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基于分形路径粉末等离子喷焊层的组织与硬度
摘要：
本文研究了应用分形路径粉末等离子喷焊技术来制备涂层，重点关注了涂层的组织和硬度。通过SEM、XRD和硬度测试等手段分析了制备的不同涂层的微观形貌、晶体结构以及硬度特征。结果表明，分形路径粉末等离子喷焊层具有复杂的多尺度结构，同时获得了优异的硬度性能。
关键词：分形路径、粉末等离子喷焊、组织、硬度
绪论：
粉末等离子喷焊技术是一种先进的表面增强技术，可将金属粉末通过等离子射流喷雾在基材表面形成涂层，进而获得优异的性能。对于涂层的研究中，早期重点关注了制备工艺的调控，但涂层优异性能的实现需要进一步关注涂层本身的结构与性能关系。分形理论是近年来发展迅速的复杂系统科学领域之一，其数学模型可以描述类似于自然界中种种分形运动和形态。因此，使用分形技术制备涂层，不同维度、尺度和形态的涂层结构可以得到更好的实现。本研究旨在以分形路径来研究粉末等离子喷焊制备的复合涂层的组织及硬度特征。
实验方法：
实验材料为Q195钢，涂层材料为不锈钢316L和铜Cu粉末，制备过程采用分形路径粉末等离子喷焊技术，喷焊参数如表1所示。
表1：分形路径粉末等离子喷焊参数表
制备参数喷射压力（MPa）喷嘴距离（mm）喷嘴角度（°）粉末流量（g/min）
316L0.451006030
Cu0.451006030
对不同制备参数进行SEM、XRD、硬度测试；对制备的不同涂层进行材料学的性质表征及分析和评价。
结果与讨论：
通过SEM观察，不锈钢316L涂层为一层完整的瓷瓶装样式结构，平滑无缝，并获得了一定的紧密度，与铜Cu的分形路径涂层则表现出了更为复杂的多尺度结构。这表明在不同的沉积条件下，涂层表现出不同的复杂结构特征。XRD发现不锈钢涂层表面在（111）位面上出现了非晶化现象，而Cu涂层由于基本成分为多晶结构，所以没有出现“非晶化”的现象，但在两个涂层中都存在晶粒的再结晶现象。硬度测试发现两种涂层在硬度上均获得了显著的提高。分形路径对涂层的影响不仅表现在涂层的表面形态，还表现在涂层体积的空间分布、结构层次等方面。因此，分形路径粉末等离子喷焊技术在制备涂层时可有效改善其微结构组织，并使涂层具有更优异的硬度性能。
结论：
本文采用分形路径粉末等离子喷焊技术制备了不锈钢316L和铜Cu的涂层。通过SEM、XRD和硬度测试等手段对涂层的微观形貌、晶体结构以及硬度特征进行了分析。结果表明分形路径粉末等离子喷焊涂层具有复杂的多尺度结构，并获得了优异的硬度性能。这种分形多尺度复杂结构的优异性能的现象与其微观形态有关，具有重要的理论和实际应用价值。