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《大气等离子喷涂Al2O3-MgAl2O4多层型涂层及其介电性能》篇一一、引言随着现代工业技术的不断发展，涂层技术已成为提高材料性能和延长设备使用寿命的重要手段。
大气等离子喷涂技术作为一种先进的涂层制备方法，因其具有高效率、高附着力、高硬度等优点，被广泛应用于各种工业领域。
本文旨在研究大气等离子喷涂Al2O3-MgAl2O4多层型涂层的制备工艺及其介电性能，以期为相关领域的应用提供理论支持和实验依据。
二、材料与方法1. 材料准备本实验选用的原材料为氧化铝（Al2O3）和镁铝酸盐（MgAl2O4）。
这些原材料具有良好的耐热性、耐腐蚀性和机械强度，适用于制备高性能的涂层材料。
2. 涂层制备采用大气等离子喷涂技术制备Al2O3-MgAl2O4多层型涂层。
首先，将Al2O3和MgAl2O4粉末按照一定比例混合，然后通过等离子喷枪将混合粉末喷涂在基材表面，形成多层涂层。
3. 性能测试采用扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）等技术对涂层的微观结构和相组成进行分析。
同时，通过介电测试仪测量涂层的介电性能，包括介电常数和介电损耗等参数。
三、结果与讨论1. 涂层微观结构与相组成通过SEM和XRD分析，发现Al2O3-MgAl2O4多层型涂层具有致密的微观结构和均匀的相组成。
多层结构使得涂层具有更好的附着力和耐磨性，同时提高了涂层的硬度。
2. 介电性能分析实验结果表明，Al2O3-MgAl2O4多层型涂层具有较低的介电常数和介电损耗。
这主要归因于涂层中Al2O3和MgAl2O4的优良介电性能以及多层结构的优化设计。
此外，涂层的介电性能还受到喷涂工艺、粉末粒度等因素的影响。
3. 影响因素探讨（1）喷涂工艺：喷涂压力、喷枪距离、喷涂速度等工艺参数对涂层的微观结构和介电性能具有重要影响。
通过优化喷涂工艺，可以提高涂层的致密度和均匀性，从而改善其介电性能。
（2）粉末粒度：粉末粒度对涂层的孔隙率和相组成具有显著影响。
钛氧膜的结构及性能研究摘要：主要介绍关于钛氧膜的能带结构，晶体结构以及钛氧膜的生物相容性能和表面活性等问题，还有钛氧膜的化学处理方法。
关键字：钛氧膜结构生物相容性表面活性TiO2有独特的光学、电学及化学性质,已广泛用于电子、光学和医学等方面。
例如,作为氧传感器用于湿敏、压敏元件及汽车尾气传感器；作为光催化剂,可实现有机物的光催化降解,具有杀菌、消毒和处理污水等作用；利用其亲水亲油的“双亲”特性,可使镀有钛氧膜的物体具有自清洁作用,从而达到防污、防雾、易洗、易干等目的；而金红石相钛氧膜是很好的人工心脏瓣膜材料。
对于TiO2的研究主要集中在制备、结构、性能和应用等方面。
在TiO2性能方面的研究,尤以对其生物相容性和光催化性能的研究最为丰富。
Ti-O膜作为生物活性材料在生物体内可以长期稳定存在且不与生物组织发生物化反应，即具有良好的生物相容性，但其缺点在于植入生物体内后，不能有效地在材料表面形成有正常的细胞并维持长期的活性。
国内外很多的研究者采用各种表面改性工艺方法，对材料表面进行生物活化或有机/无机复合等使材料表面挂带—COOH、—OH、—NH2等反应性基团，然后通过形成共价键使生物分子如蛋白质、多肽、酶和细胞生长因子等固定在材料表面，充当邻近细胞、基质的配基或受体，在材料表面形成一个能与生物体相适应的过渡层，以达到活化钛氧膜表面的效果。
目前，对钛氧膜的表面改性方法主要包括离子表面注入法，碱处理以及酸活化处理等方法。
1 氧化钛的能带结构与晶体结构1.1氧化钛的能带结构氧化钛的能带结构如图1-1所示［1］。
