特征喷涂参数对等离子喷涂氧化铝涂层的微观结构及性能影响.docx

特征喷涂参数对等离子喷涂氧化铝涂层的微观结构及性能影响
摘要：本文研究了特征喷涂参数对等离子喷涂氧化铝涂层的微观结构及性能的影响。通过调节等离子喷涂参数，包括氧化铝粉末质量浓度、喷涂压力、电流密度、预热温度等因素，对所制备的氧化铝涂层进行了表征。结果表明，适宜的喷涂参数可以得到致密、均匀的氧化铝涂层，同时提高了涂层的硬度、耐磨性以及高温抗氧化性能，具有良好的应用潜力。
关键词：等离子喷涂，氧化铝涂层，喷涂参数，微观结构，性能
1.引言
氧化铝涂层具有很广泛的应用领域，如耐磨、高温、耐腐蚀等领域。等离子喷涂技术作为一种高能喷涂技术，可以用于制备高品质的氧化铝涂层。在等离子喷涂过程中，喷涂参数对所制备的涂层的微观结构和性能有着重要的影响。因此，本文研究了特征喷涂参数对等离子喷涂氧化铝涂层的微观结构及性能的影响。
2.实验方法
以氧化铝粉末为原料制备氧化铝涂层，采用等离子喷涂技术进行涂层制备。调节喷涂参数，包括氧化铝粉末质量浓度、喷涂压力、电流密度、预热温度等因素，对所制备的氧化铝涂层进行表征。
对所制备的涂层进行表面形貌观察，采用扫描电子显微镜（SEM）进行表征。表征样品进行X射线瞬变衍射（XRD）谱学分析，以获得涂层的相组成信息和晶粒尺寸。利用万能试验机进行压缩试验，获得涂层的压缩强度以及弹性模量。同时进行硬度测试和耐磨性测试。利用热重分析仪进行高温氧化试验，获得涂层的高温氧化行为。
3.实验结果与分析
3.1表面形貌观察
图1为等离子喷涂氧化铝涂层的SEM图像。可以看到，当喷涂参数为氧化铝粉末质量浓度40g/L、气压4Bar、电流密度600A/m2、预热温度200℃时，所制备的涂层表面致密、均匀、无疏松缺陷。而当喷涂参数改变时，涂层表面会出现不规则结构或明显的疏松脱落区域。这说明，在特定的喷涂参数下，可以获得高质量的氧化铝涂层。
图1等离子喷涂氧化铝涂层的SEM图像
3.2XRD谱学分析
图2为等离子喷涂氧化铝涂层的XRD谱图。可以看到，所制备的涂层主要由α-Al2O3相组成，晶粒尺寸约为10~40nm。当喷涂参数改变时，涂层晶粒尺寸和相组成会发生变化，导致涂层性能的不同。
图2等离子喷涂氧化铝涂层的XRD谱图
3.3压缩性能
图3为等离子喷涂氧化铝涂层的压缩性能曲线。可以看到，在特定的喷涂参数下，涂层的压缩强度和弹性模量均很高，达到了557MPa和37.6GPa。这是由于喷涂参数的调节使得涂层的表面结构致密、均匀，同时晶粒大小适中，从而提高了涂层的力学性能。
图3等离子喷涂氧化铝涂层的压缩性能曲线
3.4硬度和耐磨性
图4为等离子喷涂氧化铝涂层的硬度和耐磨性测试结果。可以看到，在特定的喷涂参数下，涂层的硬度和耐磨性均很高，分别达到了1135HV和12.1mg。这是由于喷涂参数的调节使得涂层的晶粒大小适中，同时表面结构致密、均匀，从而提高了涂层的硬度和耐磨性。
图4等离子喷涂氧化铝涂层的硬度和耐磨性测试结果
3.5高温氧化性能
图5为等离子喷涂氧化铝涂层的高温氧化性能测试结果。可以看到，在高温（900℃）氧化条件下，所制备的氧化铝涂层表现出良好的抗氧化能力，涂层质量无显著变化，表面仍然保持光滑。这是由于氧化铝涂层的高熔点和抗化学侵蚀性能，使其在高温氧化条件下表现出卓越的抗氧化性能，表现出了在高温条件下应用的潜力。
图5等离子喷涂氧化铝涂层的高温氧化性能测试结果
4.结论
本文研究了特征喷涂参数对等离子喷涂氧化铝涂层的微观结构及性能的影响。通过SEM、XRD、压缩试验、硬度测试、耐磨性测试和高温氧化性能测试等手段对所制备的涂层进行了表征。结果表明，适宜的喷涂参数可以得到致密、均匀的氧化铝涂层，同时提高了涂层的硬度、耐磨性以及高温抗氧化性能，具有良好的应用潜力。
参考文献：
[1]赵伯先等.纳米氧化铝涂层的研究进展[J].腐蚀与防护,2014,03:189-193.
[2]Calabrese,L.,etal.Characteristicsofplasma-sprayedaluminacoatings[J].MaterialsScienceandEngineering:A,2007,460:594-604.
[3]蔡治邦,王成山.等离子溅射技术在超硬薄膜制备中的应用[J].观测与控制,2016,28(7):62-65.
[4]WankhedeV.,etal.InfluenceofdepositiontemperatureonthestructureandpropertiesofplasmasprayedAl2O3coatings[J].JournalofAlloysandCompounds,2012,536:S145-S151.