| 题名 | 等离子喷涂纳/微米复合陶瓷涂层的制备及性能研究 |
| 作者 | 赵晓琴 |
| 学位类别 | 理学博士 |
| 答辩日期 | 2008-12-26 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 陈建敏 |
| 关键词 | 热喷涂 纳米涂层 摩擦磨损 氧化铝 thermal spraying nanostructure coating friction and wear Al2O3 |
| 学位专业 | 物理化学（含：化学物理） |
| 中文摘要 | 等离子喷涂纳米结构陶瓷涂层较微米涂层具有更加优异的性能，在工程领域有着广泛的应用前景。本文用大气等离子喷涂（APS）系统分别制备了纳米或含纳米颗粒的Al2O3/TiO2、Al2O3/ZrO2及n-Al2O3/Al2O3复合陶瓷涂层，研究了以上几种涂层的显微结构、力学性能及摩擦磨损性能，并研究了纳米结构Al2O3/ZrO2及n-Al2O3/Al2O3喷涂喂料的制备方法。主要研究结果如下： 1.从获得高耐磨性Al2O3/TiO2涂层的评价角度分析，涂层的工艺优化方案应为：适中的主气流量45 L/min，适中的电流550 A，高的电压70V以及适中的送粉率。喷雾干燥(NS)和等离子致密化(NP)纳米Al2O3/TiO2喂料制备的涂层具有“双区结构”,而微米级喂料制备的M涂层只是典型的层状结构。三种涂层的结合强度和显微硬度依次为：NP>NS>M；与不锈钢组成摩擦副的耐磨性能依次为：NP>NS>M。 2.油润滑能有效降低等离子喷涂纳米Al2O3/TiO2涂层与氧化铝及不锈钢摩擦副的摩擦系数和磨损率。但微米Al2O3/TiO2涂层/不锈钢摩擦副的摩擦系数比纳米涂层高出3倍左右，磨损率高出70倍以上。摩擦表面粗糙度的差异决定了两种涂层不同的边界润滑状态，本质上取决于涂层微观结构和力学性能的不同。 3.在SRV往复试验条件下纳米和微米Al2O3/TiO2涂层的摩擦系数和磨损率受温度的影响，在较高温度区域(200 ℃< T< 800 ℃)，磨损率提高了1~2个数量级，纳米Al2O3/TiO2涂层的磨损率均低于微米涂层,两种涂层的磨损机制不同。在滑动试验条件下，两种涂层在室温下对偶氮化硅与空气中的水蒸气发生摩擦化学反应产生的硅的氧化物可以抑制涂层摩擦面上脆性断裂的发生；而在较高温度区间（100 ℃ < T < 500 ℃）主要的磨损机制是脆性断裂和塑性变形，微米Al2O3/TiO2涂层的磨损表面剥落迹象比纳米Al2O3/TiO2涂层更明显。 4.烧结破碎法造粒是制备等离子喷涂纳米结构Al2O3/ZrO2陶瓷涂层喂料的一种简单经济有效的方法。制备粉末的关键工艺参数为：粘接剂含量4%，250 MPa保压5 min；烧结过程为500 ℃(30 min)+1100 ℃(120 min)。 5.在形成NZTA涂层的过程中除了发生α-Al2O3→γ-Al2O3的相转变外，还发生了t-ZrO2→m-ZrO2相转变。NZTA涂层比MZTA涂层具有更好的层间结合、显微硬度和抗磨损性能。 6.经表面处理的纳米Al2O3粒子(~150 nm)能较好地粘附在Al2O3 粉末(~45 μm)表面；加入的纳米粒子起到“液相烧结”的作用，随着纳米粒子含量的增加，复合涂层的微观结构有所改善，涂层的硬度、结合强度、耐磨损等力学性能也随着纳米颗粒含量的增加而递增。纳米粒子的加入量为10%时，各项性能最优。以上研究结果为等离子喷涂纳米涂层的制备及摩擦学性能积累了重要的实验数据，对纳米涂层的应用具有重要的指导意义。 |
| 学科主题 | 表面工程技术 |
| 公开日期 | 2013-04-26 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://210.77.64.217/handle/362003/2951]  |
| 专题 | 兰州化学物理研究所_先进润滑与防护材料研究发展中心 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 赵晓琴. 等离子喷涂纳/微米复合陶瓷涂层的制备及性能研究[D]. 中国科学院研究生院. 2008. |
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