納米和微米ZrB2-SiC粉末對涂層性能的影響.pdf

1、采用等離子噴涂技術(shù)，在310S耐熱不銹鋼基體上制備ZrB2-SiC復(fù)合涂層，對納米團(tuán)聚粉末與常規(guī)微米粉末的噴涂距離進(jìn)行了優(yōu)化，確定了SiC在ZrB2-SiC復(fù)合涂層中的最佳添加比例，利用XRD、SEM等手段分析了納米團(tuán)聚粉末 ZrB2-SiC復(fù)合涂層與微米ZrB2-SiC復(fù)合涂層組織結(jié)構(gòu)及微觀形貌；利用拉伸法測定涂層結(jié)合強(qiáng)度；靜態(tài)高溫氧化法表征涂層高溫抗氧化性能；氧-乙炔高溫?zé)g法測試涂層高溫?zé)g性能；并對比分析了納米團(tuán)聚粉末(n-ZS

2、）與常規(guī)微米商用粉末(m-ZS)對所制備涂層組織形貌、力學(xué)及物理性能的影響。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴分別對納米團(tuán)聚粉末（n-ZS）及常規(guī)微米粉末（m-ZS）進(jìn)行了噴涂距離為50mm-250mm范圍的測試，測試結(jié)果顯示，當(dāng)噴涂距離過近時，會導(dǎo)致粉末融化不完全，與基體結(jié)合不牢固，表面浮粉較多的現(xiàn)象；同時，過近的噴涂距離會使等離子焰流對基體材料形成燒蝕，對涂層的質(zhì)量形成影響；噴涂距離過遠(yuǎn)導(dǎo)致粉末在到達(dá)基體時速度的下降、動能降低，與基

3、體無法完全形成咬合。m-ZS、n-ZS涂層分別在60-130 mm和65-140mm距離范圍內(nèi)噴涂得到的涂層平整均勻且厚度適中，呈現(xiàn)較佳噴涂沉積態(tài)。通過分析在該范圍下涂層的微觀形貌以及粉末的融化狀態(tài)，最終得出n-ZS、m-ZS涂層在噴涂距離均為100mm時，涂層表面孔隙及微裂紋形成最少，涂層致密度最高，因此確定了ZrB2-SiC涂層最優(yōu)噴涂距離為100mm。⑵當(dāng)SiC摻雜比例為25 wt%時，粉末顆粒在粘結(jié)層表面形成鋪展程度較高，孔隙及

4、微裂紋相對其它4種含量的涂層大幅減少，此時 ZrB2-SiC復(fù)合涂層表面微觀形貌最為致密；涂層顯微硬度隨 SiC含量的上升而增長，但SiC含量為25wt%的涂層結(jié)合強(qiáng)度最高，達(dá)到45MPa；經(jīng)高溫氧化后，SiC含量為25wt%的涂層氧化增重低于其余4種含量的涂層，且涂層表面所生成的氧化產(chǎn)物較少，整體氧化程度低。因此確定了ZrB2-SiC涂層中最佳SiC含量為25wt%。⑶利用最佳SiC配比及最優(yōu)噴涂距離參數(shù)，分別制備m-ZS、n-ZS涂

5、層。n-ZS粉末經(jīng)噴涂制備涂層后，原相保持較好，m-Z S粉末在高溫的等離子焰流下發(fā)生氧化的程度更高。相對于n-ZS涂層， m-ZS涂層表面存在較多孔隙、微裂紋，同時有部分未熔顆粒存在，使得其致密度明顯低于 n-ZS涂層。通過50h，1100℃的靜態(tài)高溫氧化后， m-ZS、n-ZS涂層均有所增重且表面出現(xiàn)了裂紋等缺陷，但整體增重量均小于基體增重，表明了 m-ZS和 n-ZS涂層對310S不銹鋼材料起到了高溫氧化的保護(hù)作用。m-ZS涂層的

6、增重高于n-ZS涂層，同時涂層表面與截面均出現(xiàn)大規(guī)模氧化物，說明其氧化程度更高，同時也論證了其氧化增重更高的原因。進(jìn)一步說明了納米團(tuán)聚粉末涂層的高溫抗氧化能力高于微米涂層。通過氧-乙炔高溫?zé)g，m-ZS、n-ZS涂層均呈現(xiàn)粉化， m-ZS耐燒蝕時間更長，達(dá)到600s，較 n-ZS涂層提升約12倍。燒蝕后 m-ZS涂層與基體的結(jié)合仍保持較好，表面形成了以 ZrO2顆粒為骨架，以 SiO2、ZrSiO4等流態(tài)氧化物為填充物的反應(yīng)層；僅在中心

7、區(qū)域少部分由于焰流的機(jī)械沖刷而形成了孔洞，進(jìn)而與粘結(jié)層發(fā)生反應(yīng)生成針狀θ-Al2O3；玻璃態(tài) SiO2、ZrSiO4等氧化物向孔洞周邊偏聚，嵌入至 ZrO2骨架內(nèi)部與表面。n-ZS涂層經(jīng)過53s的高溫?zé)g后，發(fā)生了部分開裂剝落，導(dǎo)致了涂層的失效。n-ZS涂層表面中心區(qū)域雖未被燒穿，但反應(yīng)所生成的氧化物由于以較為細(xì)小的納米晶粒存在，被燒蝕焰流沖刷脫離涂層或被快速蒸發(fā)，表面殘留了大量ZrO2顆粒；大量ZrO2顆粒的堆積而沒有流態(tài)氧化物填充過