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通过原位干冰清洗-氧化铬提高等离子喷涂氧化铬涂层的质量-行业动态

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-01-07 19:49:50 * 浏览: 1
理想情况下,热喷涂氧化铬涂层可达到1900-2000 HV的硬度,并且具有出色的耐磨性和良好的表面光洁度。与其他热喷涂氧化物相比,氧化铬的孔隙率更低,并且不溶于酸,碱或醇。这使得氧化铬成为网纹传墨辊(图9),泵密封件和耐磨环等应用的有吸引力的涂层。纯氧化铬由化学计量的α-Cr2O3组成,其颜色为绿色,但是在喷涂过程中,化学计量的Cr2O3可能会部分还原为非化学计量的成分。该组合物将具有较深的颜色,并且性能稍差。也可以部分还原成金属铬。因此,必须仔细优化喷涂过程。图9:网纹辊上镀有氧化铬涂层的激光雕刻有凹痕,用于传输墨水。氧化铬并不总是用作纯涂层,因为其他陶瓷添加剂可以提高涂层性能。虽然纯APS喷涂氧化铬的孔隙率为2.15%,硬度为1140HV,但10wt%铝粉的机械混合复合粉末的孔隙率仅为0.77%,硬度等级为1437HV。另一方面,断裂韧性是由包含等量的氧化铬和氧化铝的混合物产生的。 [13]氧化钛也常用于氧化铬中以增加其韧性。市场上有4.25重量%至40重量%的不同组成。二氧化硅(SiO2)也与二氧化钛一起使用,以进一步提高韧性。 [16]二氧化钛还有助于减少喷涂过程中的氧气损失。在某种程度上也研究了其他更常见的添加剂,例如MoO3 [18],CaF2,Ag2O和ZrO2 [19]。发现MoO 3降低了孔隙率并增加了涂层的硬度,并降低了常温和高温下的摩擦系数。与纯氧化铬涂层相比,Cr2O3-Ag2O-CaF2(CAF)和Cr2O3-ZrO2-CaF2(CZF)涂层在室温下具有较低的硬度和较高的摩擦系数。由于CaF2是高温固体润滑剂,因此会降低高温下复合涂层的摩擦系数。在这两种复合涂层中,CAF的性能更好,因为Ag2O改善了转移膜的润湿性,而ZrO2阻碍了其形成。除了添加剂和喷涂参数外,提高陶瓷热喷涂涂层性能的另一种方法是使用纳米结构粉末。熔融和粉碎的三氧化二铬粉末和溶胶-凝胶生成的纳米结构粉末的传统等离子喷涂产生的涂层的耐磨性明显不同。在振动磨损测试中,传统涂层的磨损率比纳米结构涂层高20倍。 [20]类似的研究也使用了常规的和纳米结构的Cr2O3-3%TiO2粉末。纳米结构涂层比传统涂层具有更高的硬度,并且耐腐蚀和干滑。 [21]铬酸盐通常用于需要良好的摩擦学性能(主要是耐磨性)的应用。但是,对于热喷涂陶瓷涂层中的磨损应用,Chromia并不总是理想的解决方案。在干砂轮测试中进行测试时,氧化铝涂层优于氧化铬涂层,两个涂层均经过等离子喷涂,孔隙率为6%。在相同的研究范围内,相同的样品也在磁盘摩擦磨损测试仪上进行了测试。这次,氧化铬比铝涂层的磨损少。测得的氧化铬涂层的摩擦系数和销钉材料损耗也低于任何其他测试涂层。氧化铬的成功归因于通过塑性变形形成致密的摩擦膜。 [22]另一项研究更详细地研究了在干式滑动过程中等离子喷涂氧化铬涂层形成的摩擦膜。 Cr2O3-3%TiO2-5%SiO2涂层在室温和450°C的往返干式滑动试验中进行了测试。在450°C的试验中,总磨损较高,但摩擦系数较低。这可以通过以下事实来解释:由于在450°C试验开始时磨损量较大,因此形成了具有较高硬度的更明显的摩擦膜。根据XPS分析,耐磨膜的化学成分也不同于f地面。在室温下形成的测试膜显示出CrO3的迹象,在450°C的测试下产生了带有CrO2的膜。为了研究氧化铝和氧化铬涂层的磨损行为,使用了单点刮擦测试。在低接触压力下,氧化铬涂层具有较高的耐磨性。主要的材料去除机理是从现有的裂缝和孔隙中产生微裂缝。但是,当超过临界接触压力极限时,接触区域以下的横向裂纹会引起宏观裂纹。 [24]宏观破裂可能与涂层之间的内聚力弱有关,这通常在等离子喷涂氧化铬断裂截面中可以看到,如图10 [6]所示。图10:APS喷涂氧化铬涂层的断裂表面。图11:氧化铝(A)和氧化铬(B)涂层上的磨损痕迹。与APS涂层相比,对HVOF喷涂氧化铬和氧化铝涂层进行的磨损测试显示出显着改善的磨损性能。在干式滑动测试中,由于形成了更均匀,更持久的摩擦膜,色谱涂层的性能更好(见图11)。随着接触压力的增加,HVOF涂层表现出的更高韧性的效果变得明显。在干砂橡胶轮测试中,铬酸盐涂层的耐磨性也比氧化铝涂层好,并且HVOF喷涂的氧化铬损失了质量。 [7]在[25]中也研究了HVOF和APS喷涂陶瓷涂层,并且在HVOF涂层中也观察到了类似的微观结构和性能改善。 HVOF和等离子喷涂氧化铬涂层也已在其他气蚀系列喷涂中进行了测试。在所有测试样品中,包括抗气蚀的块状不锈钢作为参考样品,HVOF喷涂氧化铬的质量损失与许多参考样品相同[26]。作为材料,氧化铬可抵抗酸性和碱性溶液[2]。在NaOH和H2SO4溶液中测试了各种陶瓷APS和HVOF涂层,氧化铬的质量损失非常小,仅次于二氧化钛涂层。相比之下,氧化铝涂层的质量损失要高几个数量级。 [27]热喷涂陶瓷涂层通常不用于腐蚀防护,因为所生产的陶瓷涂层完全无裂纹且具有高孔隙率。已经研究了使用粘合剂层来提高涂层系统的耐腐蚀性,但是不同粘合剂涂层的结果是相似的:氧化铬层下面的粘合剂层的腐蚀会导致界面失效。因此,化学上更具抵抗力的粘合剂涂料自然会更好。 [28]改善氧化铬和其他涂层的耐腐蚀性的一种可能性是用有机或无机密封剂密封开口。有机密封胶由树脂,蜡和其他聚合材料组成。无机密封剂包括溶胶-凝胶,磷酸铝,甚至熔融金属。 [4]例如,研究了磷酸铝密封件在氧化铬涂层上的应用。结果显示改善的耐腐蚀性以及侵蚀和耐磨性。但是,喷涂后处理需要额外的处理步骤以增加组件成本。技术着重于干冰清洁技术的研究