钛合金表面复合陶瓷涂层制备及其抗冲蚀磨损试验研究

论文摘要

本文研究了几种制备于钛合金表面的复合陶瓷涂层的抗冲蚀性能,用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）和X射线衍射仪（XRD）分析了涂层的表面形貌、微观组织及相组成,并结合冲蚀形貌和涂层冲蚀失重曲线对各种涂层抗冲蚀机理进行了探讨。主要内容如下:1、研究了等离子喷涂和等离子喷涂-激光重熔复合工艺制备的常规和纳米结构Al2O3+13wt.%TiO2复合陶瓷涂层的组织结构,结果表明,常规涂层为典型的等离子喷涂层状结构,纳米结构涂层则由纳米颗粒完全熔化区和部分熔化区两部分组成;由于受到激光功率、能量密度、陶瓷导热系数和涂层厚度等因素的综合影响,经激光重熔后,形成有致密细小晶粒的重熔区、烧结区和残余等离子喷涂区;由于激光快速加热和快速冷却的加工特点,在激光重熔纳米结构涂层的重熔区仍保留了部分原等离子喷涂过程中的残留纳米粒子。2、研究分析了Al2O3+13wt.%TiO2复合陶瓷涂层的显微硬度和抗冲蚀性能,结果表明,与常规等离子喷涂陶瓷涂层相比,纳米结构涂层可在一定程度上提高其硬度,经过激光重熔后其硬度进一步提高,因此激光重熔纳米结构涂层具有最高的硬度;四种陶瓷涂层的冲蚀失重随着攻角的增大而增大,都显示为脆性冲蚀。在重熔前,纳米陶瓷涂层由于纳米粒子的作用,抗冲蚀性能优于常规陶瓷涂层;重熔后,纳米陶瓷涂层的抗冲蚀性能依然优于常规涂层,但重熔后涂层相对于同类的喷涂涂层来说,冲蚀初期重熔层抗冲蚀性能较好,随着冲蚀时间的增加,重熔层的失重超过了喷涂涂层的失重。另外,各种涂层的失重都随着冲蚀速度的增加而增大。3、研究了等离子喷涂Ni/WC涂层组织结构及抗冲蚀性能,涂层微观形貌表明由于镍的加入,涂层层间结合更加紧密,表面也相对更平整,而且涂层表面没有裂纹。冲蚀结果表明,随着攻角的增加涂层的冲蚀失重先增加后减少,表现为类塑性冲蚀特征。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 冲蚀磨损机理概述
• 1.2.1 冲蚀的定义及其影响参数
• 1.2.2 冲蚀理论和模型
• 1.3 纳米陶瓷涂层概述
• 1.3.1 纳米材料
• 1.3.2 陶瓷材料
• 1.3.3 纳米陶瓷涂层
• 1.4 国内外抗冲蚀涂层研究现状
• 1.5 本文研究的内容
• 第二章 制备涂层工艺及实验方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 基体材料
• 2.1.2 涂层材料
• 2.2 等离子喷涂技术
• 2.2.1 等离子喷涂技术原理及特点
• 2.2.2 等离子喷涂设备
• 2.2.3 等离子喷涂工艺参数的选择
• 2.3 激光重熔技术
• 2.3.1 激光重熔技术原理及特点
• 2.3.2 激光重熔设备
• 2.3.3 激光重熔工艺参数的选择
• 2.4 冲蚀设备及冲蚀实验
• 2.5 本章小节
• 第三章 复合陶瓷涂层微观组织形貌分析
• 3.1 常规陶瓷涂层微观形貌分析
• 3.1.1 等离子喷涂常规陶瓷涂层微观形貌分析
• 3.1.2 激光重熔等离子喷涂常规陶瓷涂层微观形貌分析
• 3.2 纳米陶瓷涂层微观形貌分析
• 3.2.1 等离子喷涂纳米陶瓷涂层微观形貌分析
• 3.2.2 激光重熔等离子喷涂纳米陶瓷涂层微观形貌分析
• 3.3 涂层试样XRD 物相分析
• 3.3.1 常规陶瓷涂层的物相分析
• 3.3.2 纳米陶瓷涂层的物相分析
• 3.4 本章小节
• 第四章 复合陶瓷涂层冲蚀性能分析
• 4.1 涂层显微硬度检测分析
• 4.1.1 涂层表面显微硬度检测
• 4.1.2 涂层横截面显微硬度检测
• 4.2 涂层冲蚀性能测试
• 4.2.1 等离子喷涂陶瓷涂层冲蚀实验
• 4.2.2 激光重熔后陶瓷涂层冲蚀实验
• 4.2.3 冲蚀速度对涂层冲蚀性能的影响
• 4.2.4 冲蚀颗粒对涂层冲蚀性能的影响
• 4.3 本章小节
• 第五章 Ni/WC 涂层组织及抗冲蚀性能分析
• 5.1 Ni/WC 粉末特性及涂层的制备
• 5.2 等离子喷涂Ni/WC 涂层微观形貌分析
• 5.3 Ni/WC 涂层冲蚀性能分析
• 5.4 本章小节
• 第六章 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文