以金红石相为例，锐钛矿相的结构基本与其一致。
氧化钛能带结构是沿布里渊区的高对称结构，3d轨道分裂为e g与t2g 两个亚层，但它们全是空的轨道，电子占据s和p能级；费米能级处于s、p能带和t2g能带之间；最低的两个价带相应于O2s能级。
接下来6个价带相应于O2s 能级，最低的导带是由O3p产生生的，更高的导带能级是由O3p产生的。
等离子喷涂沉积效率解释说明以及概述1. 引言1.1 概述等离子喷涂是一种现代化的表面涂覆技术，通过将粉末材料加热到高温并使其离子化，在电场或气流的作用下将粉末喷射到基材上进行涂覆。
等离子喷涂广泛应用于各个领域，如航空航天、汽车制造、电力行业以及高温耐磨领域等。
1.2 文章结构本文将首先介绍等离子喷涂的基本原理，包括定义、工作原理和应用领域。
然后，我们将重点关注沉积效率及其影响因素。
在此部分中，我们将讨论沉积效率的概念和测量方法，以及影响沉积效率的因素。
最后，我们将对等离子喷涂技术的优缺点进行详细分析，并给出结论部分总结本文的主要观点。
1.3 目的本文旨在探索和解释等离子喷涂技术中的沉积效率，并分析该技术的优缺点。
通过对沉积效率及其相关因素的深入研究，我们可以更好地理解等离子喷涂技术的工作原理，为相关领域的研究和应用提供指导，并为进一步提高沉积效率提供了方法和技术。
2. 等离子喷涂的基本原理2.1 等离子喷涂的定义等离子喷涂是一种以等离子体为媒介进行喷涂的表面工程技术。
它利用一个带正电电荷的极亮弧在高温和压力下将物质气化，然后通过气流将气化物吹到被处理物体的表面形成覆盖层。
2.2 等离子喷涂的工作原理等离子喷涂主要通过以下几个步骤实现：第一步，采用直流或射频放电引发极亮弧。
这会产生高能量的等离子体，使填料（通常为金属、陶瓷或合金粉末）迅速熔化、蒸发和电离。
第二步，生成的等离子体经过磁场聚焦并加速，然后通过导向器送入喷嘴。
第三步，在进入喷嘴时，可选择性添加惰性气体如氩气以稀释和冷却等离子体。
第四步，经过喷嘴后，高温和高压下形成具有较高动能的粒子流，并迅速沿着一个规定的方向喷射到被处理物体的表面。
第五步，粒子流冷却过程中将逐渐降温并凝固，在表面上形成致密且具有较高结合强度的涂层。
2.3 等离子喷涂的应用领域等离子喷涂技术具有广泛的应用领域，包括但不限于以下几个方面：1. 表面保护与修复：等离子喷涂可应用于金属、陶瓷、玻璃等材料的表面保护与修复。
第52卷第12期表面技术2023年12月SURFACE TECHNOLOGY·351·钛合金表面等离子喷涂Al2O3-40%TiO2陶瓷涂层的高温摩擦磨损性能周志强1，郝娇山1*，宋文文1，孙德恩2，李黎1，蒋永兵1，张健1（1.重庆川仪调节阀有限公司，重庆 400707；2.西南大学 材料与能源学院，重庆 400715）摘要：目的研究温度对钛合金表面Al2O3-40%TiO2陶瓷涂层摩擦磨损性能的影响，探讨涂层在高温下的摩擦磨损机理。
方法采用大气等离子喷涂技术（APS）在TC4钛合金表面制备Al2O3-40%TiO2（AT40）陶瓷涂层。
采用扫描电子显微镜（SEM）和能量分散谱仪（EDS），对AT40陶瓷涂层中的微观形貌和物相进行定性分析。
借助维氏显微硬度计，研究 AT40陶瓷涂层在常温下的截面显微硬度分布规律，以及高温下的显微硬度。
采用多功能摩擦磨损试验机，测试AT40陶瓷涂层在200、350、500 ℃下的摩擦磨损性能，并进行原位在线自动3D形貌表征。
结果 AT40陶瓷涂层呈典型的热喷涂层状结构，各相分布均匀，涂层结构致密，平均显微硬度相较于TC4钛合金基材提高了81%。
AT40陶瓷涂层在200、350、500 ℃下的高温硬度分别为513HV0.3、463HV0.3、448HV0.3。
