等離子噴涂技術(shù)在耐磨涂層、耐蝕涂層等傳統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用

等離子噴涂技術(shù)在耐磨涂層、耐蝕涂層等傳統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)較為廣泛，從上世紀(jì)50 年代至今，其應(yīng)用領(lǐng)域由航空、航天擴(kuò)展到了鋼鐵工業(yè)、汽車制造、石油化工、紡織機(jī)械、船舶等領(lǐng)域。近年來等離子噴涂技術(shù)在**領(lǐng)域如納米涂層材料、梯度功能材料、**導(dǎo)涂層、生物功能涂層等方面的應(yīng)用研究漸漸受到人們的重視。 接下來和壹佰一起了解一下。
1、 納米涂層材料
zhu 等采用真空等離子噴涂制備了納米wc/co 涂層。發(fā)現(xiàn)涂層硬度、韌性和耐磨性較常規(guī)涂層都有較大的改善，在40～60n 載荷下，納米wc/co涂層磨損率僅為常規(guī)涂層的1/6。connecticut 大學(xué)等對等離子噴涂納米結(jié)構(gòu)al2o3-tio2 系涂層進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，包括納米粉末噴霧干燥團(tuán)聚重構(gòu)、等離子噴涂工藝參數(shù)優(yōu)化、工藝診斷、模擬以及涂層結(jié)構(gòu)與性能的分析，表明涂層具有雙態(tài)顯微結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出*特的優(yōu)異性能。與對應(yīng)的常規(guī)涂層相比，結(jié)合強(qiáng)度增強(qiáng)100 %，磨粒磨損抗力提高300%，壓痕開裂抗力、彎曲和杯突試驗表現(xiàn)的剝落抗力要高得多。中國上海硅酸鹽研究所祝迎春等人研究了等離子噴涂過程中納米tio2 的結(jié)構(gòu)變化和粒子注入特性。研究發(fā)現(xiàn)，tio2 納米顆粒由無定型轉(zhuǎn)化為銳鈦礦結(jié)構(gòu)和金紅石結(jié)構(gòu)。涂層表現(xiàn)出良好的li + 注入電流和電化學(xué)穩(wěn)定性。陳煌等利用大氣等離子噴涂技術(shù)在不銹鋼基體上制備了氧化鋯納米涂層。獲得的涂層結(jié)構(gòu)致密，孔隙率約為7%，涂層和基體間的結(jié)合強(qiáng)度為45mpa，明顯**傳統(tǒng)氧化鋯涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度。
2、 梯度功能材料(fgms)
等離子噴涂制備梯度功能材料是目前材料學(xué)中倍受關(guān)注的研究領(lǐng)域之一，其研究范圍主要為梯度功能材料的設(shè)計、制備和性能評價三個方面。由于等離子焰流溫度高，特別適用于噴涂難熔金屬、陶瓷和復(fù)合材料涂層，這就為功能梯度材料的發(fā)展提供了較廣闊的空間。目前以nicraly作為中間層向金屬上涂覆zro2 涂層成為大多數(shù)等離子噴涂fgms 結(jié)構(gòu)研究的熱點，已建立起很好的制備工藝。另外，已被研究的其他它體系還包括：cu/w 和cu/b4c、與al2o3-cr2o3 結(jié)合的ni 基合金、具有cocraly 或nicocraly的zro2、具有mo 的tic、具有ysz 涂層的ni-20%cr、ni/al2o3、wc/co 等。k.a.khor 等人對ysz/nicocraly體系的研究表明，與傳統(tǒng)的雙層材料相比，功能梯度涂層具有較優(yōu)異的性能。得到的fgm涂層的結(jié)合強(qiáng)度為18mpa，雙層涂層僅為9mpa，而涂層的抗熱循環(huán)壽命fgm涂層是雙層涂層的6倍。sudarshanrangaraj 等設(shè)計了五種不同成分的ysz 梯度涂層，研究了涂層設(shè)計對ysz 涂層性能的影響，結(jié)果表明莫來石(mullite)成分的添加會降低涂層表面裂紋生長驅(qū)動力。
