等離子噴涂Mo 包覆Ni20Cr 自粘結(jié)粉末制備的粘結(jié)層結(jié)合性能

宋久涇，董昕遠(yuǎn)，田俊偉，雒曉濤，李長久

（西安交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 金屬材料強(qiáng)度國家重點實驗室,西安 710049）

0 引言

等離子噴涂作為一種常用的熱噴涂技術(shù)，具有生產(chǎn)效率高、噴涂材料范圍廣等優(yōu)點，普遍應(yīng)用于制備具有耐腐蝕、耐磨損、耐熱隔熱等性能的涂層，在航天航空、冶金重工、能源化工等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[1-4]。眾所周知，等離子噴涂技術(shù)在使用過程中需要關(guān)注的首要重要問題是需要確保涂層與基體之間具有良好的結(jié)合，防止涂層在服役過程中發(fā)生剝落而失效[5]。一般認(rèn)為等離子噴涂涂層與基體間的結(jié)合主要依賴機(jī)械結(jié)合，結(jié)合力來自于扁平粒子與粗糙表面的機(jī)械嚙合力，因此，結(jié)合強(qiáng)度強(qiáng)烈依賴于噴砂基底表面的粗糙度[6-9]，且結(jié)合強(qiáng)度普遍較低，如在混凝土表面等離子噴涂的莫來石陶瓷涂層的結(jié)合強(qiáng)度僅依賴于機(jī)械結(jié)合，約3.8 MPa[10]。利用某些金屬材料可以通過局部冶金結(jié)合牢固地粘結(jié)在基體表面的特性，將其預(yù)先噴涂到基體表面形成粘結(jié)過渡層，該粘結(jié)層可為后續(xù)涂層提供清潔、粗糙、活性更高的表面，從而可有效提升整體涂層的結(jié)合強(qiáng)度[11,12]。Yilmaz 等人研究了粘結(jié)層對等離子噴涂氧化鋁涂層力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明，無粘結(jié)層時氧化鋁涂層的結(jié)合強(qiáng)度為8.25 MPa，預(yù)先在基體上制備一層金屬粘結(jié)層可使氧化鋁涂層結(jié)合強(qiáng)度提高至20.12 MPa[13]。Li 等人總結(jié)了不同陶瓷涂層的結(jié)合強(qiáng)度，大量數(shù)據(jù)表明，直接在金屬涂層表面沉積的陶瓷涂層，結(jié)合強(qiáng)度約10 MPa 左右，而通過制備金屬粘結(jié)層后，部分涂層的結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)60 MPa[14]。因此，粘結(jié)層的使用可以使涂層的結(jié)合強(qiáng)度得到有效的提升。

