热喷涂耐磨涂层技术

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1、热喷涂耐磨涂层技术的研究现状简介1 金属涂层的 研究现状热喷 涂金属涂层 是研究和应用较早的 耐磨涂层，常 用的有金 属 （Mo、Ni）、碳钢和低合金钢、不锈钢和Ni-Cr合金系列涂层。一般 采用火焰喷涂、 电弧喷涂、等离子喷涂、 HVOF 及爆炸喷涂工艺，涂 层具有与基体的结合强度较高，耐磨、 抗腐蚀性能较好等优点，用 于修复磨损件及机械加工超差件。采用铝系合金等离子喷涂技术对活塞环、同步环及气缸等零件 进行喷涂时，涂层具有良好的耐磨性、 高结合强度及优异的耐粘着 磨损性，在有润滑油的条件下具有良好的抗咬死性和抗拉伤性能。 高碳钢丝、不锈钢（Crl3型、18-8型等）合金丝是常用的耐磨耐蚀

2、喷涂材料。具有强度较高、耐磨性好、来源广泛、价格低廉等特点 NiCr 涂层具有较好的耐热、抗腐蚀及抗冲蚀磨损的性能，可作为电 站锅炉的过热器管和再热器管的防护涂层，采用 火焰和等离子喷涂 方法可制备具有不同组织结构的 NiCr 金属耐磨涂层，涂层中孔隙 率和 氧化物含量较高。2 陶瓷涂层的研究现状热喷涂陶瓷粉末包括氧化物、 碳化物、 硼化物、 氮化物及硅化 物 等 ，是 金 属 元 素 和 非 金 属 元 素 组 成 的 晶 体 或 非 晶 体 化 合 物 。陶 瓷 涂层具有高熔点、高硬度和良好的耐磨性、耐腐蚀性以及高温稳定 性等特点。 但喷涂陶瓷涂层工艺复杂，成本较高，而且涂层表面容 易出现

3、裂纹，抗热疲劳性能不如金属涂层；而且涂层的韧性较差， 不能用于承受较大的冲击载荷。 目前常用的陶瓷涂层有 A12O3、 TiO2、 Cr2O3、 ZrO2、 WC、 TiC、 Cr3C2、 TiB2 等，一般采用等离子 喷涂、 火焰喷涂、 HVOF 和爆炸喷涂技术制备。任靖日等研究了等离子喷涂 A12O3-40%TiO2 和 Cr2O3 陶瓷粉末 涂层的滑动磨擦磨损特性，指出 Cr2O3 涂层的耐磨性高于A12O3-40%TiO2 涂层， Cr2O3 涂 层的磨损机 理主要为磨 粒磨损，在 较大载荷下，Cr203涂层的磨损呈现脆性断裂特征。A12O3-4O%TiO2 涂 层 的 磨 损 机理

4、主要表现 为塑性 变形 和层 状剥离 。陈传忠等 研究的 A12O3 加 Ti O2 加 NiCrAlY 复 合陶瓷涂 层 ，由于 熔化 的 TiO2 和 A1 2O3 形成 了一定程度 的 互溶 ，可 减小 涂 层 的 孔隙 率， 进一步提高 涂 层 的 强度、韧性和耐磨性能。Li n 等研究了 等离子喷涂 多层 金属 、陶瓷涂 层 的 滑动磨 擦 磨 损 特 性 。 其喷涂 顺 序为， 首 先在基体上 喷涂 NiCr 打底层 ， 然后是不 同比 例的 NiC r-Cr2 O3 过渡层 ， 表面为 100%的 Cr 2O3。 发现 适当金 属和 陶瓷比例的 过渡层 能 够提高涂 层 的 耐磨

5、 性 。涂 层 的 主要 磨 损 机 理为 脆 性 断 裂 、 磨 粒磨 损 、粘着和氧 化磨 损 。3 金属陶瓷涂 层 的 研究现 状金属 与陶瓷材料 各有其独 特 的 优异性 能和明显的 性 能弱点，如 何把 金属与陶瓷 材料各自 的 优势性 能 结合起来，一 直是材料 科学与 工程 界研究的 方 向。 金属陶瓷复 合涂 层 技术 ，即 在塑性 的 基 体上均 匀地 分布着颗粒 形状 、尺 寸大 小 适当的 陶瓷 相， 成功地实现 金属和 陶瓷 的 优势结合 ， 制备既有 金属强度 和韧性 ， 又 有陶瓷耐高 温、耐 磨 损 、耐 腐蚀等优点 的 复合材料 ，大 大 拓宽了金 属材料和陶

