空气等离子喷涂纳米氧化铝涂层组织、性能研究
发布时间：2021-03-21 09:28
本文采用压缩空气作为大气等离子喷涂的工作气体,取代传统的氩-氢为工作气体的大气等离子喷涂,分别喷涂了团聚纳米和传统微米氧化铝粉末,制备了相应的涂层。研究了气体流量、工作电流对空气等离子射流的影响以及对传统微米、纳米结构氧化铝涂层微观组织、相结构、性能的影响。利用X射线衍射定量分析方法对传统微米、纳米团聚氧化铝涂层中α-A12O3和γ-A12O3的相对含量进行了定量分析计算,确定了在不同气体流量、工作电流条件下粉体的熔化程度。通过测量低载荷下的维氏显微硬度,对所制备的涂层进行了 Weibull分布统计。采用高速往复摩擦和弯曲试验,研究了涂层的耐磨性和抗弯曲性能,以及利用空冷法对获得的微米、纳米氧化铝涂层进行抗热冲击性能实验。结果表明,利用空气等离子喷枪喷涂的纳米、微米氧化铝涂层,涂层的相结构均由α-A12O3和γ-A12O3构成。随工作电流的增加,微米、纳米氧化铝熔化程度增加,随气体流量的增加,粉末的熔化程度降低。与传统微米涂层相比,纳米结构涂层的Weibull分布呈现二元结构分布,表明涂层的组织由部分熔化区和熔化区组成。微米氧化铝涂层组织基本由完全熔化区域构成,呈现单一线性结构分布。纳...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２等离子喷涂原理示意图??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｐｌａｓｍａ?ｓｐｒａｙｉｎｇ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ??－－??
?空气等离子喷涂纳米氧化铝涂层组织、性能研宄???第２章实验材料、设备和方法??２．１实验材料??本实验中所采用的喷涂基体为普通低碳钢材，这是由于低碳钢在我国来源广泛，价??格低廉、易切削、强度较高，经过高温热处理时，低碳钢仍能保持一定的塑性、耐磨性??和韧性。因此，在本实验中选取低碳钢作为喷涂基体材料，其尺寸为５０?ｍｍｘ２０ｍｍｘ６??ｍｍ。??本实验所采用的粉末为北京桑尧纳米团聚氧化铝粉末和烧结破碎微米氧化铝粉末，??其中实验所用纳米团聚粉末采用的是喷雾干燥造粒法制备得到的，由原始纳米颗粒经过??团聚－烧结制备成适合喷涂的微米级粉末。纳米团聚粉末及其放大的ＳＥＭ形貌分别如图??２．１?（ａ、ｂ）所示，从图中可以观察出纳米团聚粉末而成的特征，并且纳米粉末之间还包??含一定的孔隙。烧结破碎粉是氧化铝经烧结后破碎成适合喷涂的微米尺寸。其粉末形貌??如图２．１?（ｃ、ｄ）所示，从图中可观察到微米氧化铝粉末颗粒形状不规则且带有棱角。??■圓??图２．１粉体形貌??Ｆｉｇ．２．１?Ｔｈｅ?ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ?ｏｆ?ｆｅｅｄｓｔｏｃｋ?ｐｏｗｄｅｒｓ??－１２－??