但對粘結(jié)層本身而言，其發(fā)揮性能的前提是應(yīng)具有高的結(jié)合強(qiáng)度。對于熱噴涂涂層，涂層常呈現(xiàn)典型的層狀結(jié)構(gòu)，結(jié)合強(qiáng)度主要由涂層與基體界面以及涂層層間界面的結(jié)合狀態(tài)決定。界面結(jié)合機(jī)制主要有機(jī)械結(jié)合、物理結(jié)合和化學(xué)結(jié)合或冶金結(jié)合[15-18]，其中，金屬合金涂層中冶金結(jié)合的結(jié)合力最強(qiáng)[19]。因此，通過在涂層界面處實現(xiàn)冶金結(jié)合，則可制備出具有高結(jié)合強(qiáng)度的金屬粘結(jié)層。早期的研究表明，Mo 在鐵基合金或鎳基合金基體上沉積時，在碰撞過程中可引起基體表面熔化，從而在沉積的Mo 粒子與鐵基合金基體界面間形成一層金屬間化合物，使得涂層即便在光滑基底上沉積也具有較高的結(jié)合強(qiáng)度[20]，因此高熔點難熔金屬可以用作粘結(jié)層材料。Ni 包Al粉末作為典型的粘結(jié)層材料，已經(jīng)廣泛知曉并得到廣泛應(yīng)用。主要原因是Ni/Al 復(fù)合粉末在噴涂過程中，經(jīng)熱源加熱熔化后會通過發(fā)生生成金屬間化合物的放熱反應(yīng)釋放大量的熱，從而進(jìn)一步提升熔融粒子溫度，使其在碰撞基體時可將基體表面局部熔化，同樣可以實現(xiàn)涂層與基體界面的冶金結(jié)合[21-23]。因此，Mo 粉和Ni 包Al 復(fù)合粉末常被用作粘結(jié)層材料[24]。但是，上述冶金結(jié)合指的是在基體與第一層粒子之間的結(jié)合，當(dāng)基體表面覆蓋一層涂層粒子后，后續(xù)粒子將在已沉積的同類材料粒子表面沉積，由于涂層材料的熔點顯著高于基體材料，不能再通過碰撞過程熔化粒子表面而形成冶金結(jié)合，因此涂層粒子層間界面結(jié)合較弱，結(jié)合強(qiáng)度仍然有限。因此如何在粒子與基體間界面形成冶金結(jié)合的同時，在涂層粒子界面間也形成有效的冶金結(jié)合以獲得內(nèi)聚結(jié)合強(qiáng)度更高的涂層是提升金屬粘結(jié)層結(jié)合強(qiáng)度的關(guān)鍵。

在常規(guī)噴涂條件下，通過優(yōu)化粒子速度與溫度、噴涂氣氛等均無法大幅提升涂層的界面結(jié)合[25,26]。研究表明，影響涂層界面結(jié)合的關(guān)鍵因素是熔融粒子撞擊基體或已沉積涂層時的界面溫度[27]，較高的界面溫度可使得涂層粒子間形成更好的結(jié)合。而界面溫度又由熔滴溫度和基體溫度決定，因此可通過提高熔滴溫度和基體溫度兩種方法來提升界面溫度以獲得結(jié)合更好的涂層。對于金屬涂層而言，提高基體溫度會加速基體或已沉積涂層表面氧化膜的生成，且基體溫度越高，氧化膜越厚，較厚的氧化膜會阻礙涂層與基體間有效冶金結(jié)合的形成，進(jìn)而限制涂層結(jié)合強(qiáng)度的提升[28]。因此，對于金屬涂層而言，通過提升基體溫度無法大幅度提升涂層的界面結(jié)合，而提升熔滴溫度則成為改善界面結(jié)合的關(guān)鍵。

如前所述，已有研究報道高熔點的熔滴碰撞在相對較低熔點的基體表面時會引起基體表面局部熔化而產(chǎn)生冶金結(jié)合。相關(guān)試驗結(jié)果表明[29,30]，在低碳鋼基體上噴涂Mo、W、Ta 粒子或在Al 基體上噴涂Ni、Cr 粒子時，高溫熔滴的碰撞可將基底表面局部熔化，在界面形成冶金結(jié)合，但在低碳鋼上噴涂與其熔點相近的Ni、Cr 粒子時，相應(yīng)熔滴的碰撞則無法引起基體的局部熔化。該結(jié)果表明，當(dāng)過熱溫度有限的熔滴碰撞在與其熔點及熱物理性能相近的基體上時，難以將基體表面局部熔化而形成冶金結(jié)合，但是若能將噴涂粒子加熱到與難熔粒子熔點相當(dāng)?shù)母邷兀瑒t可在碰撞同質(zhì)基體時將基體表面局部熔化形成冶金結(jié)合，也即實現(xiàn)涂層界面間冶金結(jié)合的形成。