6、瓷材料 各自 的 应用范围 ， 在航 空、航 天、化工、机械、电力等工业 领域得 到成 功应用。 在 工业上应 用最广的 金 属陶瓷涂 层 主要有： Cr3C2-NiCr、WC-Co。大多采用HV0F、等离子及爆炸喷涂工艺。Cr3C2-NiC r 金属陶 瓷涂 层 由 难熔碳化铬 硬质相与韧 性 良好的 镍铬 合金相组成 ， 具有较 高 的 高温硬 度、 优异的 高温耐磨 性 、 耐蚀 性、抗氧化性及较高的结合强度，广泛应用于高温（5309000C ） 磨 粒 磨 损 、腐 蚀磨 损 和冲蚀磨 损 工 况下 工 作 的 零件 ，如 连续 退火线 的 炉 辊、 轧钢 厂连续生 产线上的 芯 辊、

7、 气缸 活塞环 、 缸衬等 。 TiB2 基金 属陶瓷涂 层 具有高 熔 点、高 硬度 、 良好的 电 和磁性 能以 及 高 抗 腐蚀 性 ， 是一种 潜在的 替代 Cr3 C2 用 于 高 温 、 耐 磨 的 金属陶 瓷。 比 A12O3、 Cr 3C2 -NiCr、 WC- Co 具有更高 的 耐磨 性 能。WC基金属陶瓷涂层常用于450C以下的磨粒磨损和冲蚀磨损工 况 。徐 向 阳等研究了 等离子喷涂 WC/18Co 涂 层 的微动磨 损机理 。结 果表 明，涂 层 的 微动磨 损 开始阶段以 粘着磨 损 为 主，涂 层 硬 度高， 抗粘 着能力强 ，磨 损 轻微；稳定阶段以 疲劳脱层

8、和 脆性开裂 剥落为 主 ，涂 层 脆性 大，喷 涂 粒 子间结 合强度低 ，容易磨 损 。喷涂 层 内部 的 氧 化物夹杂是 造成涂 层 抗微动磨 损 能力不足的 主要原因。4 非晶态涂 层 的 研究现状非晶 态是一种长 程无序，短程 有序的 材料。非晶态材料 的 物理 化学 性能常 比相 应的 晶态 材料更优异 ，具有高强 度、高韧性 、高硬 度、高抗蚀性能、软磁特性等，是一类很有发展前途的新型金属材 料。热 喷涂 非晶 态合金 涂 层 是近年来材 料科学中 广泛研究的 一个新 领域 ，热喷涂 技 术作为大面 积非晶涂 层 制备方法 之一已开始 引起广 泛关 注，常 用 的 方法有等 离子

9、喷涂 、 HVOF 和 爆炸喷 涂 。向兴 华等采用 等 离子喷涂 工 艺制备 Fe 基 非 晶合金 涂 层 （含 Si， B，Cr，Ni 等 ），涂 层 各区 域的 组织均 匀一致 ，涂 层 致 密度高 ，孔 隙 率低，氧化物含量较少，并具有很高的硬度，显微硬度在53 0 790HV0.1 范围内， 涂 层 与基 材结合良好 。Jin 等研究了 爆炸喷涂 Fe-Cr-B 系 合金 涂 层 的 微 观组织和 耐磨 性。结果表明， 涂 层 具 有 很 好的 抗磨 损 和 防腐性 能， 涂 层 在 滑动磨 损 过 程中动态产 生非晶态 表面膜 ，使 涂 层 的 耐磨 性显 著 提高 ，同 时 磨擦系数显著下降。综上所述，采用HVOF、等离子喷涂、电弧喷涂、爆炸喷涂等方 法喷 涂 金 属 、 陶 瓷 、 金 属 陶 瓷 和 非晶 态等 耐磨 涂 层 ， 可以 有 效地提 高 基 体材料的 耐 磨 性。深入 研究热喷 涂 层 的 磨 损 机理及涂 层 组织结 构对 磨 损 特性的 影响 ，为 改善涂 层 组织 、优 化 喷 涂 工 艺以 及 开发新 型耐磨涂层提供理论依据。