OARS  - 开放式访问奖励系统GydF4y2Ba
DOI:10.2240 / Azojomo0260GydF4y2Ba

HVOF技术在陶瓷涂层喷涂中的应用GydF4y2Ba

Erja Turunen, Ari Hirvonen, Tommi Varis, Teppo Fält, Simo-Pekka Hannula, Tohru Sekino和Koichi NiiharaGydF4y2Ba

版权广告科技;被许可人Azom.com Pty Ltd.GydF4y2Ba

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Azojomo(ISSN 1833-122X)体积GydF4y2Ba2007年12月3日GydF4y2Ba

主题涵盖GydF4y2Ba

摘要GydF4y2Ba

关键词GydF4y2Ba

介绍GydF4y2Ba

实验程序GydF4y2Ba

喷粉装置开发GydF4y2Ba

过程测绘和涂层沉积GydF4y2Ba

涂层表征和测试GydF4y2Ba

结果GydF4y2Ba

讨论GydF4y2Ba

HVOF喷涂喷涂料GydF4y2Ba

氧化物涂层性能GydF4y2Ba

结论GydF4y2Ba

参考GydF4y2Ba

联系方式GydF4y2Ba

摘要GydF4y2Ba

HVOF喷涂陶瓷涂层具有良好的耐化学和耐腐蚀性能,是一种潜在的应用前景。与等离子喷涂相比,HVOF喷涂涂层的多孔结构更少,提高了涂层的保护能力。然而,由于HVOF火焰温度相对较低,喷涂工艺必须仔细优化,以产生具有充分熔化状态和良好的片层附着力的涂层。本文提出了一种用于优化陶瓷HVOF喷涂工艺的过程映射工具。介绍了氧化铝、铬、氧化锆等陶瓷涂层的微观结构对涂层性能的影响。通过测定磨粒磨损率、硬度和弹性性能,揭示喷涂体系和纳米喷涂粉对涂层性能的影响。讨论了涂层组织与涂层性能的关系。结果表明,HVOF陶瓷喷涂是制备致密、粘结性好、环保性能好的陶瓷涂层的有效方法。GydF4y2Ba

关键词GydF4y2Ba

热的GydF4y2BaS.GydF4y2Ba祈祷,HVOF喷涂,GydF4y2BaO.GydF4y2Ba希德GydF4y2BaCGydF4y2Baeramics,GydF4y2BamGydF4y2Ba机械GydF4y2BaP.GydF4y2Ba绳子,GydF4y2BaW.GydF4y2Ba耳朵GydF4y2BaR.GydF4y2BaesistanceGydF4y2Ba

介绍GydF4y2Ba

在热喷涂过程中,涂层是由附着在基体上的熔化或半熔化的液滴快速凝固而形成的层状结构。典型的涂层结构是一种类似薄煎饼的层状结构,在这种结构中,层状结构之间的平坦率和附着力,以及涂层材料本身,决定了涂层的主要性能。GydF4y2Ba 通常施加热喷涂涂层以改善组分的腐蚀和耐磨性。因此,涂层的所需性质低孔隙率和良好的粘附性。HVOF(高速氧燃料)工艺是生产具有低孔隙率的良好粘附涂层的最潜在的方法[1]。GydF4y2Ba

由于陶瓷材料的优异的化学,腐蚀和热阻,陶瓷涂层提供了一个有趣的替代方案,可以在钢结构上产生保护层。欧洲杯足球竞彩最近,已经证明了HVOF工艺能够产生比等离子喷涂的密度涂层[2-4]。GydF4y2Ba

当涂层涂覆时,涂层的机械性能在例如涂层时是一致的作用。在磨损环境中。热抗冲击性与涂层的断裂强度密切相关。升高温度下钢基板的致密陶瓷涂层的组合需要高涂层骨折韧性。纳米晶陶瓷已经证明了一些特殊性质[5,6]。GydF4y2Ba

