1 中国民航大学，天津市民用航空器适航与维修重点实验室，天津 300300
2 河北工业大学机械工程学院，天津 300401
3 天津大学材料科学与工程学院，天津 300350
采用高温熔制法制备了1种CaO-MgO-Al2O3-SiO2非晶陶瓷材料，利用高速破碎技术和等离子喷涂技术在45号钢基体上制备得到钙镁铝硅酸盐陶瓷涂层。对块状陶瓷和涂层的物相组成、显微硬度和微观形貌进行了分析，通过拉伸实验测试了涂层的结合强度。通过盐溶液浸泡腐蚀实验研究了涂层的耐腐蚀性能和腐蚀机理。结果表明：钙镁铝硅酸盐陶瓷涂层的孔隙率为7.93%±3.27%，无明显层状结构，涂层显微硬度值为6.63 GPa，与块体材料相比仅降低了3.89%，非孔隙区域具有类块体陶瓷材料的显微结构和力学性能；涂层结合强度为(16.25±2.11)?偆bMPa，断裂发生在涂层与金属过渡层的界面处，与等离子喷涂其它陶瓷涂层的结合性能相当；通过1 000?偆bh的浸泡腐蚀实验得到涂层试样的腐蚀速率为0.102 6?偆bg瘙簚m-2瘙簚h-1，与基体试样相比降低了12.3倍，具有良好的耐腐蚀性能；分析腐蚀截面形貌发现，涂层的致密结构对腐蚀起机械隔绝作用，堆积在涂层孔隙与裂纹表面的腐蚀产物的溶解速率与腐蚀液渗至基体的速率达到平衡，减缓了腐蚀的发生。
钙镁铝硅酸盐 非晶陶瓷涂层 等离子喷涂 耐腐蚀性能 类块体材料 calcium magnesium aluminum silicate amorphous ceramic coating plasma spraying corrosion resistance monolithic like material
在平板显示玻璃制造中,通常采用铂金作为玻璃液流道。由于铂金通道需要长期在1 400 ℃以上高温工作,会导致其氧化,从而造成铂金损失;此外,玻璃液中水分解产生的H+透过铂金通道壁释放到外部,富集在玻璃液中的O2-会形成一定量的气泡。为保护铂金通道,提高玻璃质量,通过等离子喷涂方法在铂金通道表面喷涂ZrO2-Y2O3涂层。该涂层与铂金通道的结合强度达到50 MPa以上,可减少铂金通道使用温度下氧化损失率约75%。同时,这种涂层与铂金通道包覆耐火材料有良好的高温适应性。
铂金通道 平板显示玻璃 等离子喷涂 ZrO2-Y2O3涂层 platinum channel flat panel display glass plasma spraying ZrO2-Y2O3 coating
中国矿业大学材料与物理学院，江苏 徐州 221116
采用等离子喷涂-化学气相沉积法制备Bi2O3薄膜，并研究了沉积温度和热处理温度对于Bi2O3薄膜形貌和成分的影响。用场发射扫描电子显微镜、X射线衍射仪、高分辨率透射电子显微镜对该薄膜形貌和成分进行了表征，通过紫外-可见光漫反射光谱仪研究了不同热处理温度下α/β-Bi2O3禁带宽度的变化。结果表明：沉积温度和热处理温度影响Bi2O3薄膜的微观形貌，同时影响α和β两相的相比例，但沉积温度的影响显著大于热处理温度；随着热处理温度升高，β相转化为α相的比例越来越高，α-Bi2O3和β-Bi2O3的禁带宽度都有所增加；最后，通过对甲基橙和双酚A的降解证明了Bi2O3薄膜具有良好的光催化降解性能。
氧化铋 薄膜 等离子喷涂 化学气相沉积 光催化降解 bismuth trioxide film plasma spraying chemical vapor deposition photocatalytic degradation
1 1.燕山大学 材料科学与工程学院, 亚稳材料国家重点实验室, 秦皇岛 066004
2 2.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 特种无机涂层实验室, 上海 200050
3 3.南京理工大学 材料评价与设计教育部工程研究中心, 先进金属与金属间化合物材料技术工信部重点实验室, 南京 210094
