通过原位干冰清洗提高等离子喷涂氧化铬涂层的质量-----------行业动态
* 来源: * 作者: * 发表时间: 2019/09/24 0:16:17 * 浏览: 5
热喷涂陶瓷涂料广泛用于各种行业，尤其是用于磨损和腐蚀防护，隔热和电绝缘以及其他特殊应用。氧化物因其成本效益，稳定性和良好的材料性能而成为热喷涂中最主要的陶瓷族。 [9]热喷涂非氧化物陶瓷通常更具挑战性，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融和粉碎或喷雾干燥生产的，通过这两种方法生产的粉末如图7所示。熔融和粉碎的粉末始于在熔点下熔化材料。炉内物料上方的温度。然后将所得的材料块破碎，粉碎并研磨以产生粉末。熔融粉碎的粉末是锋利的，块状的，几乎没有内部空隙。粗糙的形状会导致流动性差，这可能会导致喷涂过程中粉末进料不规则，这可以通过在火焰或等离子中进一步球化来解决，但存在形成内部孔的风险。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，该固体粉末将干燥的附聚物和添加剂粘合在一起以增强浆料或粘合剂的性能。将浆液送入雾化器，在其中通过高压喷雾形成细小液滴。雾化后，将其用加热的气体干燥并蒸发，留下固体粉末附聚物的水分。所得的颗粒是球形的并且具有良好的流动性，但是由于水的快速蒸发速率而是多孔的并且有时是空心的。粉末的形态取决于雾化和干燥参数以及浆料组成。喷雾干燥的粉末可以通过在电弧等离子体或射频等离子体中烧结和加热而进一步致密化。该附加的处理步骤产生了更致密的粉末，该粉末在喷涂过程中被更好地加热和熔化。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。尽管颗粒在等离子流中已适当熔化，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喷涂技术取得了进步，可以使用HVOF喷涂技术沉积高质量的陶瓷涂层。内部粉末进料装置用于将粉末直接进料到最热的部分并将其加热到极限。当实现适当的颗粒加热时，HVOF喷涂可提供结构比APS更好的陶瓷涂层。 [3]在一项研究中，绘制了不同微观结构特征对陶瓷涂层铬性能的影响。用几个不同的参数对氧化铝和氧化铝-二氧化钛涂层进行等离子喷涂。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具有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涂层的磨损性能。即，硬度，孔隙率和磨损之间具有良好的联系。垂直裂纹密度与磨损粒度之间也有明确的联系。 [10]尽管块状陶瓷和热喷涂陶瓷涂层在化学成分上相似，但加工路线极大地影响了它们的性能，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，但是陶瓷涂层的致密性较低且孔隙率低。这意味着腐蚀性材料通常会渗透涂层并腐蚀下面的基材。但是，这可以例如，可以通过聚合物浸涂来防止这种情况。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]由于氧化铝的介电特性，它也被广泛用作绝缘涂层。然而，涂层相对易碎，这产生了一些限制。在热喷涂过程中，在快速冷却期间，α-氧化铝转化为亚稳态的γ-氧化铝。 γ相在最高950°C的温度下稳定，并转换回α相。产生的相变伴随着体积变化，导致涂层失效，因此纯氧化铝涂层的高温应用受到限制。图8：A）HVOF喷涂常规Al2O3，B）HVOF喷涂纳米Al2O3APS喷涂常规Al2O3氧化铝通常与添加3-40％的二氧化钛一起使用，通过提高其韧性来改善其性能，即使硬度通常为减少后，添加的二氧化钛的量可使涂层的耐磨性提高13％[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]。 HVOF喷涂氧化铝可改善其性能，从而降低孔隙率（请参见图8），更好的内聚力，更高的韧性和硬度，当然，其APS喷涂同类产品具有更好的耐磨性。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，因此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，含有二氧化钛的涂层会降低硬度，但增加韧性并降低孔隙率[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）的主要用途是其热性能，它对陶瓷材料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导热性，使其成为绝热涂料的绝佳选择。与其他陶瓷一样，纯氧化锆在高温下还有其他可能的相，但是可以通过添加氧化钇（Y2O3），氧化铈（CeO2）和氧化镁（MgO）以及氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）来添加氧化锆相结构。 。 ）被广泛使用的。它也用作固体氧化物燃料电池中的电解质，用作薄层。也有报道说HVOF成功地喷涂了氧化锆。稍后章节将详细介绍干冰清洁喷雾的应用。科技2018.6.5
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