低压电弧喷涂Ti涂层组织形态及其制备工艺.pdfVIP

— — 轻有色合金 种铸造及有色合金 2010年第 3O卷第 8期 低压 电弧喷涂 Ti涂层组织形态及其制备工艺 宋 丹 李德元 张广伟 赵灵艳 (沈阳工业大学材料科学与工程学院) 摘 要 采用低压 电弧喷涂方法制备了Ti涂层，对其成分和组织进行 了分析 ，并研究了喷涂工艺对涂层 中杂质含量及对 喷涂粒子形态的影响。结果表明，在Ar气保护条件下，防止涂层氧化和氮化仍然有一定的困难，需要采用低真空度保护才 可能制备 出致密 的涂层 。另外，分析 了变形+再结晶处理工艺对 Ti涂层 中喷涂粒子界面的作用 ，并对涂层的耐腐蚀性能 进行了试验。 关键词 低压喷涂 ；Ti；涂层 ；喷涂粒子 ；组织 ；腐蚀 中图分类号 TG174．2 文献标志码 A 文章编号 1001—2249(2010)08—0758—04 D0I：10．3870／tzzz．2010．08．025 在低真空或惰性气体保护环境下进行热喷涂是制 备易氧化材料涂层 的一种有效途径。1990年 ，Stef— fens．H．D等口就曾在低真空条件下利用等离子喷涂制 备了多种金属涂层。国外现已将该方法用于制备 Ti、 难熔金属涂层、非 晶态热 障涂层 以及骨质生物涂层 等[2 。目前，国内对低压等离子喷涂方法也有 了一些 研究 。Ti具有优异的力学性能和耐蚀性 ，在化工等 行业都获得了广泛 的应用。但 由于其喷涂粒子在飞行 过程中极易被气体污染，涂层制备具有很大难度。研究 图 1 气 氛 可控 型喷涂装置 的组 成 表明，用低压等离子喷涂方法可以获得杂质很少 的Ti 低真空工作环境时，在喷涂前预抽真空，并在 喷涂过程 涂层 ，虽然由于涂层 中孔隙的存在，作为耐蚀涂层使用 中靠真空泵不断排出气体 ，可将喷涂舱 的压力保持在 还存在一定的问题，但这种方法已在生物医学领域获得 10Pa，由于喷涂过程 中需要有 引弧离子气体和送粉气 了成功的应用l7]。国外也有采用低压 电弧喷涂制备 Ti 体，因此需要在工作 的同时抽真空 ，以保证低真空的环 涂层的研究I8]，但国内研究得还很少 。电弧喷涂的优势 境。在有些情况下，也可 以直接在喷涂舱 中充人 Ar 在于沉积效率高 ，可 以达到 10～30kg／h，约为等离子 气，在惰性气体环境下完成喷涂。 喷涂方法的3～5倍 ，而且设备造价仅为等离子喷涂的 喷涂系统由喷涂设备和带有特制密封组件的枪体 1／6～1／4。但这种方法 由于喷涂温度低 ，粒子飞行速度 组成 ，当喷涂单一材料时，可单独采用电弧喷涂或等离 比较低 ，所获得的涂层 中孔隙率高 ，粒子之间的结合强 子喷涂设备进行喷涂，而当喷涂复合材料时，则可同时 度较低。 连接两种喷涂设备 。例如 ，常利用等离子喷涂来喷涂陶 本课题研究了采用低压 电弧喷涂制备 Ti涂层 ，然 瓷粉末 ，而利用电弧喷涂来喷涂金属丝材，就可形成任 后采用变形+再结晶热处理的方法消除涂层孔隙的方 意 比例的复合材料涂层或块体材料 。加热系统可以在 法。研究了涂层的成分和组织 ，并探讨了该技术在工艺 喷涂时对工件进行加热和控温 ，主要用于制备原位生成 上的可行性 。 复合材料 。工件移动系统则是为 了保证试样按照需求 移动，保持喷涂粒子均匀沉积。 1 喷涂装置及试验材料 试验中分别采用低真空环境和 Ar气保护制备了 试验采用 自制的气氛可控型喷涂装置来完成 ，其主 Ti涂层 。所用 的试样 尺寸 为 100mm ×100mm×5 要组成部分见图 1。 mm，喷涂材料为直径 2．0mm 的Ti丝，Ti的纯度超过 该装置 由