电弧喷涂固液复合工艺研究

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1、电弧喷涂固液复合工艺研究重庆大学硕士学位论文(专业学位)学生姓名：金通指导教师：赵建华教授学位类别：工程硕士（材料工程领域）重庆大学材料科学与工程学院二O一五年五月Studyofsolid-liquidbondingofarcsprayingAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheProfessionalDegreeByJinTongSupervisedbyProf.ZhaoJianhuaSpecialty：ME(MaterialEngineeringField)Coll

2、egeofMaterialScienceandEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay2015重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要热喷涂作为表面工程领域里应用最多的技术之一，具有施工灵活，实用性强，应用面广，生产效率高等特点，在防腐、耐磨等领域得到广泛运用。但热喷涂涂层与基体结合方式一般是机械结合，很容易发生涂层剥落，限制了热喷涂技术的应用。为了提高涂层和基体的结合强度，本文采用复合铸造的技术来实现基体和涂层之间的冶金结合。首先通过热喷涂技术在型芯表面喷涂一层涂层，将熔融的金属液浇注到模具中实现涂层和基体的结合，该方法改变了传统热

3、喷涂工艺先有产品本体后有喷涂层的观念束缚，为涂层和基体的连接提供了一种全新的思路。本文通过控制基体材料、预处理、铸造过程和后处理工艺，研究界面的结合情况，得到如下结果和结论：①通过固液复合铸造的方法，成功制备出了具有冶金结合界面的Al/Al、Al/A356和Al/AZ91复合铸件，说明该方法具有可行性并可应用于多种材料。②铝涂层表面氧化膜对界面的结合有重要的影响。在铝基体和铝涂层液固复合的过程中，该氧化膜将阻碍界面间的润湿，对涂层进行表面处理破碎这层氧化膜将促进界面生成冶金结合界面。在镁合金基体和铝涂层液固复合过程中，镁合金液可以与氧化膜发生反应而破碎该氧化膜，实现界面间的润湿，形成冶金

4、结合界面。③界面两侧的元素对基体与涂层的结合产生重要的影响。和纯铝基体相比，A356基体中Si、Mg元素降低界面间的润湿角和合金熔点，促进界面的冶金结合，并在界面形成一个过渡区域。AZ91熔液中Mg可与铝涂层表面氧化物反应，并进行相互扩散，在界面形成三个扩散层，实现冶金结合。④随着浇注温度的升高，涂层和基体的结合方式由机械结合逐渐转化为冶金结合。一方面，温度的升高有利于界面间的润湿，另一方面，升高温度可增加界面间液固复合的时间，促进界面间发生熔合和扩散作用。⑤对于机械结合界面，热处理难以改变其结合状态。对于冶金结合界面，热处理可使基体组织更加细小，涂层和基体组织过渡更加平缓，增加扩散区域

5、宽度。⑥对冶金结合界面的组织和成分进行了观察分析。纯铝涂层存在大量的片层状氧化物，这些氧化物之间的组织与纯铝基体一致并连为一体。铝涂层与A356的结合界面出现一个过渡区域，该区域组织比较细小。铝涂层和AZ91界面出现三个扩散层，这三个扩散层分别为Al12Mg17+（Mg）、Al12Mg17和Al3Mg2+氧化物。⑦涂层和基体的结合机制可分为三个过程：润湿、熔合和扩散、渗透。润湿是实现冶金结合的先决条件，涂层表面状态、元素、温度等因素将影响界面润湿I重庆大学硕士学位论文中文摘要角。熔合和扩散将决定界面过渡层的宽度，温度和界面元素是主要影响因素。涂层喷涂工艺影响涂层孔隙率，使金属液渗透到涂

6、层中。关键词：电弧喷涂，复合铸造，界面，冶金结合，润湿II重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTThermalsprayingisknownasoneofthemostwidelyusedsurfaceengineeringtechnology,thistechnologyhastheadvantageofflexibleprocess,extensiveapplication,highproductivity,etc.,whichmakesitwidelyusedinindustrysectorsuchascorrosionpreventionandwear-resisting.

7、However,duetoitsowntechnicalcharacter,themainbondingstatusismechanicalinterlockingfromcoatingwedgingtothesubstrate,whichleadstoalowbondingstrengthbetweencoatingandsubstrate.Thisdisadvantagelimitstheindustrialapplicatio