等离子喷涂氧化锆涂层封孔处理的研究现状

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1、等离子喷涂氧化错涂层封孔处理的研究现状摘要本文分析了等离子喷涂氧化鉛涂层中存在孔隙的原因，介绍了降低涂层孔隙率的方法，并指出了未来氧化错涂层封孔技术的发展方向。关键词等离子喷涂，氧化错涂层，封孔处理1前言等离子喷涂技术具有生产效率高、制备涂层质量好、喷涂材料范围广、成本低［1〜7］等优点，因此近些年来其技术和生产应用发展迅猛。等离子喷涂氧化链涂层是一种性能优异的热障涂层，具有优良的耐高温、防腐蚀、高化学稳定性、高硬度等特点，因此被广泛应用于航空、航天或柴油机燃烧室等高温、强腐蚀的工作环境中，可冇效地保护金

2、属基体，起到防腐耐蚀的作用。但是等离子喷涂氧化错涂层并非十分致密，存在许多孔隙［8,9］。而腐蚀介质有可能通过涂层的孔隙对金属基体造成直接腐蚀，引起涂层的剥落，导致设备破坏，造成大量经济损失。为了使等离子喷涂氧化错涂层更有效地服务于恶劣环境，必须对涂层进行封孔处理，以降低涂层的孔隙率，使涂层致密化。2等离子喷涂氧化错涂层中存在孔隙的原因等离了喷涂氧化错涂层与其它涂层的形成机制相似，均由熔融或半熔融的变形粒子堆叠于金属基体表面而形成。变形粒子在堆叠时，并不是完全重叠的，而是交错堆叠的。而且变形粒子飞行速度和

3、温度不同，使不断堆叠起来的粒子呈现出明显的不规则状，这样必然会导致堆叠粒子之间存在缝隙。而在涂层形成过程中，变形粒子从熔融态转变为固态，温度不断下降，这是个快速凝固的过程。这个过程中，从熔融态粒子间析出的气体来不及从粒子堆内逸出，就会在涂层中形成气孔。另外，变形粒子在凝固过程中是会发生收缩的，而收缩速度过快的话，多余液相不能及时补充，就会在涂层中形成孔洞[10]0由于粒子是交错堆叠的，故涂层表面凹凸不平，甚至有未完全熔化的粒子粘附于涂层表面，且涂层表面的气孔也易附着于涂层表面的凹陷处，这些对涂层的致密度也

4、有一定影响。3降低陶瓷涂层表面孔隙率的方法冃前常用的降低涂层孔隙率的办法有热扩散重熔、利用喷涂材料降低孔隙率、改进及改善喷涂工艺、封孔剂封孔等。3.1热扩散重熔热扩散重熔是材料表面改性技术的一种重要方法，是一种利用高能热源将成形涂层重新加热熔化以使涂层致密化的加工工艺，可以消除最初喷涂工序中产生的孔隙并提高涂层耐腐蚀性的能力。重熔可使热喷涂涂层与基体的结合区由原来堆叠的层状组织变为致密和较为均匀的组织，涂层有一定的收缩，孔隙减少甚至消失[11]0涂层熔化时的加热方式有气体燃烧加热、气氛控制炉加热以及高频感

5、应加热等方式，近年来又发展了激光、电子束、等离子束、太阳能等加热方式。火焰重熔必须严格控制过热，电子朿重熔必须在真空室中进行，工件形状受到限制［10］O而激光重熔技术以其高能热源高利用率而愈來愈为人们所使用。A.Petitbon［12］等人用连续波C02激光器对等离子喷涂氧化钻涂层进行重熔，并在重熔过程中添加了氧化铝粉，以形成了A1203-Zr02复合涂层。重熔后涂层的强度明显增大，耐磨性、耐高温腐蚀性明显提高，涂层也更加致密。S.Ahmaniemi［13~16］等人采用激光熔覆法对氧化纟告涂层进行封孔，

6、使氧化错晶体发生晶格畸变，由不稳定相转变为稳定相，显微硬度也有了一定的提高。C.Batista［17］等人用C02或Nd:YAG激光器对氧化错涂层进行激光熔覆，并将熔覆前后的涂层进行对比，发现熔覆后的涂层更加致密，抗氧化性能、耐热腐蚀性能明显提高。Z.Liu［18］采用CO2或Nd:YAG激光器对等离子喷涂氧化鉛涂层进行封孔处理，可以得到光滑致密的涂层，且提高了涂层的机械性能。K.MohammedJasim［19］等人对等离子喷涂的Zr02-20wt%Y203涂层进行激光熔覆，发现等离子喷涂氧化鉛涂层中氧

7、化错品体约90mol%呈c相和约lOinol%呈t相，熔覆后的涂层中c相成分明显增多，基木没有找到L相。向兴华［20］等人在保证梯度涂层的成分分布不被影响的前提下，对等离子喷涂Zr02-NiCoCrAlY梯度涂层进行激光重熔处理。经重熔处理后，Zr()2熔化区形成了致密的结晶组织，其硬度得以大幅度提高，涂层的抗氧化性能得到较大的改善。杨元政［21］等人通过实验研究了添加剂Si02在等离子喷涂陶瓷涂层及其激光重熔中的作用，激光重熔后Zr02涂层明显致密化。从以上例了可以看出，激光熔覆技术可以提供大量高能热源

8、，使氧化错涂层中的不稳定相向稳定相转变，从而提高氧化链涂层的性能。而且激光熔覆技术可将涂层在高热源下熔化，同时也使基材微熔，使产生冶金扩散结合，且重熔层成分均匀，更加致密，提高了涂层耐蚀、耐高温抗氧化等性能。但是，由于激光熔覆后涂层快速凝固，涂层中存在的气体来不及逸出表面，而在熔覆层中产生了气孔。另外，熔覆层内的局部热应力超过材料的强度极限时就会在熔覆层中产生裂纹。这些缺陷的大量存在对于涂层来说都是有害的，另外激光设备价格高昂