镁合金等离子喷涂复合及梯度陶瓷涂层的工艺、组织和性能研究
镁合金具有许多优异的性能而得到广泛地应用,如何提高其耐蚀性、硬度、耐磨性和抗高温氧化等性能具有非常重要的现实意义,等离子喷涂陶瓷涂层可以有效地解决这些问题。本文利用大气等离子喷涂(APS)技术在AZ91D镁合金表面喷涂NiCoCrAlY粘结层,然后分别制备了不同比例的80wt％Al2O3+20wt％ZrO2(AZ20)、50wt％Al2O3+50wt％ZrO2(AZ50)、20wt％Al2O3+80wt％ZrO2(AZ80)双层结构的复合陶瓷涂层以及NiCoCrAlY-AZ50梯度陶瓷涂层。利用SEM、EDS、XRD等分析方法和性能测试手段研究了涂层的微观组织结构和性能。利用正交试验设计优化了AZ50复合陶瓷涂层的喷涂工艺参数。 试验表明:影响AZ50涂层结合强度的工艺参数的主次关系为:电源功率>送粉量>主气流量>喷涂距离。涂层结合强度最佳的工艺参数为:电源功率40kW,送粉量13g/min,喷涂距离70mm,主气流量55psi。优化后涂层的结合强度高达32.56MPa。影响 AZ50涂层沉积效率的工艺参数的主次关系为:电源功率>喷涂距离>送粉量>主气流量。涂层沉积效率最优的工艺参数为:电源功率40kW,送粉量13g/min,喷涂距离70mm,主气流量50psi。AZ系复合陶瓷涂层的结合强度随着ZrO2含量和涂层厚度的增加而减小。涂层的拉伸断面均发生在陶瓷层与NiCoCrAlY粘结层的结合处。 AZ系复合陶瓷涂层(双层结构)呈典型的层片状结构,并含有少量的气孔、微裂纹、未熔粒子等缺陷,基体与涂层之间呈机械结合。涂层主要由α-Al2O3,γ-Al2O3, t-ZrO2,t’-ZrO2和c-ZrO2组成。随着AZ系复合涂层中ZrO2含量的增加,涂层中的微裂纹、气孔和疏松组织增多,涂层中的α-Al2O3和γ-Al2O3的衍射峰强度逐渐变弱。 AZ系复合陶瓷涂层(双层结构)的显微硬度存在相当大的分散性,并显著地服从正态分布和Weibull分布。涂层的摩擦系数随着线性速度的增加而增加,随着载荷的增加而减少。涂层的磨损机制为粘着磨损。涂层热震失效包括裂纹的形成、扩展及最终剥落三个阶段,与涂层中的热应力和粘结层的氧化有关。随着AZ系复合陶瓷涂层中ZrO2含量的增加,涂层的结合强度、显微硬度、耐磨性和耐腐蚀性下降,而抗热震性能提高。等离子喷涂AZ系复合陶瓷涂层可以有效地提高镁合金基体的硬度、耐磨性和耐蚀性,经封孔处理后,涂层的耐蚀性更佳。 NiCoCrAlY-AZ50梯度涂层与双层结构的AZ50涂层相比,具有更好的耐蚀性、结合强度和抗热震性能。
镁合金;等离子喷涂;梯度陶瓷涂层;组织结构;性能评价
江苏科技大学
硕士
材料学
芦笙
2012
中文
TG174.442
85
2012-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）