等離子噴塗金屬塗層粒子間冶金結合增強與機制的研究

《等離子噴塗金屬塗層粒子間冶金結合增強與機制的研究》是依託西安交通大學，由李長久擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：等離子噴塗金屬塗層粒子間冶金結合增強與機制的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李長久
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

熱噴塗金屬塗層與陶瓷塗層同樣具有層狀結構特徵，其層間有限的結合控制著塗層性能。與氧化物陶瓷塗層不同之處在於，大氣氛中噴塗金屬塗層時金屬粒子表面可能出現氧化膜，使得界面形成金屬冶金結合過程更加複雜。本項目基於等離子噴塗陶瓷粒子形成結合存在臨界溫度的最新研究進展與金屬熔融粒子溫度可大幅度調控的特點，提出了通過真空等離子噴塗實現在有氧化膜、氧化膜厚度可控的條件下沉積扁平粒子，採用FIB制樣與HR-TEM研究金屬粒子界面結構與結合形成規律的思路。研究闡明無氧化膜下沉積溫度對金屬粒子界面結合形成規律與機制、氧化膜厚度對粒子界面結合形成規律與結合性質的影響規律、高溫熔滴碰撞引起同質材料表面微區熔化與分散基體表面氧化膜的規律與機制，揭示金屬熔滴碰撞形成冶金結合機制。為理解至今尚未解決的大幅度提高等離子噴塗金屬塗層粒子界面結合的難題、通過調控粒子界面冶金結合比率顯著提高塗層性能提供新的方法。

結題摘要

本項目的目標為以等離子噴塗金屬塗層粒子界面結合調控規律及其機制為研究對象，在研究闡明無氧化條件下沉積溫度對金屬粒子界面結合形成規律與機制的基礎上，研究氧化膜厚度對粒子界面結合形成規律與結合性質的影響、高溫熔滴碰撞引起同質材料表面微區熔化與分散基體表面氧化膜的規律與機制，揭示金屬熔滴碰撞形成冶金結合的條件與機制，為調控塗層粒子界面冶金結合比率提供依據。 為此，採用NiCr合金粒子在氬氣保護的低壓等離子噴塗環境中沉積扁平粒子，闡明了基體溫度對粒子界面結合形成、界面結構與性質的影響規律，發現即使沉積溫度增加至550oC，粒子與基體結合率仍約為40%，即提高沉積溫度並不能顯著增加界面結合的特徵。通過對基體預氧化控制，闡明了基體表面氧化膜厚度對界面結合的影響規律與影響機制，發現當表面氧化膜增厚而引起粗糙度顯著增加時，將顯著降低界面結合率，而高溫液滴破碎氧化膜是形成冶金結合的條件。闡明了元素蒸發是控制傳統Ni基合金顆粒在等離子焰流中加熱溫度的關鍵因素，而熔滴溫度難以提升又是制約界面冶金結合難以增加的關鍵控制因素；首次提出了採用Mo包覆Ni基合金粒子核殼結構粉末設計大幅度提高熔滴溫度的方法，系統研究基於粉末設計可粒子溫度提升至接近其沸點的高溫，獲得了熔滴碰撞自冶金連線效應，從而使界面結合從傳統的約40%提升至80%以上，由此，提出了基於高溫熔滴創製自冶金連線效應顯著提升粒子界面冶金結合、從而通過等離子噴塗製備以沖蝕行為為代表的力學行為與塊體材料相當的塗層製備方法，進一步發展了結合冷噴塗噴丸緻密化方法實現完全消除NiCrMo塗層貫通孔隙，從而獲得完全耐腐蝕性能的塗層製備方法。 研究結果不僅為理解界面冶金結合的形成規律與機制提供依據，也為解決至今未解決的大幅度提高金屬塗層粒子界面結合的難題、從而顯著提高塗層性能提供了新方法。基於研究成果，已發表論文14篇，其中期刊論文7篇，國際會議論文7篇；申報發明專利3件，其中獲授權2件。