由于HVOF火焰的温度相对较低,必须仔细优化喷涂工艺,以产生具有足够熔化状态和良好薄片粘附的涂层。在本文中,引入了过程映射工具,以优化陶瓷的HVOF喷涂过程。讨论了微观结构对各种陶瓷复合涂层的机械性能的影响,当讨论了使用纳米结构喷射粉末的各种陶瓷复合涂层。GydF4y2Ba

本文讨论了用HVOF和APS(空气等离子喷涂)法制备的几种陶瓷涂层的性能。氧化铝和氧化铬具有良好的耐磨损、耐腐蚀性能,是常用的陶瓷涂层。采用钇稳定氧化锆(YSZ)作为热障涂层(TBC)和堇青石(2MgO)GydF4y2Ba.GydF4y2Ba2GydF4y2Ba2GydF4y2BaO.GydF4y2Ba3.GydF4y2Ba.GydF4y2Ba5Sio.GydF4y2Ba2GydF4y2Ba)作为组分材料具有非常低的热膨胀系数[7]。这些复合材料通常用作汽车排气系统中的工业炉,热交换器,燃气轮机发动机和蜂窝状催化剂载体的耐火材料[8,9]。欧洲杯足球竞彩与堇青石相比,YSZ陶瓷经常被认为是高温(HT)陶瓷涂层的候选物[10]。为了使YSZ材料具有所需性质,强烈要求有关微观结构优化,物业控制和对其纳米结构作用的信息的信息 - 已被Niihara,Sekino和Coworkers指出的东西[11-14]。通常,在不存在稳定剂的情况下,四边形氧化锆的晶粒自发地转化为单斜晶体结构,这导致该材料的机械性能的显着降解[15,16]。在所有情况下,致密结构与良好的机械性能相结合。通过引入纳米复合材料的HVOF喷涂,试图达到这一目标。欧洲杯足球竞彩GydF4y2Ba

实验程序GydF4y2Ba

喷粉重击GydF4y2BaopGydF4y2Ba

采用不同的合金元素,采用喷雾干燥法制备了不同的陶瓷粉体。采用各种化学方法和机械方法在大阪大学和VTT中心合成了氧化铝和氧化锆粉体。氧化铝粉的生产在别处有详细的描述。用三种单独的氧化物粉末,即ZrO,制备了ysz -堇青石组成GydF4y2Ba2GydF4y2Ba粉末(TZ-0, TOSOH Co., Japan),平均粒径为30 nm, 2.5GydF4y2BaμGydF4y2Ba近部化学计量的M级粉末GydF4y2Ba堇青石(SS-600, Maruso Yuyaku接头喷口。Setoshi,日本)和YGydF4y2Ba2GydF4y2BaO.GydF4y2Ba3.GydF4y2Ba- 具有平均晶粒大小的33 nm(ru-p,Shin-Etsu地球的Co.;日本)用作单克洛克罗的稳定剂GydF4y2Ba2GydF4y2Ba.在初始粉末中堇青石的含量为5%(体积%)。采用直径为5 mm的氧化锆球,在乙醇中湿球研磨混合后24 h,对混合后的浆料进行研磨。随后,浆液在结块前被干燥和干磨额外的连续12小时。GydF4y2Ba

流程映射GydF4y2Ba和涂层沉积GydF4y2Ba

使用TECNAR DVP-2000对氧化铝进行氧化铝进行在线诊断测量,与Praxair HV-2000喷枪和燃烧室具有尺寸为19mm和22mm。通过改变从243L / min至361L / min的总气体流量来测量大量不同的喷雾条件,对于丙烯,以及893L / min至1,050L / min的氢气。GydF4y2Ba

