H13鋼表面等離子噴涂納米AI2O3-TiO2陶瓷涂層的制備及性能研究.pdf

1、H13鋼是最具有代表性且使用最廣泛的熱作模具鋼，被廣泛用來制造熱鍛模具、熱擠壓模具和有色金屬壓鑄模具等。H13鋼模具在工作狀況下，需長時間與高溫熔融金屬液接觸，造成其失效形式主要為熱磨損和熱疲勞。因此如何改善H13鋼的使用性能，提高H13鋼的使用壽命成為一個亟需解決的問題。等離子噴涂制備的陶瓷涂層具有優(yōu)異的耐摩擦磨損、抗氧化、抗熱震等優(yōu)良性能，可以對金屬部件提供全方位的有效保護，被廣泛應用于各種領域。本課題擬通過等離子噴涂技術在H13熱

2、作模具鋼表面制備納米結構Al2O3/TiO2陶瓷涂層，從而改善H13鋼的性能，提高其使用壽命。
　　 本課題將納米表面工程技術與等離子噴涂技術相結合，制備納米結構Al2O3/TiO2陶瓷涂層，并研究等離子噴涂納米結構涂層的形成機理，分析涂層成分及微觀結構對涂層性能的影響，獲得H13鋼表面制備納米結構Al2O3/TiO2陶瓷涂層的最佳工藝參數(shù)。采用等離子噴涂技術成功在H13鋼表面制備納米結構Al2O3/TiO2陶瓷涂層，通過相關試

3、驗數(shù)據(jù)表明納米陶瓷涂層改善了H13鋼表面硬度、耐摩擦磨損、抗高溫氧化等性能，提高了H13熱作模具鋼的使用壽命。本文的主要工作和成果如下：
　　 1．采用大氣等離子噴涂技術成功在H13鋼表面制備了納米結構Al2O3/TiO2陶瓷涂層，納米結構陶瓷涂層中Al2O3由α-Al2O3和γ-Al2O3相組成，TiO2以紅金石相存在，另外涂層中還存在AlN等成分；
　　 2．納米結構Al2O3/TiO2陶瓷涂層組織呈層片狀結構，由完

4、全熔化區(qū)、部分熔化區(qū)和分散的納米結構顆粒共同組成，TiO2的添加有助于改善涂層的氣孔數(shù)、孔隙大小及數(shù)量，有助于改善涂層的致密度，提高涂層的質量；
　　 3．等離子噴涂制備的納米Al2O3/TiO2陶瓷涂層的顯微硬度平均約為1135HV，涂層與基體的結合力約為66.1N，涂層的顯微硬度和結合強度隨噴涂功率的提高而略有增加，顯微硬度隨TiO2含量增加而降低，涂層與基體的結合強度隨TiO2含量增加而提高；
　　 4．適當?shù)膰娡?/p>

5、功率有助于改善納米Al2O3/TiO2陶瓷涂層的耐摩擦磨損、抗氧化和抗熱震性能，在噴涂功率為40kw制備的納米AT20陶瓷涂層具有最佳的抗氧化性能。噴涂功率為35kw制備的涂層具有最佳的抗熱震性能，TiO2含量的增加有助于改善涂層的抗氧化及抗熱震性能；
　　 5. H13熱作模具鋼表面采用等離子噴涂功率為35kw制備的納米Al2O3·40wt％TiO2陶瓷涂層可以獲得結合強度、耐摩擦磨損、抗氧化及抗熱震等綜合性能較優(yōu)的涂層；