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        鐵氟龍涂料熱噴涂耐磨涂層技術的研究現狀


        1、金屬涂層的研究現狀

        鐵氟龍涂料熱噴涂金屬涂層是研究和應用較早的耐磨涂層,常用的有金屬(Mo、Ni)、碳鋼和低合金鋼、不銹鋼和Ni-Cr合金系列涂層。一般采用火焰噴涂、電弧噴涂、等離子噴涂、HVOF及爆炸噴涂工藝,涂層具有與基體的結合強度較高,耐磨、抗腐蝕性能較好等優點,用于修復磨損件及機械加工超差件。

        采用鋁系合金等離子噴涂技術對活塞環、同步環及氣缸等零件進行噴涂時,涂層具有良好的耐磨性、高結合強度及優異的耐粘著磨損性,在有潤滑油的條件下具有良好的抗咬死性和抗拉傷性能。高碳鋼絲、不銹鋼(Crl3型、18-8型等)合金絲是常用的耐磨耐蝕噴涂材料。具有強度較高、耐磨性好、來源廣泛、價格低廉等特點。NiCr涂層具有較好的耐熱、抗腐蝕及抗沖蝕磨損的性能,可作為電站鍋爐的過熱器管和再熱器管的防護涂層,采用火焰和等離子噴涂方法可制備具有不同組織結構的NiCr金屬耐磨涂層,涂層中孔隙率和氧化物含量較高。

        2、陶瓷涂層的研究現狀

        鐵氟龍涂料熱噴涂陶瓷粉末包括氧化物、碳化物、硼化物、氮化物及硅化物等,是金屬元素和非金屬元素組成的晶體或非晶體化合物。陶瓷涂層具有高熔點、高硬度和良好的耐磨性、耐腐蝕性以及高溫穩定性等特點。但噴涂陶瓷涂層工藝復雜,成本較高,而且涂層表面容易出現裂紋,抗熱疲勞性能不如金屬涂層;而且涂層的韌性較差,不能用于承受較大的沖擊載荷。目前常用的陶瓷涂層有A12O3、TiO2、Cr2O3、ZrO2、WC、TiC、Cr3C2、TiB2等,一般采用等離子噴涂、火焰噴涂、HVOF和爆炸噴涂技術制備。

        任靖日等研究了等離子噴涂A12O3-40%TiO2和Cr2O3陶瓷粉末涂層的滑動磨擦磨損特性,指出Cr2O3涂層的耐磨性高于A12O3-40%TiO2涂層,Cr2O3涂層的磨損機理主要為磨粒磨損,在較大載荷下,Cr2O3涂層的磨損呈現脆性斷裂特征。A12O3-40%TiO2涂層的磨損機理主要表現為塑性變形和層狀剝離。陳傳忠等研究的A12O3加TiO2加NiCrAlY復合陶瓷涂層,由于熔化的TiO2和A12O3形成了一定程度的互溶,可減小涂層的孔隙率,進一步提高涂層的強度、韌性和耐磨性能。

        Lin等研究了等離子噴涂多層金屬、陶瓷涂層的滑動磨擦磨損特性。其噴涂順序為,首先在基體上噴涂NiCr打底層,然后是不同比例的NiCr-Cr2O3過渡層,表面為100%的Cr2O3。發現適當金屬和陶瓷比例的過渡層能夠提高涂層的耐磨性。涂層的主要磨損機理為脆性斷裂、磨粒磨損、粘著和氧化磨損。

        3、金屬陶瓷涂層的研究現狀

        金屬與陶瓷材料各有其獨特的優異性能和明顯的性能弱點,如何把金屬與陶瓷材料各自的優勢性能結合起來,一直是材料科學與工程界研究的方向。金屬陶瓷復合涂層技術,即在塑性的基體上均勻地分布著顆粒形狀、尺寸大小適當的陶瓷相,成功地實現金屬和陶瓷的優勢結合,制備既有金屬強度和韌性,又有陶瓷耐高溫、耐磨損、耐腐蝕等優點的復合材料,大大拓寬了金屬材料和陶瓷材料各自的應用范圍,在航空、航天、化工、機械、電力等工業領域得到成功應用。在工業上應用最廣的金屬陶瓷涂層主要有:Cr3C2-NiCr、WC-Co。大多采用HVOF、等離子及爆炸噴涂工藝。

        Cr3C2-NiCr金屬陶瓷涂層由難熔碳化鉻硬質相與韌性良好的鎳鉻合金相組成,具有較高的高溫硬度、優異的高溫耐磨性、耐蝕性、抗氧化性及較高的結合強度,廣泛應用于高溫(530~9000℃)磨粒磨損、腐蝕磨損和沖蝕磨損工況下工作的零件,如連續退火線的爐輥、軋鋼廠連續生產線上的芯輥、氣缸活塞環、缸襯等。TiB2基金屬陶瓷涂層具有高熔點、高硬度、良好的電和磁性能以及高抗腐蝕性,是一種潛在的替代Cr3C2用于高溫、耐磨的金屬陶瓷。比A12O3、Cr3C2-NiCr、WC-Co具有更高的耐磨性能。

        WC基金屬陶瓷涂層常用于450℃以下的磨粒磨損和沖蝕磨損工況。徐向陽等研究了等離子噴涂WC/18Co涂層的微動磨損機理。結果表明,涂層的微動磨損開始階段以粘著磨損為主,涂層硬度高,抗粘著能力強,磨損輕微;穩定階段以疲勞脫層和脆性開裂剝落為主,涂層脆性大,噴涂粒子間結合強度低,容易磨損。噴涂層內部的氧化物夾雜是造成涂層抗微動磨損能力不足的主要原因。

        4、非晶態涂層的研究現狀

        非晶態是一種長程無序,短程有序的材料。非晶態材料的物理、化學性能常比相應的晶態材料更優異,具有高強度、高韌性、高硬度、高抗蝕性能、軟磁特性等,是一類很有發展前途的新型金屬材料。鐵氟龍涂料熱噴涂非晶態合金涂層是近年來材料科學中廣泛研究的一個新領域,鐵氟龍涂料熱噴涂技術作為大面積非晶涂層制備方法之一已開始引起廣泛關注,常用的方法有等離子噴涂、HVOF和爆炸噴涂。

        向興華等采用等離子噴涂工藝制備Fe基非晶合金涂層(含Si,B,Cr,Ni等),涂層各區域的組織均勻一致,涂層致密度高,孔隙率低,氧化物含量較少,并具有很高的硬度,顯微硬度在530~790HV0.1范圍內,涂層與基材結合良好。

        Jin等研究了爆炸噴涂Fe-Cr-B系合金涂層的微觀組織和耐磨性。結果表明,涂層具有很好的抗磨損和防腐性能,涂層在滑動磨損過程中動態產生非晶態表面膜,使涂層的耐磨性顯著提高,同時磨擦系數顯著下降。

        綜上所述,采用HVOF、等離子噴涂、電弧噴涂、爆炸噴涂等方法噴涂金屬、陶瓷、金屬陶瓷和非晶態等耐磨涂層,可以有效地提高基體材料的耐磨性。深入研究鐵氟龍涂料熱噴涂層的磨損機理及涂層組織結構對磨損特性的影響,為改善涂層組織、優化噴涂工藝以及開發新型耐磨涂層提供理論依據。

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