PDF《热喷涂陶瓷涂层的耐磨应用及涂层结构调控方法》

第37 卷第1期现代技术陶瓷Vol.

37 No.

1 2016 年2月Advanced Ceramics February

2016 中图分类号: TB383 文献编号: 1005-1198 (2016) 01-0003-19 文献标识码: A DOI: 10.16253/j.cnki.37-1226/tq.2016.01.002 热喷涂陶瓷涂层的耐磨应用及涂层结构调控方法 陈林, 杨冠军, 李成新, 王豫跃, 雒晓涛, 张山林, 李长久 西安交通大学 金属材料强度国家重点实验室, 西安

710049 摘要:因涂层材料适用范围广、基材适应性强、工艺灵活等特点, 热喷涂陶瓷涂层作为 一类新型耐磨涂层已经在很多领域获得成功应用.然而, 现代工业发展对耐苛刻条件下严酷磨 损的高性能耐磨涂层提出了越来越高的需求, 如何通过材料?工艺的整体技术体系进行涂层结 构的有效调控, 成为涂层技术领域的重要研究课题之一.本文在简要介绍热喷涂陶瓷涂层作为 耐磨涂层应用现状的基础上, 提取出对涂层耐磨性具有普遍意义的层内扁平粒子间界面结合这 一重要的涂层结构本质特征, 明确了涂层内扁平粒子间界面强化的基本思路, 阐述了基于界面 同质强化和界面异质强化的两条思路进行层间结合界面强化的研究进展, 以期为面向更高耐磨 性能的热喷涂陶瓷涂层的材料选择、结构设计以及工艺优化提供有益参考. 关键词:热喷涂;

陶瓷涂层;

金属陶瓷涂层;

耐磨损;

结构调控 磨损是自然界存在的普遍现象之一.磨损不仅导致材料损失从而引发机械零件失效, 还消耗巨 大的能源[1] .统计显示:因磨损消耗的能源占到全世界生产能源的 1/3 到1/2[2] ;

全球每年与磨损有 关的损失约占 GDP 的2% ~ 7%[3] ;

中国

2006 年的磨损损失约为

9500 亿元人民币, 约占 GDP 的4.5%[4] .在冶金、矿山、化工、建材及航空航天等各个工业领域, 磨损导致了约 80% 零部件的失效, 给国民经济造成了巨大损失.由此可见, 易磨损件寿命低已成为制约一些支柱产业升级发展的基础 问题之一.因此, 开发高耐磨表面技术对于延长零部件和设备连续可靠运行寿命从而推进支柱产业 升级发展具有十分重大的现实意义[5] . 磨损, 是指摩擦副表面做相对运动时不可避免的因机械与化学作用所发生的材料变形和脱落现 象[6] .磨损发生在两物体相对运动的表面, 而且是在很薄的一层工作表面上.磨损的形式很多, 主要 有磨粒磨损、粘着磨损、冲蚀磨损、微动磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损以及它们之间的相互结合或转 化, 其中磨粒磨损失效所占比重超过 50%.材料耐磨损性能存在多种影响因素, 包括自身材质、摩擦 ??????????????? 收稿日期: 2015-12-25 收到修改稿日期: 2016-01-29 基金项目: 国家万人计划专项基金. 第一作者: 陈林(1990 ?), 男, 陕西商洛人, 博士研究生.E-mail: [email protected]. 通讯作者: 杨冠军 (1977 ?), 男, 河北唐山人, 教授、博士生导师.E-mail: [email protected]. ?

4 ? 陈林等, 热喷涂陶瓷涂层的耐磨应用及涂层结构调控方法 第37 卷 对副、载荷与速度、摩擦方式、表面粗糙度及其他表面特性、润滑状态、温度和湿度等, 因此材料 磨损是各种因素共同作用的一种异常复杂的综合结果[7] . 目前, 降低材料磨损的主要方式除添加液相或固相润滑剂之外, 主要是进行表面改性或表面涂 层处理.常用的表面涂层技术有热喷涂、物理/化学气相沉积 (PVD/CVD)、溶胶?凝胶 (Sol-Gel)、表 面涂覆等方法.陶瓷涂层材料具有熔点高、硬度高、化学和热稳定性好、抗高温氧化、耐腐蚀等优 异性能, 是一类优异的耐磨损涂层材料[8-12] .根据北美市场统计, 在各类陶瓷涂层中, 热喷涂陶瓷涂 层所占份额超过了 50%.这是因为热喷涂方法具有对基体材料、形状和尺寸几乎没有要求、涂层材 料适应性极广、生产效率高、工艺灵活性强等优越性.