提高热喷涂层致密性技术的研究现状及发展方向

2. 4 添加新材料

在喷涂粉末中添加某些特定元素会有效地降低涂层孔隙率。在喷涂金属陶瓷中加入 La，Ce 等稀土元素，能够减缓涂层层状波动幅度，细化组织、减少孔隙，得到较为均匀、致密的涂层，从而提高涂层的显微硬度、弹性模量、结合强度，降低摩擦系数，并增强涂层耐磨损性和耐腐蚀性。这主要是由于稀土元素的加入提高了熔化粒子的流动性，降低了表面张力，并能提高粒子与基材以及粒子之间的相互润湿。另外，稀土能够优先氧化，对涂层有净化作用。等离子喷涂 ZrO2和 Al2O3涂层时添加适量的SiO2，激光重熔处理时，不仅能降低熔化层的热应力、阻碍裂纹扩展，还能在晶粒间的孔隙处形成连续玻璃质，抑制晶粒长大，涂层更加致密，涂层因此具有较高的耐腐蚀性能。

通过热喷涂纳米陶瓷粉末得到的纳米结构Al2O3-TiO2涂层致密度达 98%，其结合强度、抗磨损能力以及抗弯强度均是商用普通粉末所得涂层的 2～3倍。这是由于纳米颗粒比表面积大、活性高，经历短时间加热后团聚体表面纳米颗粒充分熔融，但团聚体本身为疏松结构，瞬间的高温能量并不能使其内部纳米颗粒完全熔融，内部纳米粒子仍处于未熔化或半熔化状态; 经过粒子撞击堆叠后，形成的涂层是由部分熔化区及与常规喷涂类似的片层状完全熔化区组成的“双态分布”(bimodal distribution) 结构。这种显微结构较常规喷涂层更致密、微裂纹减少、涂层孔隙率降低，且结合强度和耐磨损性能都有大幅度提高。