在200、350 ℃时，AT40陶瓷涂层的平均摩擦系数分别为0.18±0.02和0.38±0.03，磨损率分别为(7.8±0.01)×10–5 mm3/(N·m)和(37.2±0.01)×10–5 mm3/(N·m)，涂层具有优异的抗高温摩擦磨损性能。
500 ℃时，涂层的平均摩擦系数和磨损率分别为0.77±0.02和(134.4±0.01)×10–5 mm3/(N·m)，磨痕深度和磨损体积大幅增加，耐磨性能降低。
模具表面处理综述报告学院（系）机械工程学院专业班级材料10802班级序号13学生姓名唐俊指导教师杨雄日期2011年11月24日电弧、等离子涂镀技术一、绪论众所周知，除少数贵金属外，金属材料会与周围介质发生化学反应和电化学反应而遭受腐蚀。
此外，金属表面受各种机械作用而引起的磨损也极为严重。
大量的金属构件因腐蚀和磨损而失效，造成极大的浪费和损失。
据一些工业发达国家统计，每年钢材因腐蚀和磨损而造成的损失约占钢材总产量10%，损失金额约占国民经济总产值的2-4%。
如果将因金属腐蚀和磨损而造成的停工、停产和相应引起的工伤、失火、爆炸事故等损失统计在内的话，其数值更加惊人。
因此，发展金属表面防护和强化技术，是各国普遍关心的重大课题.随着尖端科学和现代工业的发展，各工业部门越来越多地要求机械设备能在高参数(高温、高压、高速度和高度自动化)和恶劣的工况条件(如严重的磨损和腐蚀)下长期稳定的运行[1]。
因此，对材料的性能也提出更高要求，采用高性能的高级材料制造整体设备及零件以获得表面防护和强化的效果，显然是不经济的，有时甚至是不可能的。
所以，研究和发展材料的表面处理技术就具有重大的技术和经济意义。
而表面处理技术也在这种需求的推动下获得了飞速的发展和提高。
热喷涂技术就是这种表面防护和强化的技术之一，是表面工程中一门重要的学科，所谓热喷涂，就是利用某种热源，如电弧、等离子弧、燃烧火焰等将粉末状或丝状的金属和非金属涂层材料加热到熔融或半熔融状态，然后借助火焰流的本身动力或外加的高速气流雾化并以一定的速度喷射到经过预处理的基体材料表面，与基体材料结合而形成具有各种功能的表面覆盖涂层的一种技术[2]。
本文在低碳钢表面采用等离子喷涂技术沉积了Al2O3+13wt.%TO2复合材料涂层，对沉积的涂层进行了组织结构和硬度、磨损等性能分析测试，试验所得数据对提高零部件表面耐磨、耐蚀性能具有一定的理论意义和工程应用价值。
二、热喷涂技术概论1、热喷涂技术分类热喷涂技术是表面工程中一门重要的学科。
超音速等离子喷涂纳米结构A l2O3-T i O2喂料涂层性能研究李长青,马世宁,邓智昌,叶雄林(装甲兵工程学院材料科学与工程系,北京100072)摘 要:采用特殊的工艺,制备了可用于热喷涂的纳米结构A l2O32T i O2喂料,并采用超音速等离子喷涂技术制备了涂层。
涂层的结合强度和显微硬度与美国产相同成分的N anox T M2613P纳米喂料制备的涂层基本相同。
喷涂过程中存在相的转变和晶粒长大现象。
关键词:超音速等离子喷涂;纳米结构喂料;陶瓷涂层;性能中图分类号:T G174.442 文献标识码:A 文章编号:100123814(2003)0620031202Study on Properrties of Coa ti ngs Fabr ica ted by Superson ic Pla s maSpray i ng W ith Nanostructured A l2O3-T i O2FeedstockL I C ha ng2q ing,MA S h i2n ing,D ENG Zh i2cha ng,YE X iong2lin(D ep.of M a ter.S ci.