空氣等離子噴涂NiCr/Cr2C3涂層的制備及抗熱震性能

2132　 2022-08-27 08:47:16

1.引言目前，航空發動機高溫固體潤滑耐磨涂層較多采用熱噴涂技術制備[1][2][3][4][5]。與其它制備方法相比，熱噴涂技術具有以下優點[6][7]：可噴涂的材料范圍廣，包括各種金屬及合金、陶瓷及金屬陶瓷、塑料、非金屬礦物等幾乎所有固態工程材料；能夠在多種金屬粘結相上形成涂層，包括金屬基體、陶瓷基體、塑料基體、石膏、木材甚至紙板上都能噴涂；不受被噴涂工件尺寸和施工場所的限制；涂層沉積效率較高，涂層厚度容易控制；施工藝

1. 引言

目前，航空發動機高溫固體潤滑耐磨涂層較多采用熱噴涂技術制備 [1] [2] [3] [4] [5] 。與其它制備方法相比，熱噴涂技術具有以下優點 [6] [7] ：可噴涂的材料范圍廣，包括各種金屬及合金、陶瓷及金屬陶瓷、塑料、非金屬礦物等幾乎所有固態工程材料；能夠在多種金屬粘結相上形成涂層，包括金屬基體、陶瓷基體、塑料基體、石膏、木材甚至紙板上都能噴涂；不受被噴涂工件尺寸和施工場所的限制；涂層沉積效率較高，涂層厚度容易控制；施工藝靈活，方便，迅速，適應性強；熱噴涂施工對基體的熱影響小；成本低，經濟效益顯著。因此，在各工業領域，熱噴涂已發展成為一種不可缺少的熱加工技術。等離子噴涂NiCr/Cr 3C 2涂層材料具有較小的摩擦系和優異的耐磨性能，已作為功能涂層材料應用于先進航空發動機中，以提高航空發動機的使用壽命 [8] [9] [10] [11] 。

本文采用包覆技術制備了NiCr/Cr 3C 2復合粉體，并采用空氣等離子噴涂技術制備了NiCr/Cr 3C 2復合涂層，研究了涂層的抗熱震性能，為該涂層在高溫下的應用提供理論依據。

2. 實驗

2.1. 材料制備

按一定比例在分別在Cr 3C 2細粉表面高壓氫還原包覆鎳層，然后采用固態合金化技術對Cr 3C 2粉體表面包覆的鎳層滲Cr，工藝條件為950℃，保溫時間為8 h，燒結氣氛為氫氣，然后將粉體離心噴霧造粒，將造粒后的粉體在氫氣氣氛下低溫除膠，溫度為900℃，保溫時間為2 h，最后將粉體進行篩分，得到可用于等離子噴涂的NiCr/Cr 3C 2粉體。制備的NiCr/Cr 3C 2 復合粉體中NiCr占25% (wt.%)，Cr 3C 2占75% (wt.%)，其中Ni:Cr = 80:20(wt.%)。

本實驗采用鎳基高溫合金作為基體材料，噴涂之前需要對基體進行預處理。首先，把基體放在洗衣粉水中超聲10 min，以除去基體表面的油漬和其它臟東西。清洗并干燥后，采用GS-943型吸入式干噴砂機對基體的噴涂表面進行噴砂預處理，以提高涂層與基體的結合強度。

采用APS-2000K型等離子噴涂設備制備涂層。為了提高涂層與基體的結合強度，噴涂之前先在基體上噴涂NiCrAl粘結層，其厚度一般為0.1~0.15 mm。經優化的涂層噴涂參數如表1所示。

2.2. 材料表征

粉體和涂層的組織結構采用FEI Quanta 200 FEG電子掃描顯微鏡進行觀察；涂層的物相表征在Philips X’ PERT X射線衍射儀上測試。采用德國Linseis Messgeraete GmbH.L75/1550高溫熱膨脹儀測試涂層熱膨脹系數。測試前將涂層線切割為 20 mm × 4 mm × 0.5 mm 的長條，測試介質為空氣，測試溫度從室溫到900℃，升溫速度為5℃/min。

涂層抗熱震性能測試：采用SX-5-12型馬弗爐對粉體進行抗熱震性試驗。將試樣分別置于700℃、800℃和850℃的電阻爐內保溫5 min，然后取出迅速投入室溫下的水中，觀察涂層出現裂紋及脫落的次數，一般要求經過7次抗熱震實驗，涂層仍不開裂、不剝落為合格。

