Al2O3-TiO2增强镍基复合涂层的等离子喷涂制备与耐磨性能研究

作     者：於翔 

作者单位：长春工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：高杨

授予年度：2024年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：等离子喷涂 镍基合金涂层 陶瓷相 摩擦 磨损 热处理 

摘      要：铝合金具有轻质、强度高、可塑性好的优点,在航空航天、轨道交通和汽车制造等领域的轻量化中发挥重要作用。但其硬度低、耐磨性差等缺点使得铝合金表面易受到刮擦和磨损,这会导致零件寿命缩短,维修成本提高,甚至影响驾驶体验和车辆的安全性。为了提高铝合金表面的耐磨性能,采用等离子喷涂技术对6061铝合金进行表面强化和改性,将镍基合金的高耐磨性与陶瓷的高硬度相结合,研究AlO-13wt.%TiO（AT13）陶瓷增强颗粒的含量、粒径和热处理工艺对镍基合金复合涂层微观结构、显微硬度、结合强度和滑动摩擦磨损性能的影响。主要结果如下: （1）制备陶瓷相AT13含量分别为5%、10%和15%的镍基合金复合涂层。复合涂层呈典型的热喷涂层状结构,存在少量未熔融颗粒。当AT13含量为10%时,镍基合金复合涂层的平均显微硬度最高,可达672.82 HV,为铝合金基体的9.67倍。同时,其耐磨性能优异,具有最低的平均摩擦系数和磨损率,分别为0.17和3.26×10mmNm。10%AT13复合涂层性能的提升归因于弥散分布的强化相陶瓷和致密紧凑的涂层结构,这能抑制大面积孔洞的产生,降低孔隙率进而提升硬度和耐磨性。 （2）制备TiO粒径分别为5-10μm、10-38μm和15-45μm的10%AT13镍基合金复合涂层。摩擦磨损实验的结果表明,不同粒径的复合涂层在相同工作条件下,摩擦系数随粒径的增大而增加。其中TiO粒径为5-10μm的复合涂层综合性能最好,其平均显微硬度和结合强度最高,分别为716.94 HV和13.52 Mpa。这是由于分散均匀的熔融态TiO晶粒小、强度高,容易填入涂层中的孔隙当中,从而降低涂层的孔隙率。 （3）将AT13含量分别为5%、10%和15%的镍基合金复合涂层在450℃进行2h的退火处理。发现复合涂层中的未熔融颗粒含量降低,致密度提升,孔隙率有所下降,涂层的显微硬度进一步得到提升,其中10%AT13的镍基合金复合涂层提高了26.1HV。在摩擦磨损实验中,复合涂层在经过热处理后,摩擦系数和磨损率均有所下降,其中10%AT13镍基复合涂层的磨损率低至0.7×10 mmNm。融化的粒子降低了涂层孔隙率,此外,退火效应减小了涂层的残余应力,同时涂层表面生成的氧化膜提升了材料的润滑性。