APS制备耐磨涂层.ppt

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1、主要内容n研究背景nAPS 的简介n耐磨涂层的种类n组织结构特征与控制方法 Xian Jiaotong University School of Mater. Sci.& Eng.研究背景磨损磨损机制及分类：磨粒磨损(又称磨料磨损)、粘着磨损、冲蚀磨损、空蚀磨损、微动磨损、接触疲劳磨损与腐蚀磨损等提高磨损抗力的途径：减小压力和摩擦系数、增加硬度、改善润滑条件等Xian Jiaotong University School of Mater. Sci.& Eng.APS 的简介n非转移型等离子电弧n能量密度高、温度高n可以喷涂所有材料n适用范围广Xian Jiaotong University

2、School of Mater. Sci.& Eng.耐磨材料n金属材料：碳钢、低合金钢、马氏体不锈钢、Ni-合金、自熔合金、硬质金属（如Mo)等。n氧化物陶瓷：Al2O3、TiO2 、Cr2O3、 ZrO2；n硬质合金：WC-Co、Cr3C2、MoB2、TiB2等；Xian Jiaotong University School of Mater. Sci.& Eng.金属涂层 n热喷涂金属涂层是研究和应用较早的耐磨涂层，常用的有金属(Mo、Ni)、碳钢和低合金钢、不锈钢和Ni-Cr合金系列涂层 。涂层具有与基体的结合强度较高，耐磨、抗腐蚀性能较好等优点，用于修复磨损件及机械加工超差件 。n铝

3、系合金：活塞环、同步环及气缸等零件 。高碳钢丝、不锈钢(Crl3型、18-8型等)合金丝。 NiCr涂层 ：电站锅炉的过热器管和再热器管的防护涂层 。Xian Jiaotong University School of Mater. Sci.& Eng.陶瓷涂层陶瓷涂层 n优点：具有高熔点、高硬度和良好的耐磨性、耐腐蚀性以及高温稳定性等特点 。n缺点：喷涂陶瓷涂层工艺复杂，成本较高，而且涂层表面容易出现裂纹，抗热疲劳性能不如金属涂层；而且涂层的韧性较差，不能用于承受较大的冲击载荷。 nCr2O3涂层的磨损机理主要为磨粒磨损，在较大载荷下，Cr2O3涂层的磨损呈现脆性断裂特征 A12O3-40%

4、TiO2涂层的磨损机理主要表现为塑性变形和层状剥离 Xian Jiaotong University School of Mater. Sci.& Eng.金属陶瓷n金属陶瓷复合涂层技术，即在塑性的基体上均匀地分布着颗粒形状、尺寸大小适当的陶瓷相，成功地实现金属和陶瓷的优势结合，制备既有金属强度和韧性，又有陶瓷耐高温、耐磨损、耐腐蚀等优点的复合材料 。Cr3C2-NiCr、WC-Co nCr3C2-NiCr ：连续退火线的炉辊、轧钢厂连续生产线上的芯辊、气缸活塞环、缸衬等 。WC基金属陶瓷涂层常用于450以下的磨粒磨损和冲蚀磨损工况 Xian Jiaotong University Schoo

5、l of Mater. Sci.& Eng.非晶态涂层非晶态涂层 n非晶态材料的物理、化学性能常比相应的晶态材料更优异，具有高强度、高韧性、高硬度、高抗蚀性能、软磁特性等，是一类很有发展前途的新型金属材料。nFe基非晶合金涂层(含Si，B，Cr，Ni等)，涂层各区域的组织均匀一致，涂层致密度高，孔隙率低，氧化物含量较少，并具有很高的硬度，显微硬度在530790HV0.1范围内，涂层与基材结合良好 Xian Jiaotong University School of Mater. Sci.& Eng.涂层表面结构Xian Jiaotong University School of Mater.

6、Sci.& Eng.等离子喷涂陶瓷涂层硬度n对于承受磨粒磨损工矿的零部件，耐磨损性能与表面硬度有直接的关系。一般硬度越高，耐磨损性能越优越。磨粒：材料小于1.3即可。涂层显微维氏硬度成为表征其性能的重要参数。下表列出了等离子喷涂各种涂层的硬度。Xian Jiaotong University School of Mater. Sci.& Eng.涂层的硬度对耐磨损性能的影响涂层的硬度也对耐磨损性能有影响：涂层的硬度值越高，磨粒磨损的耐磨性能越好。Xian Jiaotong University School of Mater. Sci.& Eng.涂层组织结构对耐磨损性的影响n一般认为涂层硬度

7、约高，其耐磨损性能越好由于等离子喷涂陶瓷涂层多孔、具有层状结构，且层间结合有限，因此其磨损特性除了与硬度有关外，还将受涂层层状结构特征的显著影响。当载荷较大而导致磨损机制以粒子问脱落为主时，层问结合也将对磨粒磨损产生显带影响，但低应力水平的磨损将主要受材料硬度的影响。Xian Jiaotong University School of Mater. Sci.& Eng.等离子喷涂功率对涂层性能的影响Xian Jiaotong University School of Mater. Sci.& Eng.等离子喷涂功率对WC基材料的影响n选择合适的功率是很重要的。例如：在TiC4钛合金表面喷涂WC

8、基耐磨制备。当喷涂功率25kw时，涂层中WC颗粒的含量大于45同时结合强度能够达到61MPa；n当喷涂功率为20 kW时，喷潦材料粒子熔化不充分n当喷涂功率为30kW时wc颗粒烧损严重，潦层中WC颗粒含量降至38。Xian Jiaotong University School of Mater. Sci.& Eng.喷涂距离对涂层性能的影响n由于涂层中存在空隙。孔隙率的增加不仅降低涂层硬度，从而降低耐磨损性，而且使显微硬度值存在较大的分散，数据变动率一般接近15喷涂距离对层间结合的影响Xian Jiaotong University School of Mater. Sci.& Eng.基体预

9、热温度对涂层性能的影响粒子温度是控制界面结合的关键因素，粒子温度是控制界面结合的关键因素，控制粒子沉积前的表面温度表面温度Xian Jiaotong University School of Mater. Sci.& Eng.热传导率对耐磨损性的影响n在磨损条件下，摩擦副的相对运动不可避免使接触表面区域温度升高，因此，涂层材料的高温硬度与热传导率对其耐磨损性能也将产生显著影响。为几种典型氧化物陶瓷涂层的热度扩散系数Xian Jiaotong University School of Mater. Sci.& Eng.谢谢！Xian Jiaotong University School of Mater. Sci.& Eng.