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: 2020/03/18 0:33:16 * 浏览: 75
热喷涂陶瓷涂料广泛用于各个行业，特别是用于磨损和腐蚀防护，隔热和电绝缘以及其他专业应用。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，它们通常仍需要受控的气氛。 [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。这两种方法制得的粉末如图7所示。粉末的熔化和粉碎始于炉中的熔点温度，该温度将原料熔化到物料上方。然后将所得的大量物料切碎，压碎并研磨以产生粉末。熔化和粉碎的粉末锋利结块，几乎没有内部空隙。粗糙的形状会导致流动性差，这可能导致喷涂过程中粉末进料不规则，可以通过在火焰或等离子中进一步球化处理来解决，但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）。喷雾干燥从包含前体以形成固体粉末的浆料和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的有机粘合剂开始。将浆液送入雾化器，在此处进行高压喷雾以形成细小液滴。雾化后，将其用加热的气体干燥并蒸发，留下固体粉末物料的水分。所得颗粒是球形的，并具有良好的流动性，但是由于水的快速蒸发，它们是多孔的，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。这个额外的处理步骤会产生更致密的粉末，在喷涂过程中会更好地加热和熔化粉末。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正常熔化，但它们的速度很低，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，其中可以使用HVOF喷涂技术沉积高质量的陶瓷涂层。使用内部粉末送入装置将粉末直接送入最热的部分，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氧化铬性能的影响。用几种不同的参数喷涂氧化铝和氧化铝-二氧化钛涂层。当比较涂层和块状陶瓷的磨损性能时，发现与具有相同硬度水平的陶瓷相比，涂层的磨损率明显更高，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，在硬度，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存在明确的关系。 [10]尽管块状陶瓷涂层和热喷涂陶瓷涂层的化学性质相似，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，它们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腐蚀涂层并腐蚀下面的基材。然而，这可以通过例如将涂层浸入聚合物中来防止。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进行磨蚀和腐蚀的理想选择，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，涂层是相对易碎的，这产生了一些限制。在热喷涂过程中，在快速冷却期间，α-氧化铝转变为亚稳态的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，该体积变化导致涂层失效。结果，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，通常添加3-40％的二氧化钛以改善其性能。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％，从而提高了涂层的耐磨性[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]，这导致比纯氧化铝[13]更好的性能。 HVOF氧化铝喷涂可改善其性能，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喷涂同行具有更好的耐磨性。纳米结构的原料粉末进一步改善了性能，但仅略有改善。 [6] [7]由于二氧化钛的氧化物熔点为1850°C，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中，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，但增加韧性和降低孔隙率[4]。像氧化铝一样，与APS喷涂二氧化钛相比，常规二氧化钛和纳米结构二氧化钛粉末的HVOF喷涂也显示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。对于陶瓷材料，它具有很高的热膨胀系数，接近于钢[3]。它还具有极高的抗热震性和极低的导热性，使其成为整体隔热涂料的绝佳选择。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。用过的。它也用作固体氧化物燃料电池中的电解质，并用作薄层。也有通过HVOF成功喷涂氧化锆的报道。在以下各章中详细介绍了干冰清洁喷射的应用。科技2018.6.5
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