在抛光的不锈钢基板上收集单个Splats,以研究在不同的喷雾条件下颗粒的熔化水平。欧洲杯猜球平台通过使用低粉末进料速率和在涂层沉积中使用的相同支架距离来喷洒Splats。通过光学显微镜研究采集的Splats以确定颗粒熔化的程度。欧洲杯猜球平台虽然基于诊断测试的温度数据,基于飞行中的颗粒的发射率,提供颗粒的表面温度,单三丝曲面增强了我们对颗粒状态的理解。喷射参数的变化在其他地方进行详细介绍[4]。GydF4y2Ba

使用Praxair HV-2000喷枪沉积涂层。选择氮作为载气。对于本作工作感兴趣的氧化物陶瓷的熔点从2040张达到了吸引力。2700˚C。因此,选择氢气和丙烯作为氧化铝和染色氧化物的燃料气体,以及基于氧化锆的乙炔。使用热敏CPF-2HP粉末进料器,用于确保足够的粉末进料速率,用于具有非最佳尺寸分布和流动能力的实验粉末。将涂层喷涂到尺寸为25×50×2mm的钢板上,用于微观结构和性能表征。通过枪的横向速率和粉末进料速率控制微观结构的发展,导致每次通过的一定厚度。GydF4y2Ba

参考空气等离子体喷涂(APS)AlGydF4y2Ba2GydF4y2BaO.GydF4y2Ba3.GydF4y2Ba(Sulzer-Metco 105SFP, -31+3.5µm)和CrGydF4y2Ba2GydF4y2BaO.GydF4y2Ba3.GydF4y2Ba(Saint-Gobain #3033, -15+5 µm) with APS NiCoCrAlY bond coat (Sulzer-Metco 461NS, -150+22 µm) were manufactured by Centro Sviluppo Materiali S.p.A. (Roma, Italy) with a Sulzer-Metco F4 torch [18].

涂层表征GydF4y2Ba和测试GydF4y2Ba

使用JEOL JSM-6400(SEM)的电子显微镜与PGT棱镜2000 X射线分析仪一起使用来研究涂层微观结构。通过使用300克的重量,通过维氏微硬度法测定涂层的硬度。涂层的耐磨损性,通过根据标准ASTM G 65-91使用橡胶轮磨耗试验进行评价。GydF4y2Ba

结果GydF4y2Ba

图1为氧化铝的氢和丙烯的温度-速度图。可以观察到工艺条件的巨大变化,以及两个明显的区域从使用中上升GydF4y2Ba不同的燃料气体。对不同的工艺条件进行了详细的优化和分析。经过工艺优化后,喷涂用于更详细测试的涂层,喷涂条件为每种材料都确定为最优(表1)。GydF4y2Ba

图1。GydF4y2Ba氧化铝的温度 - 速度过程图。GydF4y2Ba良好的耐磨性和所产生的涂层的硬度的区域进行了概述。二手限制是:硬度1000 HV0.3,和磨粒磨损20毫克/ 30分钟)。GydF4y2Ba

表格1。GydF4y2Ba二手粉末概述。GydF4y2Ba

开始粉GydF4y2Ba

材料的代码GydF4y2Ba

制造商和类型GydF4y2Ba

凝聚的大小GydF4y2Ba

氧化铝GydF4y2Ba

ref-AlGydF4y2Ba2GydF4y2BaO.GydF4y2Ba3.GydF4y2Ba

Praxair al-1110,融合和粉碎GydF4y2Ba

5-22μmGydF4y2Ba

勃姆石GydF4y2Ba

n-AlGydF4y2Ba2GydF4y2BaO.GydF4y2Ba3.GydF4y2BaNiO -5%GydF4y2Ba

VTT,凝聚和烧结GydF4y2Ba

2-21µmGydF4y2Ba

勃姆石GydF4y2Ba

n-AlGydF4y2Ba2GydF4y2BaO.GydF4y2Ba3.GydF4y2Ba-5%ZROGydF4y2Ba2GydF4y2Ba

VTT,凝聚和烧结GydF4y2Ba

2-29μmGydF4y2Ba

亚铬GydF4y2Ba

ref-cr.GydF4y2Ba2GydF4y2BaO.GydF4y2Ba3.GydF4y2Ba

诺顿,融合并粉碎GydF4y2Ba

5-15μmGydF4y2Ba

氧化锆、氧化钇GydF4y2Ba

ZRO.GydF4y2Ba2GydF4y2Ba-7%Y.GydF4y2Ba2GydF4y2BaO.GydF4y2Ba3.GydF4y2Ba(7 ysz)GydF4y2Ba