&E ng.,T he A acad e m y of A r m ored F orces E ng ineering,B eij ing100072,Ch ina)Abstract:W ith a k ind of special p rocess,nano structu red A l2O32T i O2feedstock fo r therm al sp ray w as developed,and coatings w ere fab ricated by superson ic p las m a sp raying techno paring these coatings w ith the coatings p reparedw ith nanox T M2613P nano structu red feedstock m ade in Am erican,tw o coatings have si m ilar bonding strength and m icro2 hardness.Change of phase and grow th of grain occu r du ring therm al sp raying p rocess.Key words:superson ic p las m a sp ray;nano structu red feedstock;ceram ic coating;p ropertyΞ 纳米材料由于其奇异的性能而受到普遍关注,纳米结构材料的制备也是目前材料学研究的一个热点。
采用热喷涂技术和特殊的喷涂材料,制备具有纳米结构特征的涂层是近些年国际上刚刚开始的一个新的研究领域。
一些国家的科研工作者已采用等离子喷涂、超音速火焰喷涂等工艺手段,开发先进的热喷涂材料,制备出了含纳米结构或纳米晶的涂层。
与传统涂层相比,纳米结构涂层的力学、摩擦学性能均有显著提高。
超音速等离子喷涂技术是目前最先进的热喷涂手段之一。
它保留了普通空气等离子喷涂的优点,同时,喷涂离子速度大大提高,可达500m s以上。
本文从工业应用最广泛的氧化铝陶瓷材料入手,用超音速等离子喷涂技术,试图开发一种具有优异性能的纳米结构氧化铝2氧化钛陶瓷涂层体系,提高其显微硬度、耐磨性以及韧性,进一步拓宽该陶瓷涂层的应用领域。
1 试验方法1.1 纳米结构喂料的制备一般说来,纳米粉体颗粒很细(小于100nm),而热喷涂的温度很高,在喷涂过程中粉末气化现象比较严重。
而且粉体颗粒难以形成集中的束流,从而严重影响涂层的致密度和涂层的化学成分,甚至根本得不到涂层。
因而,通常的纳米粉体一般不能直接用来热喷涂,必须对纳米粉体进行造粒处理,使其形成大的喂料,这样才有利于控制热喷涂过程中粉体的飞行轨迹和减少粉体的气化程度。
本试验中热喷涂喂料的制备工艺为:纳米粉体混合→纳米粉体分散→喷雾造粒→热处理。
原始材料采用平均粒径为80nm的Α2A l2O3和金红石相T i O2,混合粉中T i O2的添加量为13%(质量分数)。
喷雾造粒采用GL P25型高速离心喷雾干燥机,热处理在高温箱式电炉中进行。
采用M astersizer激光粒度测试仪对纳米结构喂料的粒度进行了测试,并用扫描电镜对其形貌进行了分析。
1.2 涂层性能试验采用H EPJ超音速等离子喷涂设备,对自行开发的纳米结构A l2O3213%T i O2喂料和美国的N anox TM 2613P纳米喷涂粉(二者主要成分基本相同)在45钢(硬度280HB)基体上进行了热喷涂试验。
两种涂层均采用镍包铝粉末做打底层材料,喷涂工艺参数见表1。