?大连海事大学专业学位硕士学位论文???２．２试验设备??实验中采用的空气等离子喷涂装置是大连海事大学热喷涂技术中心自主研发空气??等离子喷涂装置，该等离子喷涂装置主要包括分别为空气等离子喷枪、冷却水系统、送??粉器、直流电源控制柜以及气体流量计五个部分构成，如图２．２所示。直流电源的正极??和负极与空气等离子喷枪阳极和阴极相连接，等离子工作气体为压缩空气（通常工作气??体为氩气、氢气、氮气等工作气体），送粉气体为氮气。??ｒ??—??Ｗａｔｅｒ?ＣｏｏｌｉｎＳ??麵隱｜??ｐｍ?ｉ＾ｈｈ?—??ＰＨＷＴＴＢＰ?Ｐｌａ＆ｎｍ?Ｔｏｒｃｈ??：两蕾：麵输『??ＩＫ：?Ｐｏｗｅｒ?Ｓｕｐｐｌｙ?ｆ??Ｐｏｗｄｅｒ?Ｆｅｅｄｅｒ??图２．２大气等离子喷涂设备??Ｆｉｇ．２．２?Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ?ｐｌａｓｍａ?ｓｐｒａｙｉｎｇ?ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ??２．３空气等离子射流光谱测量方法??由于等离子射流具有高温、高速、高导热等特性，因此研宄喷涂过程中的等离子射??流的基本物理特性对于进一步改善涂层质量具有重要意义。现有的等离子诊断手段众??多，大致可分为接触式和非接触式两种。接触式诊断方法的典型代表为热焓探针法，非??接触式诊断方法的典型代表为光谱法。由于发射光谱法使用的仪器操作简单，灵敏度高、??无干扰等优点，本实验中采用光谱法诊断空气等离子射流特性。光谱分析是利用物质的??电磁辐射所形成的光谱来分析测定物质的组成，也是研究物质的原子、分子结构的有力??工具和手段。发射光谱是指当处于激发状态而发生的电磁辐射，其特征谱线称为发射光??谱，它是物质的原子、分子或离子受到外能的激发，由基态或较低的能态跃迁到较
【参考文献】：
期刊论文
[1]大气热喷涂等离子体射流中电子温度和电子密度的测量[J]. 孙成琪,高阳,杨德明,陈振宇. 真空科学与技术学报. 2013(12)
[2]等离子喷涂氧化铝陶瓷涂层研究现状及展望[J]. 张金星,程西云. 热加工工艺. 2013(12)
[3]SEVNB法测试陶瓷材料断裂韧性研究[J]. 胡一文,司文捷,龚江宏. 稀有金属材料与工程. 2011(S1)
[4]Al2O3-TiO2-ZrO2含纳米结构等离子喷涂层的显微硬度及韧性[J]. 高杨,张建新,阎殿然,何继宁,张乾. 材料保护. 2009(12)
[5]过渡材料对等离子喷涂Al2O3梯度陶瓷涂层性能影响[J]. 雷阿利,李高宏,冯拉俊,徐大鹏. 焊接学报. 2007(10)
[6]氧化铝基陶瓷材料断裂韧性的测量与评价[J]. 李大梅,尤显卿,许育东,刘宁,石敏. 硬质合金. 2004(04)
[7]金属基陶瓷涂层的制备、应用及发展[J]. 周健儿,李家科,江伟辉. 陶瓷学报. 2004(03)
[8]陶瓷涂层材料的应用与发展[J]. 张景德,尹衍升,李静,张虹. 机械工程材料. 2002(11)
[9]表面工程与热喷涂技术及其发展[J]. 徐滨士,李长久,刘世参,马世宁. 中国表面工程. 1998(01)
本文编号：3092631
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２等离子喷涂原理示意图??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｐｌａｓｍａ?ｓｐｒａｙｉｎｇ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ??－－??
?空气等离子喷涂纳米氧化铝涂层组织、性能研宄???第２章实验材料、设备和方法??２．１实验材料??本实验中所采用的喷涂基体为普通低碳钢材，这是由于低碳钢在我国来源广泛，价??格低廉、易切削、强度较高，经过高温热处理时，低碳钢仍能保持一定的塑性、耐磨性??和韧性。因此，在本实验中选取低碳钢作为喷涂基体材料，其尺寸为５０?ｍｍｘ２０ｍｍｘ６??ｍｍ。??本实验所采用的粉末为北京桑尧纳米团聚氧化铝粉末和烧结破碎微米氧化铝粉末，??其中实验所用纳米团聚粉末采用的是喷雾干燥造粒法制备得到的，由原始纳米颗粒经过??团聚－烧结制备成适合喷涂的微米级粉末。纳米团聚粉末及其放大的ＳＥＭ形貌分别如图??２．１?（ａ、ｂ）所示，从图中可以观察出纳米团聚粉末而成的特征，并且纳米粉末之间还包??含一定的孔隙。烧结破碎粉是氧化铝经烧结后破碎成适合喷涂的微米尺寸。其粉末形貌??如图２．１?（ｃ、ｄ）所示，从图中可观察到微米氧化铝粉末颗粒形状不规则且带有棱角。??■圓??图２．１粉体形貌??Ｆｉｇ．２．１?Ｔｈｅ?ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ?ｏｆ?ｆｅｅｄｓｔｏｃｋ?ｐｏｗｄｅｒｓ??－１２－??