H.C.Starck,安培825.090,融合和粉碎GydF4y2Ba

5-15μmGydF4y2Ba

氧化锆、氧化钇GydF4y2Ba

ZRO.GydF4y2Ba2GydF4y2Ba-6%Y.GydF4y2Ba2GydF4y2BaO.GydF4y2Ba3.GydF4y2Ba(6 ysz) + 5%。GydF4y2Ba

ISIR, VTT,烧结和烧结GydF4y2Ba

7-18μmGydF4y2Ba

从图2的显微图可以看出APS和HVOF喷涂陶瓷涂层的微观结构差异。与APS涂层相比,HVOF涂层的密度明显提高,气孔和裂纹减少。图3比较了不同APS和HVOF的耐磨性和硬度GydF4y2Ba喷涂料。GydF4y2Ba

图2。GydF4y2Ba涂层的SEM显微照片,证明了HVOF和APS工艺之间的涂层密度的差异a)GydF4y2Ba2GydF4y2BaO.GydF4y2Ba3.GydF4y2Ba(HVOF) [18]GydF4y2Ba2GydF4y2BaO.GydF4y2Ba3.GydF4y2Ba(HVOF) [18], c) 6YSZ (HVOF) [18], d) AlGydF4y2Ba2GydF4y2BaO.GydF4y2Ba3.GydF4y2Ba(APS) [18], e) CrGydF4y2Ba2GydF4y2BaO.GydF4y2Ba3.GydF4y2Ba(APS)。GydF4y2Ba

(一)GydF4y2Ba

(b)GydF4y2Ba

图3。GydF4y2Baa)针对各种HVOF和APS喷涂陶瓷涂层测量的磨损损耗。b)用各种组成的喷涂陶瓷涂层测量的磨损损失和硬度。GydF4y2Ba

讨论GydF4y2Ba

图1显示了不同燃料气体之间的不同趋势。与丙氧混合物相比,氢氧混合物的主要结果是粒子的速度更快。欧洲杯猜球平台另一方面,使用GydF4y2Ba丙烯在粒子温度和速度方面提供更广泛的工艺窗口,因此允许在工艺条件下进行更多变化。结果,不同的温度 - 速度组合产生粉末的不同熔化状态和不同的Splat形成。具有最佳熔化状态,氧化铝Splats相对良好,具有足够的展开。较低的液态速度范围粒子熔化程度降低。发现颗粒熔化行为与磨料耐磨性和硬度之间的明显相关性。GydF4y2Ba

HVOF喷涂喷涂料GydF4y2Ba

与APS涂层相比,HVOF涂层的密度明显提高,气孔和裂纹减少(图2)GydF4y2Ba的GydF4y2Ba丙烯在粒子温度和速度方面提供更广泛的工艺窗口,因此允许在工艺条件下进行更多变化。结果,不同的温度 - 速度组合产生粉末的不同熔化状态和不同的Splat形成。具有最佳熔化状态,氧化铝Splats相对良好,具有足够的展开。较低的液态速度范围粒子熔化程度降低。发现颗粒熔化行为与磨料耐磨性和硬度之间的明显相关性。GydF4y2Ba

