反應(yīng)等離子噴涂陶瓷涂層的研究

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1、反應(yīng)等離子噴涂陶瓷涂層的研究反應(yīng)等離子噴涂陶瓷涂層的研究*河北工業(yè)大學(xué)(300130)解永杰閻殿然何繼寧李香芝董艷春馮文然【摘要】采用等離子噴槍與自行研制的反應(yīng)室,通過噴涂Ti粉在反應(yīng)室內(nèi)實(shí)現(xiàn)Ti—N.反應(yīng),制備出TiN陶瓷涂層,并對(duì)該涂層的微觀結(jié)構(gòu),涂層的力學(xué)與摩擦,磨損性能進(jìn)行了分析和討論.結(jié)果表明,反應(yīng)等離子噴涂TiN涂層主要由TiN相以及少量Ti的氧化物組成,具有明顯的硬度壓痕尺寸效應(yīng).在無潤(rùn)滑高載荷條件下,反應(yīng)等離子噴涂TiN涂層的耐磨性明顯高于淬火M2鋼,且涂層的減摩性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于M2鋼.關(guān)鍵

2、詞等離子噴涂反應(yīng)噴涂TiN涂層InvestigationontheReactivePlasmaSprayedCeramicCoatingsAbstractTiNceramiccoatingwasfabricatedviareactiveplasmaspraying(RPS)withTipowderinreactionchamberwheregeneratedresponsebetweenTiandN2,usingtheself—designedreactionchamberandplasma—spra

3、yinggun.Themicrostructures,themechanicalandfrictionalpropertiesoftheRPSTiNcoatingwereanalyzedanddiscussed.Theresultsshowthattheas—depositedcoatingmainlycontainedTiNphase,alsoasmallquantitiesofoxidesoftitaniumweredetected.Anobviousindentationsizeeffect(I

4、SE)WSSsurveyedinTiNcoatings.Thewear—resistanceoftheRPSTiNcoatingissignificantlyhigherthanthatofthequenchedM2high—speedsteelunderhighloadwithoutlubricating.TheantifrictionperformanceoftheTiNcoatingisalsomoreexcellentthanM2high—speedstee1.Keywordsplasmasp

5、ray,reactivespray,TiNcoatings中圖分類號(hào):TG174.442文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A傳統(tǒng)等離子噴涂具有焰流溫度高,能量集中,粒子飛行速度快的特點(diǎn)口].自蔓延高溫合成(SHS)是利用化學(xué)反應(yīng)自身放熱制備材料的新技術(shù)],在常規(guī)制備方法難以得到的陶瓷,金屬間化合物等高熔點(diǎn),高性能的材料方面顯示出巨大的優(yōu)越性.將等離子噴涂和自蔓延高溫合成相結(jié)合,充分發(fā)揮2種工藝的優(yōu)點(diǎn),逐漸發(fā)展成為反應(yīng)等離子噴涂.反應(yīng)等離子噴涂的噴涂粉末一般為高放熱反應(yīng)體系,噴涂過程中同時(shí)完成材料的合成與噴涂.目前,利用這一

6、技術(shù)不僅可在基體表面得到多種碳化物,硼化物和氮化物陶瓷涂層以及金屬間化合物涂層,還可制備原位合成的金屬/陶瓷復(fù)合涂層,能夠顯著改善單一陶瓷涂層韌性差的缺點(diǎn),提高涂層的力學(xué)性能].本文以反應(yīng)等離子噴涂TiN陶瓷涂層為例,對(duì)陶瓷涂層的制備及微觀結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行介紹,為進(jìn)一步的研究奠定基礎(chǔ).1實(shí)驗(yàn)方法本實(shí)驗(yàn)采用等離子噴槍及自行設(shè)計(jì)的反應(yīng)室進(jìn)行噴涂.試樣基體為冷軋Q235普通碳鋼板,試樣尺寸約為5mm×20mrn×40mm,待噴表面用砂輪打磨.先在試樣上噴涂自黏性復(fù)合粉末Ni/Al作為粘結(jié)底層,粒度為一14O～

7、+320目,以提高涂層與基體的結(jié)合力.試驗(yàn)用Ti粉牌號(hào)為TiMp一1,由北京有色金屬研究總院生產(chǎn),粒度為一300目以下.試驗(yàn)用純N.氣由天津天重公司生產(chǎn),純度為99.995%.借助PHILIPSXL3O/TMP型掃描電子顯微鏡,PHILIPSX'ⅢPertMPD型(銅靶)X一射線衍射儀分析TiN陶瓷涂層的微觀結(jié)構(gòu),用HXD一1000型數(shù)字顯微硬度儀和MM一200型磨損試驗(yàn)機(jī)分別測(cè)取TiN陶瓷涂層的顯微硬度(每種載荷測(cè)至少1o點(diǎn),并去除最高值和最低值,取其平均值)和摩擦性能.2試驗(yàn)結(jié)果及分析2.1TiN

8、涂層的橫截面形貌a)低倍組織b)高倍組織圖1TiN涂層的橫截面SEM像圖1為TiN涂層的橫截面SEM像,圖la為低倍組織,圖1b為高倍組織.Ni/Al黏結(jié)底層厚度約為50m,TiN涂層厚約300m.涂層,黏結(jié)底層,基體之間界面結(jié)合良好,沒有明顯的分層.TiN涂.48.《新技術(shù)新工藝》.現(xiàn)代表面技術(shù)研究與應(yīng)用2005年第1期層呈片層狀結(jié)構(gòu),層與層之間結(jié)合緊密,表現(xiàn)為整個(gè)涂層組織致密,孔洞較少,且與黏結(jié)底層間的結(jié)合情況良好.這主要是在涂層沉積過程中,反應(yīng)生成