綜上所述，大幅提升熔滴的過熱溫度，實現(xiàn)超高溫熔滴的制備是實現(xiàn)強(qiáng)結(jié)合金屬粘結(jié)層的關(guān)鍵。然而，對于一般的金屬合金粒子，在等離子射流加熱過程中，熔化后發(fā)生的元素蒸發(fā)會導(dǎo)致加熱效果變差，極大地限制熔滴溫度的大幅度提升[31,32]。針對這一問題，前期研究提出基于粉末設(shè)計的理念[33]，使用高熔點的金屬M(fèi)o 包覆鎳基合金粒子，設(shè)計了一種核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合粉末，外部高熔點的Mo 層可有效抑制內(nèi)部NiCr 等合金元素的蒸發(fā)，試驗和模擬結(jié)果[33,34]均表明，Mo 包覆可使鎳基合金熔滴的溫度提升500 ℃以上，使用氣罩保護(hù)在不銹鋼基體上制備涂層的研究結(jié)果表明，涂層與基體以及涂層層間均形成了充分的冶金結(jié)合。進(jìn)一步試驗表明，通過制備Mo 包覆304 不銹鋼顆粒[35]，使用氣罩保護(hù)等離子噴涂在不銹鋼基體上也獲得了高結(jié)合強(qiáng)度的金屬涂層。這些結(jié)果表明基于Mo 包覆合金粉末可以通過等離子噴涂獲得溫度超過Mo 熔點的熔滴，在其碰撞鐵基或鎳基合金基體時可以期待在鋪展中熔化基體表面或粒子表面而持續(xù)在粒子界面處形成冶金結(jié)合，從而有望作為一類新型高結(jié)合強(qiáng)度粘結(jié)層材料使用。

因此，本論文基于包覆粉末的設(shè)計理念，通過采用機(jī)械合金化制備的Mo 包覆Ni20Cr 復(fù)合粉末，研究在大氣條件下使用等離子噴涂制備NiCrMo 合金涂層的結(jié)合性能，以期使用包覆粉末來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的粘結(jié)層材料，實現(xiàn)高結(jié)合強(qiáng)度金屬粘結(jié)層的制備，為確立新型金屬粘結(jié)層材料提供依據(jù)。

1 試驗

1.1 粉末制備

粉末采用機(jī)械合金化制備。采用的Mo 原始粉末為金堆城鉬業(yè)集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的純Mo粉，粒徑0.8～1.2 μm；核芯材料為湖南益陽先導(dǎo)等離子粉末有限公司通過氣霧化方法生產(chǎn)的球形Ni20Cr 合金粉末，粒徑75～100 μm。兩種粉末的形貌如圖1 所示。在球磨前對Ni20Cr 粉末進(jìn)行酸洗以去除粉末表面的氧化膜。磨球選擇直徑3 mm 的不銹鋼球，球料比為5:1。為防止球磨過程中金屬粉末發(fā)生氧化，在球磨前對球磨罐進(jìn)行抽真空并填充氬氣。球磨參數(shù)為：轉(zhuǎn)速160 r·min-1下球磨24 min，然后在轉(zhuǎn)速150 r·min-1下球磨96 min。球磨后的粉末在1000 ℃的溫度下熱處理30 min，以強(qiáng)化核殼界面的結(jié)合。

圖1 原始粉末的表面形貌：(a) Mo; (b) Ni20CrFig.1 Morphology of initial powder: (a) Mo; (b) Ni20Cr

1.2 涂層制備

本試驗采用江西九江等離子噴涂設(shè)備廠生產(chǎn)的GP80 型高能APS 系統(tǒng)制備涂層，試驗采用Ar作為噴涂主氣，H2作為輔助氣體，送粉方式為內(nèi)送粉，送粉氣體為N2。試驗均在大氣氣氛下進(jìn)行?；w材料選用Q235 鋼，在噴涂前采用20 目的棕剛玉對基體表面進(jìn)行噴砂粗化處理。等離子噴涂工藝參數(shù)如表1 所示。