与APS涂层相比,HVOF涂层的密度明显提高,气孔和裂纹减少(图2)GydF4y2Ba更均匀,毛孔的大小更小;已经使用图像分析技术[18]显示了这一点。差异可能是由于各种因素。ASP和HVOF喷涂中颗粒的典型温度速度范围是影响涂层质量的最重要的参数,显示了两种技术中欧洲杯猜球平台的不同温度和速度谱。在APS中,将颗粒加热至欧洲杯猜球平台更高的温度,但它们得到比在喷涂的HVOF喷涂中的相当较小的速度。等离子体喷雾导致比HVOF喷涂相当较小的致密且更多孔的结构,因为液滴已经在它们在基材上完全扁平之前固化,这显然也导致差距差的内聚力[19]。GydF4y2Ba

氧化物涂层性能GydF4y2Ba

图3A。通过APS和HVOF喷雾喷涂的各种氧化涂层的性能差异差异。当通过HVOF喷涂制备时,在标准化的橡胶轮磨损试验中测量的涂层的磨损耐磨性提高了超过十倍。差异超过15次,氧化铝和铬涂层,喷射参数已经过优化。HVOF氧化锆涂层比相应的APS涂层更好地执行超过20倍。然而,必须注意的是,比较参考值[20]用于热屏障涂层(TBC),其中最大密度不是针对的。GydF4y2Ba

开发的堇青石合金氧化钇稳定的氧化锆材料是高温使用的候选物。欧洲杯足球竞彩虽然HVOF喷涂材料中有一些毛孔和裂缝,但我们能够通过6%的ytTRIA和5%的堇青石沉积优质的涂料,并通过HVOF构成材料欧洲杯足球竞彩显然,HVOF可用于沉积高熔点温度涂料是热障涂层的候选者。必须注意的是,对于喷涂的氧化锆涂层没有进行系统的过程优化。喷涂合金涂层的性质非常接近参考YSZ涂层的结构。例如,氧化锆参考涂层的耐磨性仅略高于合金涂层的耐涂层。这表明堇青石合金化不会降低涂层的机械性能,显着降低涂层的机械性能,并且可以提高高温性质,因为预期堇青石合金化将防止涂层的高温晶粒生长[21]。GydF4y2Ba

用纯氧化铝或陶瓷合金纳米粉体制备的涂层硬度与参比涂层相同或更硬;只有使用氧化镍合金纳米复合粉末制备的涂层比参考HVOF涂层更柔软。各种氧化铝基涂层的耐磨性也有所不同。5%氧化锆合金的耐磨性最好(图3b)。GydF4y2Ba

结论GydF4y2Ba

与常规大气等离子体喷涂相比,证明了HVOF喷涂能够产生具有优异涂层结构和磨损性能的氧化物涂层。通过合金化氧化铝与其他具有增加的硬度和耐磨性的陶瓷材料涂层。欧洲杯足球竞彩到目前为止,最佳硬度,耐磨性和骨折韧性组合已经获得了ALGydF4y2Ba2GydF4y2BaO.GydF4y2Ba3.GydF4y2Ba- 5% ZrOGydF4y2Ba2GydF4y2Ba涂层。陶瓷纳米复合涂层的磨料耐磨性似乎以复杂的方式取决于涂层的机械性能,例如硬度,断裂韧性和弹性性质。产生的涂层被认为是潜在的候选者,用于防护涂层在恶劣的环境中,需要良好的断裂韧性和优异的环境抵抗力。GydF4y2Ba

参考GydF4y2Ba

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16.GydF4y2BaE. Turunen,T.Varis,T.E.Gustafsson,J.Keskinen,P.Lintunen,T.Fält和S-P。Hannula,“过程GydF4y2BaO.GydF4y2BaptizizationGydF4y2BaP.GydF4y2BaerformanceGydF4y2BaNGydF4y2Ba厌氧型HVOF喷涂GydF4y2BaCGydF4y2BaeramicGydF4y2BaCGydF4y2Baoatings“,第16届国际普莱斯研讨会的讨论,2005年5月3日 - 2005年6月3日,Reutte,奥地利(2005),PM43。卷。1,pp。422-433GydF4y2Ba

