等离子喷涂cr2o3涂层

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1、第十一届国际热喷涂研讨会论文(ITSS’2008)第十二届全国热喷涂年会论文(CNTSC’2008)等离子喷涂Cr2O3涂层①苏啟胡滨俞淑延张虎寅堵新心（北京钢铁研究总院100081）摘要:阐述了等离子喷涂Cr2O3涂层的工艺试验结果。对涂层进行了应力分析。分析了涂层裂纹的产生及其控制。对涂层的后加工和废品的产生进行了说明并提供了磨加工制度。关键词等离子喷涂Cr2O3涂层应力裂纹等离子喷涂Cr2O3涂层硬度高，摩擦系数小，耐磨和抛光性能好，并且化学性能稳定。它适用于540℃以下耐磨粒磨损、硬面磨损及颗粒冲蚀、气蚀的零件；250℃以下化学介质中使用的零部件的抗腐蚀磨损涂

2、层；耐纤维磨损涂层；远红外及热辐射涂层。它在机械、石油化工、航空及纺织工业等部门得到了较广泛的应用。在开展等离子喷涂Cr2O3涂层的工艺及应用研究的基础上，为了解决在特定的使用条件下，涂层密封环的时效裂纹问题，进一步改进了涂层设计，进行工艺优化并对涂层进行了应力分析，后加工工艺的制定。使其能经受住室温—液氮、沸水—液氮以及部件地面试车和台架试车的考验，满足了使用要求。一、等离子喷涂Cr2O3涂层的工艺试验实际使用条件要求Cr2O3涂层在液氢和液氮的深冷条件下工作，因此，涂层部件必须具有良好的耐热冲击性能，应用N1Al、Ni、Cr2O3组合成四组涂层机构进行试验。涂层的

3、总厚度为0.43~0.45mm。1、Cr2O3涂层工艺试验（1）粉末及基体材料使用进口Cr2O3粉，粉末纯度99.7%。熔融破碎粉，角块及块状。粉末的粒度分析及颗粒形貌见图1。粉末的能谱分析显示Cr相（见图2），相分析结果主相为Cr2O3，个别Cr峰出现（见图3）。打底层粉末使用具有良好抗氧化性、抗热震性、耐热、耐磨的Ni包Al粉。平均粒度为95.1μm，颗粒形貌见图4。Ni粉为-80+100目。基体材料为镍基变形合金GH16P。（2）喷涂工艺参数喷砂选用-12+26目白刚玉。压缩空气0.6~0.7MPa。因为砂粒状况对基体表面影响很大，必须严格控制。几次试验调整后，

4、本试验采用新砂，取样的砂粒形貌见图5。喷涂使用我们自行研制的内送粉等离子喷涂设备。工艺参数如表1所示。（3）涂层试验用以上工艺制备的四种涂层试样，先从室温浸入到液氮中（-196℃），经二次试验后，试样没有任何变化。然后，将试样从100℃的沸水中取出，再浸入到液氮里，3#试样浸入2次后边缘处有一小块涂层脱落。4#浸入3次后，中间有一小块涂层脱落。1#和2#样经6次浸入，试样完好，未产生①本文通讯联系人：俞淑延（北京钢铁研究总院北京100081）-56-第十一届国际热喷涂研讨会论文(ITSS’2008)第十二届全国热喷涂年会论文(CNTSC’2008)裂纹。而后，两者再经

5、过2次室温到液氮和2-3次100℃到液氮后，涂层产生裂纹。由此看来，这四种涂层都具有较好的耐热冲击性能。其中1#、2#均能满足密封环的使用要求。图1粉末的粒度分析及颗粒形貌图2Cr2O3粉末的能谱分析图3Cr2O3粉末的相分析-57-第十一届国际热喷涂研讨会论文(ITSS’2008)第十二届全国热喷涂年会论文(CNTSC’2008)图4NiAl粉末颗粒形貌图5喷砂用砂粒颗粒形貌表1喷涂工艺参数项目底层工作层喷枪NHP-08型NHP-08型喷嘴型号NACR工作电压，V6575工作电流，A250400稳弧气体L/minAr，30Ar，30附加气体L/minH2，10H2，

6、21送粉气体L/minAr，14Ar，14冷却气体MPa空气，0.15空气，0.15喷距MM90902、Cr2O3涂层的性能（1）常规性能涂层孔隙度：6.6~6.8%涂层的显微硬度：①Hv100/151047；Hv20/152494-58-第十一届国际热喷涂研讨会论文(ITSS’2008)第十二届全国热喷涂年会论文(CNTSC’2008)②Hv20/15基体过渡层靠近过渡层的涂层涂层内5931648176421956151449219561516482195594基体-底层-涂层横断面形貌如图6所示。1#样。图6涂层形貌涂层的显微组织具有层状结构，见图7。2#样。图7

7、涂层的显微组织，200×-59-第十一届国际热喷涂研讨会论文(ITSS’2008)第十二届全国热喷涂年会论文(CNTSC’2008)相分析结果表明，涂层由Cr2O3相和少量的Cr3O4相组成。见图8。图8涂层的X射线衍射图（2）涂层的结合强度涂层的结合强度试验试样用E7胶粘结，试验后发现涂层由结合处断裂其值为130MPa。说明涂层的结合强度及自身强度高于此值。（3）涂层的磨损性能实验使用ML-10型销盘式磨料磨损试验机，试样尺寸Φ4×20mm，涂层厚度为0.5mm。使用100目砂粒的砂布，载荷为1.5kg，滑动距离8.03m，时间18秒。涂层的失重为