表1 等離子噴涂工藝參數(shù)Table 1 Plasma spray process parameters

1.3 涂層性能表征

使用掃描電子顯微鏡(SEM, MIRA 3 LMH,TESCAN, Czech)對粉末的形貌以及涂層的截面顯微組織進(jìn)行分析，使用附帶的能譜儀(EDS)對涂層的成分進(jìn)行分析。采用 DPV-2000 (Saint-Bruno,QC, Canada) 測試系統(tǒng)對粒子飛行過程中的溫度變化進(jìn)行了測試。

根據(jù) ASTM C633-79 熱噴涂涂層粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)對涂層的結(jié)合強(qiáng)度進(jìn)行測試。采用的對偶件基體為低碳鋼，直徑為25.4 mm。在試驗前對兩個對偶件進(jìn)行丙酮清洗和噴砂粗化處理。使用環(huán)氧樹脂E7 膠將制備有涂層的對偶件與另一個僅進(jìn)行表面噴砂處理的對偶件粘合起來，使用專用夾具固定加壓，并在100 ℃的條件下保溫3 h 使E7 膠固化。拉伸測試在Instron1195 電子拉伸試驗機(jī)上進(jìn)行，拉伸速度為0.2 mm·min-1。每次試驗噴涂不少于3 組對偶件進(jìn)行測試，求其平均值作為涂層試樣的結(jié)合強(qiáng)度。

2 結(jié)果與分析

2.1 核殼結(jié)構(gòu)Ni20Cr-Mo 粉末微觀結(jié)構(gòu)

圖2 所示為采用機(jī)械合金化法制備的核殼結(jié)構(gòu)Ni20Cr-Mo 復(fù)合粉末。由圖2(a)所示粉末的截面結(jié)構(gòu)可知，Mo 粉均勻完整地包覆在Ni20Cr 內(nèi)核表面。由于粉末經(jīng)歷了熱處理，外層包覆的Mo與Ni20Cr 核芯中的元素發(fā)生了擴(kuò)散，在核殼界面處可觀察到一層襯度介于Mo 及Ni20Cr 之間的中間擴(kuò)散層，團(tuán)隊已有研究表明[36]，該中間擴(kuò)散層的成分為Ni、Cr、Mo，厚度約為1 μm。結(jié)合復(fù)合粉末的表面形貌圖(b)可知，外層的Mo 殼結(jié)構(gòu)致密。

圖2 Ni20Cr-Mo 粉末結(jié)構(gòu)與形貌：(a) 截面結(jié)構(gòu)；(b)表面形貌Fig.2 The cross-sectional microstructure and surface morphology of Ni20Cr-Mo powder:(a) cross-sectional microstructure; (b) surface morphology

