纳米Al2 O3等离子喷涂涂层的制备及性能分析

对比研究微/纳米Al₂O₃等离子喷涂涂层的组织、力学及摩擦磨损行为。以纳米Al₂O₃粉末为原料，利用喷雾干燥法制备出粒径分布在35～75μm的喷涂喂料，采用等离子喷涂技术在20钢基体上制备纳米Al₂O₃涂层。采用商用微米Al₂O₃喂料，以相同的喷涂工艺制备出微米Al₂O₃涂层。对粉末、涂层的显微结构及层的磨损形貌进行表征，对比分析两种涂层的组织、力学性能和摩擦磨损行为。热喷涂氧化铝涂层具有优良的耐磨、耐蚀、绝缘等综合性能。涂层的截面形貌中未出现明显的粒子间界面，从而片层状结构并不明显。纳米Al₂O₃陶瓷涂层微观组织的变化改善了致密性，从而使其显微硬度和结合强度均明显优于微米Al₂O₃涂层。此外，纳米粒子的“细晶强化”作用也有助于硬度和强度的提高。晶粒越细小，涂层在外力作用下发生变形时，受到晶界的阻碍就越大；并且，晶粒越细小，在一定体积内的晶粒数目就越多，相同的外力则能分散到更多的晶粒内，使得晶粒受力更为均匀，不至于产生集中应力；因此，纳米涂层表现出较高的硬度和强度。涂层及基体的摩擦系数总体变化趋势大体一致，均为先增大，随后在一定范围内达到动态平衡。涂层的摩擦系数均低于20钢的摩擦系数。与微米Al₂O₃涂层相比，纳米Al₂O₃涂层的摩擦系数明显降低，且波动幅度较小。纳米Al₂O₃涂层的摩擦系数更为稳定，表现出了较好的摩擦性能。从微米、纳米Al₂O₃涂层的磨损率曲线可以看出，二者相比之下，纳米Al₂O₃涂层的磨损率较小。这是因为微米Al₂O₃陶瓷涂层在喷涂过程中堆叠疏松，内部存在的空隙等微缺陷导致涂层的连续性下降，内聚结合强度降低，从而耐磨性降低。从磨损率的角度来看，纳米Al₂O₃涂层的耐磨性较微米Al₂O₃涂层得到了明显改善。

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