17.GydF4y2BaG. Bolelli, V. Cannillo, L. Lusvarghi, E. Turunen, T. Varis, T. Fält和s . p。Hannula,“APS和HVOF喷涂陶瓷涂层的磨损行为”,国际热喷涂会议,西雅图,2006年5月15 -18日,出版。GydF4y2Ba

一种。GydF4y2Ba库尔卡尼(Kulkarni), J. Gutleber, S. Sampath, A. Goland, W. B. Lindquist, H. Herman, A. J. Allen and B. DowdGydF4y2BamGydF4y2BaIcroStructure和GydF4y2BaP.GydF4y2Ba摇摆GydF4y2BaD.GydF4y2Baeyse.GydF4y2BaCGydF4y2BaeramicGydF4y2BaCGydF4y2Ba包覆GydF4y2BaP.GydF4y2Ba依托GydF4y2BaHGydF4y2BaIgh-verocity.GydF4y2BaO.GydF4y2Baxygen-fuelGydF4y2BaCGydF4y2BaombustionGydF4y2BaS.GydF4y2Ba,材料科学与工程,A欧洲杯足球竞彩369欧洲杯线上买球(2004) 124-137。GydF4y2Ba

18.GydF4y2BaS. Ahmaniemi, P. Vuoristo和T. Mäntylä,“机械和GydF4y2BaE.GydF4y2BalastGydF4y2BaP.GydF4y2Ba摇摆GydF4y2BamGydF4y2BaodifiedGydF4y2BaT.GydF4y2Ba乡下人GydF4y2BaT.GydF4y2Ba赫尔曼GydF4y2BaB.GydF4y2Baartier.GydF4y2BaCGydF4y2Ba材料科学与工程,第3欧洲杯足球竞彩66卷欧洲杯线上买球,第1期,2月5日(2004)175-182。GydF4y2Ba

一种。GydF4y2BaHirvonen, R. Nowak, Y. Yamamoto, T. Sekino和K. Niihara,“制造,GydF4y2BaS.GydF4y2Batructure,GydF4y2BamGydF4y2Ba机械和GydF4y2BaT.GydF4y2Ba赫尔曼GydF4y2BaP.GydF4y2Ba摇摆GydF4y2BaZ.GydF4y2Bairconia-basedGydF4y2BaNGydF4y2BaEW.GydF4y2BaCGydF4y2BaeramicGydF4y2BaNGydF4y2Ba《欧洲陶瓷学会杂志》(2005)。GydF4y2Ba

联系方式GydF4y2Ba

埃尔加·图鲁宁,托米·瓦里斯GydF4y2Ba和GydF4y2BaSimo-Pekka HannulaGydF4y2Ba

芬兰VTT技术研究中心GydF4y2Ba
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Ari差距GydF4y2Ba和GydF4y2Batohru sekinoGydF4y2Ba

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科学与工业研究所(ISIR)GydF4y2Ba
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Ari Hirvonen, Teppo FältGydF4y2Ba和GydF4y2BaSimo-Pekka HannulaGydF4y2Ba

赫尔辛基理工大学GydF4y2Ba
材料科学实验室欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球GydF4y2Ba
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Koichi NiiharaGydF4y2Ba

纳卡冈大学GydF4y2Ba技术GydF4y2Ba
极端能量密度研究所GydF4y2Ba
1603-1 kamitomioka-machiGydF4y2Ba
Nagaoka,Niigata 940-2188GydF4y2Ba
日本GydF4y2Ba

本文还发表于“技术的进步”GydF4y2Ba欧洲杯足球竞彩材料与材料加工学报,GydF4y2Ba9.GydF4y2Ba[GydF4y2Ba1GydF4y2Ba) (200GydF4y2Ba7.GydF4y2Ba)GydF4y2Ba63-68GydF4y2Ba”。GydF4y2Ba

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