TiAl合金具有低密度、高比强度的优异性能, 是一种潜在的航空发动机用结构材料。TiAl合金的服役温度范围为700~900 ℃, 在其表面制备高温热防护涂层可以进一步提高服役温度。本研究采用等离子喷涂技术在TiAl合金表面制备了新型TiAlCrY/YSZ涂层, 并与传统的NiCrAlY/YSZ热障涂层进行高温长时间服役性能对比研究。结果发现, TiAlCrY/YSZ涂层在1100 ℃空气环境中服役300 h保持完好, 表现出良好的高温性能, 而NiCrAlY/YSZ涂层在1100 ℃的服役寿命不足100 h。显微分析结果表明, TiAlCrY黏结层表面会形成一层连续且致密的TGO, 其主要成分为Al2O3, 与YSZ涂层的界面兼容性良好。并且TGO在1100 ℃空气环境中服役300 h后, 厚度仍<8 μm。以上研究表明, 与传统NiCrAlY/YSZ热障涂层相比, TiAlCrY/YSZ更适合作为TiAl合金表面的高温热防护涂层。
TiAl合金 TiAlCrY/YSZ涂层 等离子喷涂 高温长时间服役性能 TiAl alloy TiAlCrY/YSZ coating plasma spray high temperature long-term service performance
1 1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 200050
2 2.上海大学 材料科学与工程学院, 上海 200072
等离子喷涂TiC涂层具有良好的综合性能, 在极端环境能起到较好的耐磨保护作用, 而石墨是一种优异的自润滑材料。通过喷雾干燥与真空烧结技术制备不同石墨添加量(1.25%、2.5%、5%和10%, 质量分数)的TiC-Graphite球形粉体, 并采用大气等离子喷涂技术制备TiC-Graphite复合涂层。对涂层的相组成、显微结构和力学性能进行了表征, 并对涂层的摩擦磨损性能进行了比较研究。结果发现, TiC-Graphite涂层主要由TiC和石墨相组成。随石墨添加量增大, TiC-Graphite涂层截面微裂纹增多, 表面粗糙度增大, 硬度下降。石墨对TiC涂层在高载荷的磨损性能影响更显著。在50 N高载荷条件, 随石墨添加量增大, TiC-Graphite涂层磨损率降低后急剧增大, 而摩擦系数持续减小。当石墨添加量为2.5%时, 涂层获得最低的磨损率为0.67×10-5 mm3/(N·m), 同时具有较低的摩擦系数(0.35), 与不添加石墨的TiC涂层相比, 分别降低了72.4%和27.8%。
TiC-Graphite复合涂层 磨损性能 大气等离子喷涂 显微结构 力学性能 TiC-Graphite composite coatings tribological property atmospheric plasma spray microstructure mechanical property
1 广东省科学院新材料研究所，现代材料表面工程技术国家工程实验室，广东省现代表面工程技术重点实验室，广州 510650
2 西南交通大学材料科学与工程学院，成都 610031
3 华南理工大学环境与能源学院，广州 510006
金属支撑型固体氧化物燃料电池极具应用前景，但缺少高性价比制备技术。采用高效率、低成本大气等离子喷涂(APS)在金属基体上制备了氧化钇稳定氧化锆(YSZ)电解质，研究加热基体条件下沉积粒子形貌与涂层结构间的联系，并评估电解质的力学性能和电池性能。结果表明：加热后的基体上，YSZ沉积粒子铺展充分，片层内存在微裂纹，导致结构中除未结合区域外还存在垂直裂纹，涂层孔隙率为7.16%，YSZ纳米压痕硬度和弹性模量分别为(13.0±1.0) GPa和(188.5±2.6) GPa。受电解质不致密的影响，APS沉积的YSZ单电池最高开路电压为0.97 V，致密度还需进一步提高，但电池输出性能可观，900 ℃峰功率密度为850 mW/cm2。随着设备迭代优化或结合后处理工艺，APS有望实现致密YSZ电解质的大规模低成本制备。
固体氧化物燃料电池 氧化钇稳定氧化锆 大气等离子喷涂 电解质 solid oxide fuel cell yttria stabilized zirconia atmospheric plasma spraying electrolyte
1 上海第二军医大学附属长海医院, 上海 200433
2 中国科学院 上海硅酸盐研究所, 中国科学院特种无机涂层重点实验室, 上海 200050
