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等離子噴涂陶瓷技術的應用

   等離子噴涂陶瓷技術已廣泛應用于耐磨涂料、耐腐蝕涂料等傳統領域。從20世紀50年代至今,其應用領域已從航空航天發展到鋼鐵、汽車制造、石油化工、紡織機械、船舶等領域。近年來,等離子噴涂陶瓷技術在納米涂層材料、功能梯度材料、超導涂層、生物功能涂層等高新技術領域的應用越來越受到重視。        

 
1.納米涂層材料
           等離子噴涂陶瓷制備納米WC/CO涂層。結果表明,納米WC/CO涂層的硬度、韌性和耐磨性均優于傳統涂層。在40-60N載荷下,納米WC/CO涂層的磨損率僅為常規涂層的1/6??的腋翊髮W對等離子噴涂陶瓷納米結構Al2O3-TiO2涂層進行了系統的研究,包括納米粉末噴霧干燥團聚重構、等離子噴涂陶瓷工藝參數優化、工藝診斷、模擬、涂層結構和性能分析,表明涂層具有兩個狀態MI。微觀結構,表現出獨特的優異性能。與相應的常規涂層相比,結合強度和耐磨性分別提高了100%和300%??箟汉坶_裂、彎曲和杯突試驗的強度要高得多。朱英春等研究了等離子噴涂陶瓷過程中氧化鉻的結構變化和粒子注入特性。發現納米顆粒的非晶態結構轉變為銳鈦礦結構和金紅石結構。涂層具有良好的鋰離子注入電流和電化學穩定性。陳煌等采用大氣等離子噴涂陶瓷技術在不銹鋼基體上制備氧化鋯納米涂層。所得涂層結構致密,孔隙率約7%,涂層與基體的結合強度為45MPa,明顯優于傳統氧化鋯涂層與基體的結合強度。
2.梯度功能材料
          等離子噴涂陶瓷法制備功能梯度材料(FGM)是材料科學中較為關注的研究領域之一。其研究范圍主要包括煙氣脫硫系統的設計、制備和性能評價。由于等離子火焰溫度高,特別適合噴涂陶瓷難熔金屬、陶瓷和復合涂層,為功能梯度材料的發展提供了廣闊的空間。目前,以鎳為中間層的金屬表面ZrO 2涂層已成為等離子噴涂陶瓷FGMS結構研究的熱點,并建立了良好的制備工藝。另外,研究的其它體系還包括:Cu/W和Cu/B4C、鎳基合金與Al2O3-Cr2O3的結合、ZrO 2與共拉爾或NiCoCrAlY的結合、TiC與Mo的結合、Ni20%Cr與YSZ涂層的結合、Ni/Al2O3、WC/Co等。K.A.Khor等人對YSZ/NiCoCrAlY體系的研究表明,功能梯度涂層比傳統的雙L涂層具有更好的性能。FGM涂層的結合強度為18MPa,雙涂層的結合強度僅為9MPa。FGM涂層的熱循環壽命是雙涂層的6倍。Sudarshan Rangaraj等人設計了五種不同成分的YSZ梯度涂料。研究了涂層設計對YSZ涂層性能的影響。結果表明,莫來石的組成添加可以降低涂層表面裂紋擴展的驅動力                                                         
3.超導涂層
           等離子噴涂陶瓷電弧溫度很高。特別適用于噴涂陶瓷復合氧化物陶瓷。它不需要保護氣氛。它可以噴涂陶瓷復雜形狀的超導部件。沉積效率高,易于制備厚膜涂層和大面積涂層。適用于等離子噴涂陶瓷的超導陶瓷涂層材料有YBa2Cu3O7-X(YBCO)和Bi2Sr2Cu2CaO。YBCO是一種典型的超導材料,其臨界溫度為94K,等離子噴涂陶瓷YBCO涂層由于噴涂陶瓷過程中材料的氧損失以及涂層結構中的氣孔、裂紋和顆粒間的不均勻接觸而不具有超導性能。只有在氧氣或空氣中對涂層進行適當的熱處理,形成致密、均勻、穩定的晶體結構,才能獲得超導電性。YBCO涂層的熱處理條件為9201h,還原到400后保存1h,高溫淬火或淬火Bi2Sr2Cu2Caoy陶瓷時,會產生超導狀態。這一特性對等離子噴涂陶瓷具有特殊意義,因為等離子噴涂陶瓷可以使涂層材料的冷卻速度達到106 c/s,只要等離子噴涂陶瓷條件和工藝參數適當調整,就容易使噴涂陶瓷的Bi2Sr2Cu2Caoy涂層具有超導性。
4.生物功能涂層
          等離子噴涂陶瓷技術是制備醫用生物涂層材料的有效方法。特定成分的粉末材料經高溫熔化后沉積在金屬人工骨種植體表面,形成以堅硬金屬為骨架,表面陶瓷涂層的人工骨和關節。該方法充分發揮了金屬和陶瓷材料的優點。國內外關于等離子噴涂陶瓷羥基磷灰石涂層和鈦涂層的報道較多,已成功應用于臨床試驗。羥基磷灰石涂層對生物體無毒,耐體液腐蝕,對生物體組織有良好的適應性和親和力。它能抵抗長期運動過程中的磨損和撕裂,具有足夠的機械性能。鈦植入物具有良好的化學穩定性、良好的組織結合性和與體液的相容性。真空等離子噴涂陶瓷在不銹鋼根、骨板上的鈦涂層已成功應用于臨床。這些涂層不僅利用不銹鋼的強度,而且利用鈦涂層的生物相容性來防止有毒元素在不銹鋼中的釋放。中國上海硅酸鹽研究所在生物涂層材料研究方面也取得了很好的進展。
5.其他應用
          在等離子噴涂陶瓷的其它應用中,熔融粒子的冷卻速度可達105-106K/s,可在涂層中形成非晶相結構。大氣等離子噴涂陶瓷(含Si、B、Cr、Ni等)制備的高非晶含量鐵基非晶合金涂層具有高密度、低孔隙率、低氧化物含量等特點。涂層的顯微硬度在HV0.1700-950之間,結合強度在27兆帕以上。等離子噴涂陶瓷壓電陶瓷涂層用于制作壓電元件,無需粘貼,特別適用于大面積壓電傳感器和壓電功率元件陣列。此外,在固體氧化物燃料電池(SOFC)的制備中,還研究和報道了大氣等離子噴涂陶瓷技術。
      北京耐默擁有等離子熱噴涂陶瓷涂層設備;噴涂陶瓷材料種類有:氧化鋁陶瓷涂層、氧化鉻陶瓷涂層、氧化鋯陶瓷涂、納米陶瓷涂層等;可在金屬表面非金屬表面陶瓷噴涂。