2.2 基體材料對NiCrMo 熔融粒子實現(xiàn)碰撞熔化所需溫度的影響

根據(jù)文獻(xiàn)[30,37]中報道的一維傳熱模型，針對NiCrMo 熔融粒子碰撞在不銹鋼、低碳鋼、鎳基合金基體時熔滴與基體的界面溫度演變進(jìn)行計算，進(jìn)而預(yù)測粒子碰撞在不同基體上時提供焊合而實現(xiàn)碰撞冶金自結(jié)合所需的溫度條件。該模型忽略了扁平粒子上表面與外界的換熱，假設(shè)瞬間將一定溫度與一定厚度的熔滴置于平直基體表面與基體接觸而發(fā)生換熱，從而使得接觸界面與基體的溫度發(fā)生變化，且認(rèn)為當(dāng)界面溫度達(dá)到基體熔點時基體表面即可發(fā)生熔化?？紤]到熔滴與基體之間的接觸接近理想接觸，因此在計算時界面熱阻取10-9(m2K)/W。由于金屬材料的熱物性參數(shù)往往隨溫度變化而變化，并非一定值，為簡化計算，基體材料的熱物性參數(shù)取材料在固態(tài)溫度區(qū)間內(nèi)的平均值進(jìn)行計算。不銹鋼和鎳基合金的熱物性參數(shù)均隨溫度單調(diào)變化[38,39]，故采用固態(tài)溫度區(qū)間內(nèi)熱物性參數(shù)的平均值作為計算值是合理的。但對低碳鋼，由文獻(xiàn)數(shù)據(jù)[40,41]可知，其在固態(tài)時的熱物性參數(shù)不隨溫度單調(diào)變化，在小于750 ℃時，熱導(dǎo)率隨溫度升高而降低，大于750℃時，熱導(dǎo)率隨溫度升高而升高，故直接采用整個固態(tài)溫度區(qū)間內(nèi)熱物性參數(shù)的平均值不能準(zhǔn)確衡量低碳鋼的熱物性，因此本研究分別計算小于750 ℃和大于750 ℃兩個溫度區(qū)間內(nèi)低碳鋼的熱物性參數(shù)的平均值，通過兩組熱物性參數(shù)值以分段函數(shù)的形式進(jìn)行代入計算。假設(shè)Ni20Cr-Mo 粒子在碰撞基體前已經(jīng)完全合金化，即整個粒子為Mo 合金化的NiCr 基固溶體，因此在計算過程中Ni20Cr-Mo 粒子選用與Ni20Cr 粒子相同的熱物性參數(shù)。相關(guān)材料熱物性參數(shù)的計算值如表2 所示。圖3 為針對不同熔滴溫度計算得到的Ni20Cr-Mo粒子在不同基體上沉積時的界面溫度隨時間的演變，其中基體的初始溫度設(shè)置為25 ℃。由圖可知，高溫熔滴撞擊基體時，界面溫度會迅速升高達(dá)到最大值，而后逐漸降低，且隨著熔滴溫度的升高，界面最高溫度也不斷升高。若界面最高溫度能夠升至基體熔點溫度以上，則可能引起基體表面熔化進(jìn)而產(chǎn)生冶金結(jié)合。對不同的基體材料，由于熱物性參數(shù)不同，引起基體熔化所需的熔滴溫度也不同。根據(jù)計算結(jié)果可知，Ni20Cr-Mo 粒子在不銹鋼基體上沉積時引起基體表面熔化形成冶金結(jié)合所需的溫度約為2420 ℃，在鎳基合金基體上約為2360 ℃，在低碳鋼基體上約為2600 ℃。以上結(jié)果表明，當(dāng)將Ni20Cr-Mo 粒子分別加熱至上述溫度以上時，即可實現(xiàn)與不同基底的冶金結(jié)合。

表2 相關(guān)材料的熱物性參數(shù)計算值Table 2 Calculated thermal physical properties of related materials

圖3 熔滴溫度對Ni20Cr-Mo 熔滴碰撞不同基體時的界面溫度演變的影響：(a) 不銹鋼；(b) 鎳基合金；(c) 低碳鋼Fig.3 Effect of droplet temperature on interface temperature evolution of Ni20Cr-Mo droplet impacting on different substrates:(a) stainless steel; (b) Ni-based alloy; (c) mild steel

圖4 所示為采用內(nèi)送粉噴嘴獲得Mo 包覆Ni20Cr 粒子的溫度隨距離變化的測量結(jié)果，由該結(jié)果看出，粒子平均溫度隨距離的增加呈小幅降低趨勢，但在噴涂距離小于120 mm 的條件下，粒子平均溫度大于2620 ℃。結(jié)合前述熔滴碰撞低碳鋼引起表面熔化的條件，將有一半以上的熔融粒子碰撞在低碳鋼基體表面時引起表面熔化而形成冶金結(jié)合。而對于奧氏體不銹鋼與鎳基合金基體，大部分熔滴滿足碰撞鋪展過程中引起基體表面熔化而產(chǎn)生冶金結(jié)合的條件?？紤]到鎳采用Mo合金化后并不引起合金熔點的上升，反而稍微降低其熔點的特征[42]，當(dāng)Ni20Cr-Mo 合金熔滴碰撞基體沉積形成由第一層粒子構(gòu)成的涂層后，后續(xù)的粒子將依次碰撞在已沉積的NiCrMo 合金粒子表面，根據(jù)上述Mo 合金化鎳基合金后的特點與熔融粒子溫度條件，涂層中NiCrMo 粒子間也將以充分的冶金結(jié)合連接而確保涂層的內(nèi)聚結(jié)合強(qiáng)度大于或等于涂層與基體之間的結(jié)合強(qiáng)度。