3 、**導(dǎo)涂層
等離子噴涂弧溫很高，特別適用于噴涂復(fù)合氧化物陶瓷，不需要保護(hù)氣氛，能夠噴涂具有復(fù)雜形狀的**導(dǎo)制件，沉積效率高，容易制備厚膜涂層和大面積涂層。適于等離子噴涂的**導(dǎo)陶瓷涂層材料主要有yba2cu3o7- x(ybco) 和bi2sr2cu2cao。ybco是一種典型的**導(dǎo)材料，臨界溫度為94k。等離子噴涂的ybco 涂層由于噴涂過程中材料的氧損失，涂層結(jié)構(gòu)中的孔隙、裂紋和粒子間的不均勻接觸等不均勻性，使涂層并不具有**導(dǎo)特性。只有對涂層在氧氣或空氣氣氛中進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?，使涂層形成致密、均勻且較穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)，才能獲得**導(dǎo)性。ybco 涂層的熱處理條件為920℃×1h，降至400℃再保溫1h。當(dāng)將bi2sr2cu2caoy 陶瓷從高溫急冷或淬冷后，它會產(chǎn)生**導(dǎo)態(tài)。這一特性對等離子噴涂具有特別的意義，因為等離子噴涂能使涂層材料獲得高達(dá)106℃/s的急冷冷卻速率，只要調(diào)整好等離子噴涂條件和工藝參數(shù)，很容易使bi2sr2cu2caoy 的噴涂態(tài)涂層具有**導(dǎo)特性。
4 、生物功能涂層
等離子噴涂技術(shù)是制備醫(yī)用生物涂層材料的有效方法。將特定組分的粉末材料經(jīng)高溫熔化后沉積于金屬人工骨植入物表面，形成以韌性金屬為骨架，表面有陶瓷涂層的人工骨與人工關(guān)節(jié)，此方法充分發(fā)揮了金屬和陶瓷兩類材料的優(yōu)點。國內(nèi)外對等離子噴涂羥基磷灰石(ha)涂層和鈦涂層的研究報導(dǎo)較多，并成功地應(yīng)用于臨床試驗。羥基磷灰石涂層對生物體無毒，耐體液腐蝕，且對生物體組織有良好的適應(yīng)性和親和性，耐長期運(yùn)動過程中的磨損，有足夠的力學(xué)性能。鈦質(zhì)植入體具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，并且與組織結(jié)合良好，與體液相容。用真空等離子噴涂在不銹鋼牙根和接骨板上噴涂鈦涂層在臨床上已有成功的應(yīng)用，這些涂層既利用了不銹鋼的強(qiáng)度，又利用了鈦涂層的生物相容性，防止不銹鋼中有毒元素的釋放。我國的上海硅酸鹽研究所在生物涂層材料的研究方面也**了較好的進(jìn)展。
5、其它應(yīng)用
等離子噴涂時熔粒的冷卻速度可達(dá)105～106k/s，這種高速冷卻可在涂層中產(chǎn)生非晶態(tài)相的組織結(jié)構(gòu)。大氣等離子噴涂fe基非晶合金粉末(含si、b、cr、ni 等)制備的高非晶含量的fe基非晶合金涂層致密度高、孔隙率低、氧化物含量少，其顯微硬度在hv0.1700～950內(nèi)，結(jié)合強(qiáng)度在27mpa以上。等離子噴涂壓電陶瓷涂層用于制作壓電元件*粘貼，尤其適用于大面積壓電傳感元件和壓電作功元件陣列的制作。另外大氣等離噴涂技術(shù)在制備固體氧化物燃料電池(sofc)方面也有相關(guān)的研究和報道。
等離子噴涂技術(shù)是目前廣泛使用的材料表面涂層技術(shù)，該工藝沉積速度快，生產(chǎn)效率高，廣泛應(yīng)用于航空航天，可植入醫(yī)療器械，汽車等領(lǐng)域，市場應(yīng)用前景廣闊。
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