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        如何改善陶瓷涂层组织力学性能

        2014-1-13 10:02:39点击:

        稀土能强化金属陶瓷涂层组织晶界,减小微观粒子平均承受的摩擦力,减小涂层的摩擦系数,改善涂层组织力学性能。Z Y Zhang等在等离子喷涂镍基金属陶瓷涂层中添加La2O3,发现稀土可以明显地减小涂层的摩擦系数,并使它的波动范围减小。掺杂稀土的涂层微观结构更加密集,紧凑,孔洞减少,减小了微观粒子平均承受的摩擦力,使摩擦磨损减;掺杂稀土还会增大金属陶瓷的晶面距离,导致相互作用的两晶面作用力变化而降低摩擦系数。赵高敏等研究发现在激光熔覆铁基合金涂层中加入La2O3能有效减少涂层的摩擦磨损,不含稀土的熔覆层磨损表面呈现严重的粘着和脆性断裂剥落迹象,而含稀土的涂层磨损表面粘着迹象较微弱,未见大面积脆性剥落迹象。稀土可以促进Cr的碳化物和硼化物硬质相析出,提高涂层的硬度,降低犁削和粘着作用;稀土大多存在于晶界,晶界得到强化,晶界附近位错的移动性较强,晶粒之间的滑移传递较容易,有利于促进摩擦过程中表面微裂纹顶部的应力松弛,增加裂纹扩展的阻力,减轻磨损。宣天鹏等发现在真空熔结Ni基合金涂层中加入稀土Y后,大尺寸的稀土原子周围形成了包含很多原子的极化球,原子间的结合力与应力场加大,而畸变区与位错的交互作用有利于提高滑移系启动所需的临界应力,造成裂纹扩展抗力增大,避免涂层微观断裂和剥落。具有较强的活性和吸附能力的稀土原子偏聚在涂层与氧化膜的界面处,从而阻碍金属离子的扩散,降低氧化膜中的空位浓度,提高氧化膜的致密性,降低摩擦力和涂层的磨损体积损失?锝ㄐ碌确⑾衷诩す馊鄹材鵗iC金属陶瓷涂层中加入适量的稀土氧化物CeO2后,稀土氧化物大多存在于晶界,晶界得到强化,晶界附近位错的移动性较强,晶粒之间的滑移传递较容易,这有利于促进摩擦过程中表面微裂纹顶部的应力松弛,增加裂纹扩展的阻力,从而减轻磨损。

        图(1)喷涂陶瓷涂层前需要喷砂处理,保障陶瓷涂层与基材的结合力

        稀土元素本身具有良好的润滑功能,并促进表面氧化膜的形成,改善润滑条件,使摩擦磨损减小。La2O3和CeO2具有六方层状结构而具有良好的润滑功能,并能在高温条件下保持稳定的化学性能,因而可以降低金属陶瓷涂层的摩擦系数。宣天鹏等指出,稀土金属Y与润滑介质中的H和O有较大的亲和力,有利于促进润滑油在涂层表面的吸附,改善润滑条件,降低摩擦系数,提高耐磨性。戴振东等在离子喷涂镍-碳化钛金属陶瓷涂层中加入1%的稀土硅铁粉末,发现添加稀土可提高摩擦化学反应生成的氧化膜的热稳定性,还使喷涂层的粘结性得到改善。含稀土的涂层试样表面的氧化膜比不含稀土的涂层试样的厚,有利于在摩擦副之间保持一层连续的润滑性氧化膜,起到减摩抗磨作用。徐进[20]等研究发现,稀土CeO2能促进摩擦过程中表面氧化物反应膜的形成,减轻摩擦副间的粘着,降低了磨损。稀土元素在氧化膜与基体的界面的偏聚、凝聚,减少界面的孔隙,提高摩擦表面氧化膜的粘着力,减少了剥落的可能。稀土还阻碍氧化过程的继续进行,减慢了氧化过程,使涂层表面保持稳定的、连续的氧化膜,降低了摩擦力,表层磨损量也大大减少。

        图(2)选好基材、陶瓷涂层材质、涂层厚度等可以提高

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