3. 結果與分析

3.1. 粉體和涂層的顯微結構分析

圖1是等離子噴涂NiCr/Cr 2C 3粉體的SEM圖。從圖中可以看出，NiCr/Cr 2C 3粉體呈球形，顆粒分布較均勻，顆粒尺寸在20~80 μm之間。

圖2是等離子噴涂NiCr/Cr 2C 3涂層的SEM圖。從圖中2(a)中可以看出，等離子噴涂NiCr/Cr 2C 3涂層呈層狀結構，涂層與結合層以及結合層與基體之間結合良好，涂層厚度約為100 μm。從圖2(b)中可以看出，涂層中白色區域為NiCr，灰色區域為Cr2C3，黑色區域為氣孔。

3.2. 涂層的物相結構分析

圖3是等離子噴涂NiCr/Cr 3C 2復合涂層的XRD分析。從圖中可以看出，涂層的主晶相為NiCr和Cr 3C 2相，同時還有少量的Cr2O3和NiO相存在，說明粉體在熱噴涂過程中有少量的氧化。

Voltage (V)	Current (A)	Powder feed rate(g/min)	Spray distance (mm)	Ar			H2
Voltage (V)	Current (A)	Powder feed rate(g/min)	Spray distance (mm)	Flow rate(L/min)	Pressure (MPa)		Flow rate(L/min)	Pressure (MPa)
65	500	30	120	40		0.6	2.5	0.6

Table 1. Parameters of the APS thermal sprayed coatings

表1. 等離子噴涂涂層熱噴涂參數

Figure 1. SEM morphologies of the APS sprayed NiCr/Cr 3C 2 powder

圖1. 等離子噴涂NiCr/Cr 2C 3粉體的SEM圖

3.3. 涂層的抗熱震性能分析

表2是等離子噴涂NiCr/Cr 3C 2復合涂層的抗熱震性能。從表中可以看出，NiCr/Cr 3C 2復合涂層在700℃、800℃和850℃時，冷熱循環10次均未出現開裂或脫落的現象，說明該涂層在700℃、800℃和850℃時抗熱震性能良好，均滿足使用要求。

Figure 2. SEM morphologies of the APS sprayed NiCr/Cr 3C 2 coating

圖2. 等離子噴涂NiCr/Cr 2C 3涂層的SEM圖

Figure 3. XRD pattern of the APS sprayed NiCr/Cr 3C 2 coating

圖3. 等離子噴涂NiCr/Cr 3C 2涂層的XRD分析

	Times of thermal shock tests
	700 ℃	800 ℃	850 ℃
NiCr/Cr 3C 2	≥10	≥10	≥10

Table 2. Thermal shock tests of the APS sprayed NiCr/Cr 3C 2 composite coating

表2. 等離子噴涂NiCr/Cr 3C 2復合涂層的抗熱震性能

Figure 4. Coefficients of thermal expansion of the APS sprayed NiCr/Cr 3C 2 coating

圖4. 等離子噴涂NiCr/Cr 3C 2涂層的熱膨脹系數

為了進一步研究涂層和結合層以及結合層和基體之間的熱膨脹系數的匹配性，測試了等離子噴涂NiCr/Cr 3C 2復合涂層的熱膨脹系數，如圖4所示。從圖中可以看出，等離子噴涂NiCr/Cr 3C 2復合涂層從室溫到900℃熱膨脹系數較平穩，因此溫度對等離子噴涂NiCr/Cr 3C 2復合涂層的熱膨脹系數的影響并不明顯，在高溫下等離子噴涂NiCr/Cr 3C 2復合涂層的熱膨脹系數大約為11.43 × 10?6 m/K，由于Ni基高溫合金的熱膨脹系數在14~15 × 10?6m/K之間，碳鋼的熱膨脹系數在14.7~15 × 10?6 m/K之間，因此等離子噴涂NiCr/Cr 3C 2復合涂層與Ni基高溫合金和碳鋼的熱膨脹系數均匹配性較好。

4. 結論

1) 等離子噴涂NiCr/Cr 2C 3涂層呈層狀結構，涂層與結合層以及結合層與基體之間結合良好。

2) 熱噴涂以后，涂層的主晶相為NiCr和Cr 3C 2相，同時還有少量的Cr2O3和NiO相存在。

3) 涂層在700℃、800℃和850℃時抗熱震性能良好，均滿足使用要求。

少女之3集中国版,俄罗斯少女,老太熟妇性bbwbbwbbw,女人被躁到高潮嗷嗷叫的歌词

空氣等離子噴涂NiCr/Cr2C3涂層的制備及抗熱震性能