通过原位干冰清洗处理提高等离子喷涂氧化铬涂层的质量-----------行业动态

热喷涂陶瓷涂料广泛用于各个行业，特别是耐磨性和耐腐蚀性，热绝缘和电绝缘性以及其他专业应用。由于其成本效益，稳定性和良好的材料性能，氧化物是热喷涂中最主要的陶瓷族。 [9]非氧化物陶瓷的热喷涂通常更具挑战性，因为它们在加工过程中易于分解或蒸发。可以喷涂一些碳化物，硼化物和氮化物，但是即使如此，它们通常也需要受控的气氛。 [2]大多数用于热喷涂氧化物的粉末是通过熔化，粉碎或喷雾干燥制成的。通过这两种方法制得的粉末如图7所示。熔融和压碎的粉末始于炉内的熔点温度，在该温度下原料在材料上方熔化。然后将所得的材料块粉碎，压碎并研磨以产生粉末。熔化并粉碎的粉末锋利结块，几乎没有内部空隙。粗糙的形状导致流动性差，这可能导致在喷涂过程中进料不规则。这可以通过在火焰或等离子体中进一步球化来解决，但是存在内部孔形成的风险。至少在氧化铬的情况下，熔融和粉碎粉末的另一个问题是通过高温还原反应形成金属铬。这可能对涂层的质量有害，特别是在需要电绝缘的情况下。图7：熔融粉碎的Cr2O3粉末（左），喷雾干燥的Cr2O3 + SiO2粉末（右）。喷雾干燥从含有前体的浆料开始以形成固体粉末，有机粘合剂将干燥的附聚物和添加剂粘合在一起，以增强浆料或粘合性能。将浆液送入雾化器，在雾化器中以高压喷雾形成细小液滴。雾化后，将其用加热的气体干燥以蒸发水，留下固体粉末块。所得颗粒为球形，并具有良好的流动性，但由于水的快速蒸发，它们是多孔的，有时是中空的。粉末的形状取决于雾化和干燥参数以及浆料组成。喷雾干燥的粉末可通过烧结，在电弧等离子体或射频等离子体中加热而进一步致密化。这个附加的处理步骤会产生更致密的粉末，该粉末在喷涂过程中会更好地加热和熔化。由于该额外的热处理步骤，相变是可能的，应予以考虑。氧化物材料需要很高的温度才能通过热喷涂适当地熔化和沉积，因此通常使用等离子喷涂来沉积它们。尽管粒子在等离子流中已适当融化，但它们的速度很慢，导致孔隙率和内聚力差。在过去的15年中，HVOF喷涂领域取得了进展。 HVOF喷涂技术可用于沉积高质量的陶瓷涂层。使用内部送粉器将粉末直接送入最热的部分，加热到极限。当达到适当的颗粒加热时，HVOF喷涂可提供比APS更好的结构化陶瓷涂层。 [3]在一项研究中，绘制了不同微观结构特征对氧化铬陶瓷涂层性能的影响。用等离子喷涂氧化铝和氧化铝-二氧化钛涂层的几种不同参数。当比较涂层和块状陶瓷的磨损性能时，发现涂层的磨损率明显高于相同硬度水平的陶瓷，这表明热喷涂涂层的独特微观结构极大地影响了磨损性能涂层的即，在硬度，孔隙率和磨损之间存在良好的联系。垂直裂纹密度与磨损粒度之间也存在明确的关系。 [10]尽管大块陶瓷涂层和热喷涂陶瓷涂层的化学性质在成分上相似，但是加工路线在很大程度上影响其性能，强调需要仔细控制和改进工艺。除了耐磨性，独特的微观结构还影响其腐蚀性能。陶瓷是非常惰性的化学材料，但是陶瓷涂层很少致密且孔隙率为零。这意味着腐蚀性物质通常会渗透涂层并腐蚀下面的基材。但是这个可以通过例如聚合物浸涂来防止。氧化铝（Al2O3）是市场上最常见且最具成本效益的氧化物之一，因为它广泛用于磨料中。氧化铝涂料是在酸性环境中磨损和腐蚀的理想选择，但不适用于碱性环境。 [3]由于其介电性能，氧化铝也被广泛用作绝缘涂层。然而，该涂层是相对易碎的，这带来了一些限制。在热喷涂过程中，α-氧化铝在快速冷却过程中转变为亚稳态γ-氧化铝。 γ相在高达950°C的温度下稳定，并转变回α相。产生的相变伴随着体积变化，从而导致涂层失效。因此，限制了纯氧化铝涂层的高温应用。图8：A）HVOF喷涂常规Al2O3，B）HVOF喷涂纳米Al2O3APS喷涂常规Al2O3氧化铝通常与3-40％的二氧化钛一起使用以提高其性能。通过提高其韧性，即使通常降低了硬度，二氧化钛的添加量也可以增加13％，从而提高涂层的耐磨性[2]。另一方面，铬的添加已成功用于在喷涂状态下产生稳定的α相[12]，其性能优于纯氧化铝[13]。氧化铝的HVOF喷涂已被证明可以改善其性能，从而降低孔隙率（见图8），更好的内聚力，更高的韧性和硬度，当然，其APS喷涂对手具有更好的耐磨性。纳米结构的原料粉末进一步改善了性能，但仅稍有改善。 [6] [7]由于二氧化钛在1850°C的氧化物熔点，最容易喷涂二氧化钛（TiO2）和含二氧化钛的混合物。 [3]氧化钛用于类似于氧化铝的应用，但其整体性能较差。二氧化钛通常与其他氧化物混合，含二氧化钛的涂层硬度较低，但韧性较高，孔隙率较低[4]。像氧化铝一样，传统的二氧化钛和纳米结构的二氧化钛粉末的HVOF喷涂也比APS喷涂的二氧化钛表现出明显更好的耐磨性和涂层附着力。氧化锆（ZrO2）的主要应用在于其热性能。对于陶瓷材料，它具有非常高的热膨胀系数，接近于钢[3]。它还具有极高的抗热震性和极低的热导率，使其成为整体隔热涂料的绝佳选择。像其他陶瓷一样，纯氧化锆在高温下也可能具有其他可能的相，但是氧化锆的相结构可以通过添加氧化钇（Y2O3），氧化铈（CeO2）和氧化镁（MgO），氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）来实现。 ）被广泛使用的。它也用作固体氧化物燃料电池中的电解质，在其中用作薄层。也有关于通过HVOF成功喷涂氧化锆的报道。干冰清洁和喷射的应用将在以下章节中详细介绍。科技2018.6.5