不同喷涂功率下的高锰硅涂层电导率随温度变化如图 1 所示。涂层的电导率整体趋势随温度的升高而降低,表现出简并半导体金属传导特性。材料电导率可以表示为:σ=neμ,其中 n 是载流子浓度,e 是电荷电量,μ 是载流子迁移率。在低温区间内杂质的全部电离使得高锰硅涂层的载流子浓度 n 相对稳定,随温度的提高,载流子迁移率在温度升高带来的晶格散射作用下而减小,因此涂层电导率随温度的提高而降低;随着温度的进一步升高,在 400℃后本征激发产生更多的载流子,尽管载流子迁移率 μ 随温度升高继续下降,但载流子浓度 n 的提高导致 neμ 乘积的下降趋势减缓甚至翻转,表现为电导率-温度曲线连续下降进入高温区间后产生小的上升趋势。

图 1 不同喷涂功率下高锰硅涂层电导率-温度曲线
等离子喷涂功率对高锰硅涂层电导率的影响规律由图中可以看出:涂层电导率随喷涂功率的增加而下降。基于前文对涂层组织结构的分析,影响涂层电导率的三个主要因素包括:涂层内缺陷与粒子结合、Mn 元素蒸发与粒子表面氧化,其中表层 Mn 元素蒸发与 O 含量随喷涂功率改变的变化趋势相似。不同喷涂功率制备的高锰硅涂层粒子表面 Mn 含量与室温电导率的变化情况如图 2 所示,可以看出在中高喷涂功率区间(22~28 kW),电导率下降与 Mn 元素含量下降趋势表现出很强的一致性。

图 2 不同喷涂功率下高锰硅涂层粒子表面 Mn 含量与室温电导率
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