圖4 Ni20Cr-Mo 粒子溫度隨噴涂距離的變化Fig.4 Temperature evolution of Ni20Cr-Mo particles against spray distance

2.3 大氣等離子噴涂NiCrMo 合金涂層的顯微結(jié)構(gòu)

圖5 為采用大氣等離子噴涂制備的NiCrMo合金涂層橫截面的微觀組織結(jié)構(gòu)。由圖5(a)可以看出NiCrMo涂層由于粒子沉積而形成層狀結(jié)構(gòu)，涂層致密度較高，孔隙較少，涂層內(nèi)部未觀察到有未熔化沉積所具有的典型球形粒子，這是由于Mo 包覆Ni20Cr 粒子充分熔化后沉積的結(jié)果，這與粒子溫度的測量結(jié)果一致。在涂層中可觀察到三種典型的不同襯度的區(qū)域，經(jīng)EDS 分析可知，黑色對比度區(qū)域為氧化夾雜，對比度呈白色的區(qū)域為富Mo 相，為沒有完全合金化的富Mo 粒子部分沉積形成，淺灰色對比度區(qū)域為Mo 合金化的NiCr 基固溶體。由于噴涂是在大氣環(huán)境下進(jìn)行，因此粒子不可避免地會發(fā)生氧化，盡管Mo 具有良好的去除氧化物的保護(hù)效果[43,44]，但當(dāng)其完全熔化并與NiCr 合金化后就失去保護(hù)效果，從而使涂層中的NiCr 發(fā)生氧化而在涂層內(nèi)部形成氧化物夾雜。在高倍下對涂層進(jìn)行觀察可以發(fā)現(xiàn)，涂層層間結(jié)合良好，未發(fā)現(xiàn)有明顯的未結(jié)合界面，且部分層間界面難以顯化觀察。該現(xiàn)象表明，在粒子沉積的過程中，高溫的Ni20Cr-Mo 熔滴可將已沉積的涂層局部熔化，在涂層層間界面處形成冶金結(jié)合。為了確認(rèn)涂層與基體界面處基于碰撞熔化產(chǎn)生冶金結(jié)合的狀態(tài)，在拋光基體表面沉積涂層后觀察涂層與基體間界面結(jié)構(gòu)如圖5(c)所示，基體表面從初始的平直狀態(tài)表現(xiàn)為分布有一定深度的凹坑的結(jié)構(gòu)，表明Ni20Cr-Mo 熔滴在碰撞基體時引起基體表面局部熔化，在熔坑區(qū)域的界面處形成了冶金結(jié)合。

圖5 大氣等離子噴涂NiCrMo 涂層顯微結(jié)構(gòu)：(a) 涂層截面（低倍）；(b) 涂層截面（高倍）；(c)平直基體表面的涂層與基體界面Fig.5 Microstructure of atmospheric plasma-sprayed NiCrMo coating: (a) the cross-sectional microstructure (low magnification);(b) the cross-sectional microstructure (high magnification); (c) microstructure of coating-substrate interface on flat substrate surface

