五層(GC)涂層。通過SEM、XRD等測(cè)試手段可得此方法可實(shí)現(xiàn)涂層結(jié)構(gòu)和成分的梯度化。對(duì)涂層的顯微硬度、結(jié)合強(qiáng)度以及抗熱震性的測(cè)試表明，涂層梯度的細(xì)化可有效緩解基體