表1 超音速等离子喷涂工艺参数喷涂材料电炉加热处理造粒粉体N anox T M2613PN i A l打底层喷涂功率 k W39.03533.1工作电压 V130140125工作电流 A300250265A r H2压力 M Pa0.90.90.9A r流量 m3・h-13.83.83.6H2流量 m3・h-10.160.160.15喷涂距离 mm～150～150～150 涂层结合强度按照GB8642288采用拉伸法测量,在W A210万能拉伸机上进行。
粘接剂为T G205高强13《热加工工艺》 2003年第6期工艺技术 Ξ收稿日期:2003202219作者简介:李长青(19702),男,吉林德惠人,助理研究员,博士生。
度胶(拉伸强度大于50M Pa ),涂层厚度约0.4mm 。
取5个试样拉伸试验结果的平均值为涂层的结合强度。
涂层显微硬度测量采用ПM T 23型显微硬度仪。
试验条件:载荷1.96N ,保持时间15s 。
每个试样测10个点,取其平均值为涂层的显微硬度值。
1.3 相成分及显微结构分析采用D M A X 2RB 型X 射线衍射仪对纳米结构喂料以及涂层的相结构进行了分析。
衍射试验采用CuK Α特征谱线,波长是0.15418nm 。
此外,采用SE M 、T E M 等手段,对喂料以及涂层的显微结构进行了测试。
2 试验结果与分析2.1 纳米结构喂料纳米结构喂料的形貌如图1所示。
喂料呈规则的球形,结构较疏松,颗粒间无粘连现象。
其粒度分布主要在35Λm 左右(图2)。
图1 纳米结构喂料的形貌 图2 纳米结构喂料的粒度分布2.2 涂层的结合强度及显微硬度测试结果表明,用自制纳米结构喂料和N anox TM 2613P 喷涂粉所制备的两种涂层均获得了较高的显微硬度和结合强度,并且二者相差不大。
其中,N anox TM 2613P 涂层的结合强度为33.4M Pa ,显微硬度为1284HV 0.2;纳米结构喂料涂层的结合强度为31.2M Pa ,显微硬度为1221HV 0.2。
两种涂层的显微硬度均远高于常规A l 2O 32T i O 2涂层的显微硬度(～700HV )。
2.3 X 射线衍射及显微分析对自制的喂料及其涂层的相组成进行了X 射线衍射分析,结果如图3所示。
可见,制备的纳米结构喂料的主要相为Α2A l 2O 3和金红石相T i O 2,与原始纳米粉体相同。
说明制备纳米结构喂料过程中没有相成分的改变。
超音速等离子喷涂过程中有部分Α2A l 2O 3转变为不稳定的Χ2A l 2O 3,同时形成了A l 2T i O 5新相。
透射电镜分析表明,涂层的平均晶粒尺寸约为400nm (图4)。
与原始纳米材料相比,晶粒长大了3倍左右。
说明用该方法制备涂层的过程中,晶粒长大现象比较严重。
3 结论本研究制备出了可用于热喷涂的纳米结构A l 2O 3+T i O 2喂料,喂料呈规则的球形,粒度在35Λm 左右,(a )纳米结构喂料的XRD图谱(b )用纳米结构喂料制备的涂层XRD 图谱图3 X射线衍射图谱图4 涂层的透射电镜照片有很好的流动性。
分别用该喂料与美国的N anox TM 2613P 纳米涂粉,应用超音速等离子喷涂技术制备了涂层。
两种涂层的结合强度和显微硬度相差不多,其显微硬度都达到了1200HV 0.2以上,远高于常规A l 2O 32T i O 2涂层的显微硬度(约700HV )。
X 射线衍射结果表明,超音速等离子喷涂过程中有部分稳定的Α2A l 2O 3转变为Χ2A l 2O 3,同时形成了A l 2T i O 5新相。
涂层中晶粒尺寸约为400nm ,较原始粉末长大了3倍。
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