氧化锆陶瓷具有良好的力学性能和生物相容性, 是一种应用前景广阔的硬组织植入体材料。为促进植入体与骨组织形成稳定的骨结合, 本研究利用等离子喷涂制备了氧化锆增韧的锶、硅、氟微量掺杂羟基磷灰石(ZrO2-DHA)涂层, 对涂层物相、形貌以及力学性能和体外生物学性能进行了研究。结果表明, 锶、硅、氟的共掺杂通过成骨分化的信号转导通路提高了羟基磷灰石涂层对成骨细胞的黏附和分化等生物学性能; 不同复合组分的ZrO2-DHA涂层均不同程度地促进了小鼠成骨前体细胞的细胞活力和成骨分化相关基因的表达。在细胞培养的第7 d, DHA含量为70%的ZrO2-DHA涂层(7DHA) Alp和Col-I的相对表达量分别是对照组的约2.8倍和2.3倍; ZrO2-DHA涂层的力学性能随氧化锆组分的增加而增强, DHA涂层和7DHA涂层的硬度和结合强度分别为250.8、313HV和25.1、31.8 MPa; 7DHA涂层中的交织网络结构, 对残余热应力、压应力和拉伸力的承受能力较DHA涂层明显提升, 满足植入体应用需求。
锶、硅、氟微量掺杂羟基磷灰石 等离子喷涂 氧化锆增韧 力学性能 成骨 Sr/Si/F trace-doped hydroxyapatite plasma spraying zirconia reinforcing mechanical property osteogenesis
采用超音速等离子喷涂技术与激光重熔工艺复合制备氧化锆隔热涂层,通过光学显微镜、扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪和硬度仪分别表征了氧化锆涂层的宏观形貌、显微组织、元素分布、物相结构以及硬度分布。结果表明,激光与等离子复合制备的涂层物相由亚稳定四方晶相与立方晶相组成。涂层的横截面呈碗状形貌,且上边缘凹凸不平。复合制备工艺消除了原超音速等离子喷涂涂层内部的层状结构以及孔隙、微裂纹,提高了涂层的致密度,且重熔后涂层与基体的连接方式变为冶金结合。重熔后得到的基体组织自上而下从条状晶、针状晶逐渐变为细小的针状晶和珠光体,热影响区组织为等轴晶。重熔涂层的平均硬度约为原等离子涂层硬度的3倍。
激光重熔 等离子喷涂 氧化锆 微观组织 显微硬度 激光与光电子学进展
2020, 57(15): 151405
1 南京航空航天大学 机电学院, 南京 210016
2 中国科学院 上海硅酸盐研究所 特种无机涂层重点实验室, 上海 200050
3 安徽工业大学 冶金工程学院, 马鞍山 243002
采用商用ANSYS14.5软件, 依据复合梁增层力学模型, 采用逐道逐层累积模型模拟了C/C复合材料表面等离子喷涂ZrC基涂层沉积残余应力的特征, 分析了SiC过渡层、第二相(SiC, MoSi2)和涂层厚度对ZrC基涂层残余应力的影响, 并进行了实验验证。结果表明, SiC过渡层有效缓解了涂层与基体的热失配应力。涂层体系的应力随着涂层厚度的增加逐渐减小, 符合应力松弛和叠加规律。在涂层内部的径向应力以拉应力为主, 基体中主要为压应力, 且在界面边缘存在压应力集中的极限区域, 易使涂层产生裂纹并沿界面扩展。该模拟采用逐道逐层累积的方法更逼近实际喷涂过程, 能更准确预测涂层的残余应力。
等离子喷涂 ZrC基涂层 有限元模拟 逐道逐层沉积 残余应力 plasma spray ZrC-based coatings finite element simulation path-by-path and layer-by-layer deposition residual stress
1 中南大学 材料科学与工程学院, 长沙 410083
2 广东省新材料研究所, 现代材料表面工程技术国家工程实验室, 广东省现代表面工程技术重点实验室, 广州 510650
以MoSi2-30Al2O3混合粉末为原料, 利用大气等离子喷涂技术制备MoSi2-Al2O3体系电热涂层。采用XRD、SEM、通电测试、热重-差热分析等对涂层的相组成、组织形貌和热稳定性进行表征。结果表明：MoSi2-30Al2O3电热涂层体系组织均匀致密, 添加Al2O3能改善MoSi2的电阻率及低温抗氧化性; MoSi2-30Al2O3涂层电热性能优异, 在循环加热测试中, 能稳定地加热到320 ℃并长时间保温, 辊面温度分布均匀, 中部温差控制在25 ℃之内; 循环加热过程中的氧化及热应力的弛豫会导致涂层产生裂纹及孔隙进而导致涂层电阻率升高。
电热材料 MoSi2-Al2O3复合涂层 等离子喷涂 电热性能 electrothermal material MoSi2-Al2O3 composite coating atmospheric plasma spraying electrical- heating performance
