原位干冰清洗处理-氧化铬提高等离子喷涂氧化铬涂层的质量-行业动态

理想情况下，热喷涂氧化铬涂层可达到1900-2000HV的硬度，并具有出色的耐磨性和良好的表面光洁度。与其他热喷涂氧化物相比，氧化铬的孔隙率更低，并且不溶于酸，碱或醇。这使得氧化铬成为网纹辊（图9），泵密封件和耐磨环等应用中有吸引力的涂层。纯氧化铬由化学计量的α-Cr2O3组成，颜色为绿色，但是在喷涂过程中，化学计量的Cr2O3可能会部分还原为非化学计量的成分，该成分会显得颜色较深，性能稍差，部分还原为金属铬也是可能的，因此，必须仔细优化喷涂工艺。图9：带有氧化铬涂层激光的网纹传墨辊上刻有凹痕，以输送墨水。氧化铬并不总是用作纯涂层，因为其他陶瓷添加剂可以提高涂层性能。尽管纯的APS喷涂氧化铬的孔隙度为2.15％，硬度为1140HV，但是机械混合的10wt％铝粉复合粉末的孔隙率仅为0.77％，硬度额定值为1437HV。另一方面，由含有等量的氧化铬和氧化铝的混合物产生的断裂韧性。 [13]氧化钛也常用于氧化铬中以增加其韧性。市场上有不同的组成，范围从4.25wt％到40wt％。二氧化硅（SiO2）也与二氧化钛一起使用，以进一步提高韧性。 [16]二氧化钛还有助于减少喷涂过程中的氧气损失。在某种程度上也研究了其他更常见的添加剂，例如MoO3 [18]，CaF2，Ag2O和ZrO2 [19]。发现MoO 3降低了孔隙率并增加了涂层的硬度，并降低了常温和高温下的摩擦系数。 Cr2O3-Ag2O-CaF2（CAF）和Cr2O3-ZrO2-CaF2（CZF）涂层比纯氧化铬涂层具有更低的硬度和更高的室温摩擦系数。由于CaF2是高温固体润滑剂，因此会降低高温下复合涂层的摩擦系数。在这两种复合涂层中，由于Ag2O改善了转移膜的润湿性，而ZrO2阻碍了其形成，因此CAF的性能更好。除了添加剂和喷涂参数外，另一种改善陶瓷热喷涂涂层性能的方法是使用纳米结构粉末。等离子喷涂传统的熔融和粉碎的氧化铬粉末以及由溶胶-凝胶生产的纳米结构粉末，会产生具有明显不同的耐磨性的涂层。在振动磨损测试中，常规涂层的磨损率比纳米结构涂层高20倍。 [20]类似的研究还使用了常规的和纳米结构的Cr2O3-3％TiO2粉末。纳米结构涂层比传统涂层具有更高的硬度，并且可以抵抗腐蚀和干滑。 [21]铬酸盐通常用于需要良好摩擦学性能（主要是耐磨性）的应用。但是，对于热喷涂陶瓷涂层中的磨损应用，Chromia并不总是理想的解决方案。在干砂轮测试中进行测试时，氧化铝涂层优于氧化铬涂层。两种涂层均采用等离子喷涂，孔隙率为6％。在相同的研究领域，相同的样品也在圆盘摩擦磨损测试仪上进行了测试。这次，氧化铬比铝涂层的磨损少。测得的氧化铬涂层的摩擦系数和销钉材料损失也低于任何其他测试涂层。氧化铬的成功归因于通过塑性变形形成致密的摩擦膜。 [22]另一项研究更详细地研究了等离子喷涂氧化铬涂层在干式滑动中形成的摩擦膜。 Cr2O3-3％TiO2-5％SiO2涂层在室温和450°C的往返干式滑动试验中进行了测试。在450°C测试中，总磨损较高，但是摩擦系数较低。这可以通过以下事实来解释：由于在450°C测试开始时的较高磨损，形成了具有较高硬度的更明显的摩擦膜。通过XPS分析，发现耐磨膜的化学成分也与地面不同。在室温下形成测试膜样品显示出CrO3的迹象，而在450°C的测试中产生了含CrO2的膜。为了研究氧化铝和氧化铬涂层的磨损行为，使用了单点刮擦测试。在低接触压力下，氧化铬涂层具有较高的耐磨性，并且主要的材料去除机理是从现有裂纹和孔眼中产生微裂纹。但是，当超过临界接触压力极限时，接触区域以下的横向裂纹会引起宏观裂纹。 [24]宏观断裂可能与涂层之间的内聚力弱有关，通常在等离子喷涂氧化铬的断裂截面中可见，如图10 [6]所示。图10：APS喷涂的氧化铬涂层断裂面。图11：氧化铝（A）和氧化铬（B）涂层上的磨损痕迹。在HVOF喷涂氧化铬和氧化铝涂层上进行的磨损测试表明，与APS涂层相比，磨损性能得到了显着改善。在干式滑动试验中，由于形成了更均匀，更持久的摩擦膜，色谱涂层的性能更好（见图11）。随着接触压力的增加，HVOF涂层表现出的更高韧性的效果变得明显。在干砂橡胶轮测试中，铬酸盐涂层的耐磨性也比氧化铝涂层好，并且HVOF喷涂氧化铬的质量下降。 [7]在[25]中也对HVOF和APS喷涂陶瓷涂层进行了研究，并且在HVOF涂层中观察到了相似的微观结构和性能改进。 HVOF和等离子喷涂的氧化铬涂层也已在其他喷涂涂层的气蚀系列中进行了测试。在所有测试样品中，包括抗气蚀的块状不锈钢作为参考样品，HVOF喷涂氧化铬的质量损失与许多参考样品的质量损失相同[26]。作为材料，氧化铬可抵抗酸性和碱性溶液[2]。在NaOH和H2SO4溶液中测试了各种陶瓷APS和HVOF涂层，氧化铬的质量损失非常小，仅次于二氧化钛涂层。相反，氧化铝涂层的质量损失要高几个数量级。 [27]热喷涂陶瓷涂层通常不用于腐蚀防护，因为所生产的陶瓷涂层完全没有裂纹并且具有大的孔隙率。已经研究了使用粘结层来提高涂层系统的耐腐蚀性，但是不同粘结涂层的结果是相似的：氧化铬层下面的粘结层的腐蚀会导致界面失效。因此，化学上更耐腐蚀的粘合剂涂料自然会更好。 [28]改善氧化铬和其他涂层的耐腐蚀性的一种可能性是用有机或无机密封剂密封开口。有机密封胶由树脂，蜡和其他聚合材料组成。无机密封胶包括溶胶-凝胶，磷酸铝，甚至熔融金属。 [4]例如，研究了磷酸铝密封件与氧化铬涂层的应用。结果显示改善的耐腐蚀性以及侵蚀和耐磨性。然而，喷涂后处理需要额外的处理步骤以增加部件的成本。技术着重于干冰清洁技术的研究