?大连海事大学专业学位硕士学位论文???２．２试验设备??实验中采用的空气等离子喷涂装置是大连海事大学热喷涂技术中心自主研发空气??等离子喷涂装置，该等离子喷涂装置主要包括分别为空气等离子喷枪、冷却水系统、送??粉器、直流电源控制柜以及气体流量计五个部分构成，如图２．２所示。直流电源的正极??和负极与空气等离子喷枪阳极和阴极相连接，等离子工作气体为压缩空气（通常工作气??体为氩气、氢气、氮气等工作气体），送粉气体为氮气。??ｒ??—??Ｗａｔｅｒ?ＣｏｏｌｉｎＳ??麵隱｜??ｐｍ?ｉ＾ｈｈ?—??ＰＨＷＴＴＢＰ?Ｐｌａ＆ｎｍ?Ｔｏｒｃｈ??：两蕾：麵输『??ＩＫ：?Ｐｏｗｅｒ?Ｓｕｐｐｌｙ?ｆ??Ｐｏｗｄｅｒ?Ｆｅｅｄｅｒ??图２．２大气等离子喷涂设备??Ｆｉｇ．２．２?Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ?ｐｌａｓｍａ?ｓｐｒａｙｉｎｇ?ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ??２．３空气等离子射流光谱测量方法??由于等离子射流具有高温、高速、高导热等特性，因此研宄喷涂过程中的等离子射??流的基本物理特性对于进一步改善涂层质量具有重要意义。现有的等离子诊断手段众??多，大致可分为接触式和非接触式两种。接触式诊断方法的典型代表为热焓探针法，非??接触式诊断方法的典型代表为光谱法。由于发射光谱法使用的仪器操作简单，灵敏度高、??无干扰等优点，本实验中采用光谱法诊断空气等离子射流特性。光谱分析是利用物质的??电磁辐射所形成的光谱来分析测定物质的组成，也是研究物质的原子、分子结构的有力??工具和手段。发射光谱是指当处于激发状态而发生的电磁辐射，其特征谱线称为发射光??谱，它是物质的原子、分子或离子受到外能的激发，由基态或较低的能态跃迁到较
【参考文献】：
期刊论文
[1]大气热喷涂等离子体射流中电子温度和电子密度的测量[J]. 孙成琪,高阳,杨德明,陈振宇. 真空科学与技术学报. 2013(12)
[2]等离子喷涂氧化铝陶瓷涂层研究现状及展望[J]. 张金星,程西云. 热加工工艺. 2013(12)
[3]SEVNB法测试陶瓷材料断裂韧性研究[J]. 胡一文,司文捷,龚江宏. 稀有金属材料与工程. 2011(S1)
[4]Al2O3-TiO2-ZrO2含纳米结构等离子喷涂层的显微硬度及韧性[J]. 高杨,张建新,阎殿然,何继宁,张乾. 材料保护. 2009(12)
[5]过渡材料对等离子喷涂Al2O3梯度陶瓷涂层性能影响[J]. 雷阿利,李高宏,冯拉俊,徐大鹏. 焊接学报. 2007(10)
[6]氧化铝基陶瓷材料断裂韧性的测量与评价[J]. 李大梅,尤显卿,许育东,刘宁,石敏. 硬质合金. 2004(04)
[7]金属基陶瓷涂层的制备、应用及发展[J]. 周健儿,李家科,江伟辉. 陶瓷学报. 2004(03)
[8]陶瓷涂层材料的应用与发展[J]. 张景德,尹衍升,李静,张虹. 机械工程材料. 2002(11)
[9]表面工程与热喷涂技术及其发展[J]. 徐滨士,李长久,刘世参,马世宁. 中国表面工程. 1998(01)
本文编号：3092631
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