溶液等离子喷涂技术优化应用探析

2023-06-18 理论教育版权反馈

【摘要】：溶液等离子喷涂的技术原理和工艺过程如图2-47所示。解决这一问题的方法是再进行高温烧结、球化处理，这不可避免地使纳米粒子长大，经等离子喷涂后得到的涂层仅有部分纳米相存在。5）涂层制备成本较传统粉末等离子喷涂低，生产率高。溶液（料浆）等离子喷涂技术仍处在研究期间，为使涂层进入使用阶段需要进行后烧结处理，达到提高涂层自身强度和涂层基体结合强度的目的。

溶液等离子喷涂技术是采用包含纳米粒子的溶液或料浆（取代传统的粉末材料）作为等离子喷涂涂层材料，制备具有纳米结构涂层的技术。区别于粉末等离子喷涂技术（粉末作为涂层材料），溶液等离子喷涂为等离子喷涂技术提供了崭新的工艺方法。其技术原理：将具有一定黏度的纳米溶液（料浆）作为等离子喷涂涂层材料，经载气流或输送泵送入等离子弧焰中，经雾化后被等离子弧焰高温加热蒸发、反应沉积、烧结，最后在基体上形成具有纳米结构的纳米涂层。溶液等离子喷涂的技术原理和工艺过程如图2-47所示。

图2-47 溶液等离子喷涂的原理与工艺过程

a）溶液等离子喷涂的原理 b）溶液等离子喷涂工艺过程

1—料浆（溶液）储存罐 2—调节阀 3—输送管 4—电极 5—喷嘴 6—等离子电弧 7—溶滴 8—等离子弧焰 9—喷涂粒子流 10—涂层 11—基体

1.工艺过程

将具有一定黏度、含有纳米颗粒（粒径为5～20nm）的纳米溶液（料浆）经输送器输送（可用载气流或输送泵输送）到等离子弧焰中，按上述原理喷射沉积到零件基体表面，形成纳米结构涂层。纳米粒子的TEM照片如图2-48所示。

图2-48　纳米粒子的TEM照片

2.涂层性能

溶液（料浆）等离子喷涂技术有效地解决了纳米粉末材料在等离子喷涂过程中难以输送和涂层制备工艺过程中抑制纳米粒子长大趋势的关键技术，可得到完全纳米相结构涂层。采用多种混合溶液（料浆）可制备纳米复合涂层；采用多个溶液（料浆）容器输送器同时输送不同的喷涂涂层材料，并相应改变不同溶液（料浆）输送量大小，可制备纳米梯度功能涂层和其他功能涂层。

纳米粉末等离子喷涂技术是将纳米粉末材料经喷雾干燥团聚制备成微米颗粒（一般为45～90μm）的粉末材料来满足等离子喷涂工艺的要求，即经团聚后的微米颗粒由于颗粒间的内聚强度不够，存在二次分散的可能，这点在研究过程中得到了验证。解决这一问题的方法是再进行高温烧结、球化处理，这不可避免地使纳米粒子长大，经等离子喷涂后得到的涂层仅有部分纳米相存在。溶液（料浆）等离子喷涂涂层主要特点如下：

1）减少了纳米粒子之间的烧结作用，晶粒长大过程被有效地抑制或缓减，涂层晶粒尺寸一般≤70nm，具有均匀的纳米级和亚微米级孔隙。

2）涂层无层片状晶界。

3）表面粗糙度可达Ra≤2.2μm，可制备薄涂层。

4）涂层具有良好的韧性，抗热振性好，隔热效率高，有效地提高了涂层的使用寿命。

5）涂层制备成本较传统粉末等离子喷涂低，生产率高。

6）涂层经热处理后可有效地保持纳米结构，改善涂层自身强度和基体材料的结合强度。

溶液（料浆）等离子喷涂技术仍处在研究期间，为使涂层进入使用阶段需要进行后烧结处理，达到提高涂层自身强度和涂层基体结合强度的目的。

溶液等离子喷涂技术优化应用探析

相关推荐