2.4 大氣等離子噴涂Ni20Cr-Mo 涂層的結(jié)合強(qiáng)度

采用Mo 包覆NiCr 粉末通過氣罩保護(hù)等離子在不銹鋼表面噴涂NiCrMo 涂層，不論是在噴涂狀態(tài)，還是經(jīng)過噴丸處理，涂層的結(jié)合強(qiáng)度都超過65 MPa，超過粘結(jié)膠的強(qiáng)度而無法給出具體值[33,45]。針對在大氣等離子噴涂條件下在低碳鋼基體表面噴涂的NiCrMo 涂層，分別在不同時間通過兩組試驗共測試了7 組試樣的拉伸強(qiáng)度。試樣斷裂后的外觀形貌如圖6 所示，對偶件的斷裂也均發(fā)生在膠層處，因此NiCrMo 涂層的結(jié)合強(qiáng)度大于試驗測得的平均拉伸強(qiáng)度。測試結(jié)果如表3所示，表明涂層的結(jié)合強(qiáng)度大于76.1 MPa。傳統(tǒng)的NiAl 與NiCrAl 自粘結(jié)粉末，依賴于粉末粒子加熱過程中放熱反應(yīng)提升粒子溫度，從而期待通過冶金結(jié)合提升涂層與金屬基體的結(jié)合強(qiáng)度。對于Ni/Al 粘結(jié)層材料，當(dāng)加熱不能引起絕熱放熱反應(yīng)時，對粒子溫度提升的效應(yīng)有限[25]，可能由于形成熔點較高的NiAl 金屬間化合物，即使優(yōu)化噴涂參數(shù)，結(jié)合強(qiáng)度也僅達(dá)到33 MPa[46]，而對于自粘結(jié)性NiCrAl 粉末體系，優(yōu)化等離子噴涂參數(shù)后的涂層結(jié)合強(qiáng)度也僅43.6 MPa[46]。由此表明，使用Mo 包覆粉作為噴涂材料可獲得高結(jié)合強(qiáng)度的金屬涂層。因此，Mo 包覆Ni20Cr 合金粉末將是一種具有顯著提升粘結(jié)層結(jié)合層強(qiáng)度的自粘結(jié)粉末材料。

圖6 典型拉伸對偶測試試樣斷裂后的外觀形貌Fig.6 Macro-morphology of typical tensile cylinder couples after fracture

表3 大氣等離子噴涂在低碳鋼上的NiCrMo 涂層的結(jié)合強(qiáng)度Table 3 Adhesive strength of NiCrMo coating deposited on mild steel by atmospheric plasma spraying

3 結(jié)論

本研究采用機(jī)械合金化制備了核殼結(jié)構(gòu)Ni20Cr-Mo 粉末，使用大氣等離子噴涂在低碳鋼基體上制備了NiCrMo 合金涂層，表征了該涂層的結(jié)合強(qiáng)度，以期為將Mo 包覆合金粉末作為新型粘結(jié)層材料提供依據(jù)。主要結(jié)論如下：

(1) 大氣等離子噴涂可以將Mo 包覆Ni20Cr粉末粒子加熱至Mo 熔點以上的高溫，滿足碰撞低碳鋼基體或沉積粒子表面時引起基體表面熔化而基于焊合形成冶金結(jié)合的要求，獲得同時具有高結(jié)合強(qiáng)度與內(nèi)聚強(qiáng)度的涂層。

(2) 在大氣等離子噴涂條件下制備的涂層，由于受Mo 的保護(hù)作用，涂層內(nèi)氧化夾雜較少，組織結(jié)構(gòu)致密。

(3) 拉伸試驗表明在低碳鋼基體上噴涂的涂層的平均結(jié)合強(qiáng)度大于76.1 MPa，考慮到低碳鋼基體表面沉積涂層時所需的熔滴溫度條件比不銹鋼與鎳基合金基體更加苛刻的特征，本研究結(jié)果表明Mo 包覆Ni20Cr 復(fù)合粉末將是一種能夠適用于鐵基與鎳基基體的可靠確保結(jié)合強(qiáng)度的粘結(jié)層材料。