稀土对金属陶瓷涂层微观组织
改性作用研究现状和应用进展*
何科杉程西云李志华
(汕头大学工学院汕头515063)
摘要：本文介绍了稀土对金属陶瓷涂层微观组织改性作用的研究现状和应用进展。稀土对金属陶瓷涂层改性作用表现为细化晶粒、净化组织、产生固溶强化和弥散强化、降低基体材料对涂层的稀释、改善涂层组织力学性能等方面，从而改善了金属陶瓷涂层的微观组织结构。稀土改性技术已广泛应用于热喷涂、复合电镀、激光表面熔覆等金属陶瓷涂层制备工艺中，有效地提高涂层的强度和硬度，增强涂层与基体的结合强度，改善涂层的摩擦学性能，提高了金属陶瓷涂层的使用性能。
关键词：表面改性；稀土；金属陶瓷涂层；微观组织
中图分类号：TG146.45 文献标识码：A 文章编号
1 概述
金属陶瓷是由金属或合金与一种或多种陶瓷相所组成的非均质的复合材料。金属陶瓷既保持了陶瓷材料的高硬度、耐磨损、耐腐蚀、耐高温、抗氧化性和化学稳定特性，又具备金属材料的高强度、高韧性和较高的导热、导电性，是一种性能优异的工程材料。
在金属表面制备金属陶瓷涂层，节省材料、工艺简单、成本低廉，具有良好的应用价值。金属陶瓷涂层的微观组织由金属粘结相和陶瓷颗粒硬质相组成，以碳化物陶瓷芯及外围包覆的碳化物固溶体（环形相）陶瓷颗粒作为硬质相，以镍、钼合金及其它合金做为粘结相来提高材料的结构性能，综合了金属材料和陶瓷材料两者的优点，广泛应用于航天航空、冶金、切削刀具、模具、生物医学等领域[1]。
制备金属陶瓷涂层存在的主要问题是涂层的强度、硬度、耐磨性能需要进一步提高，涂层材料与基体材料的结合强度不高，两者的膨胀系数、热导率差别较大，容易造成热应力集中，导致涂层开裂、剥落。稀土对金属陶瓷涂层微观组织具有改性作用，添加适量的稀土元素可以有效地改善金属陶瓷涂层的微观组织结构，提高涂层材料的强度，硬度和耐磨性能，增强涂层与基体的结合强度，从而提高金属陶瓷涂层的使用性能。稀土改性技术在热喷涂、复合电镀、激光表面熔覆等金属陶瓷涂层制备工艺中已经得到了广泛的研究应用，获得了一定的经济效益。本文就稀土对金属陶瓷涂层微观组织的改性作用研究现状以及应用进展作一综述。
2 稀土对金属陶瓷涂层微观组织的改性作用研究现状
稀土对金属陶瓷涂层微观组织改性作用表现在细化晶粒、净化组织、产生固溶强化和弥散强化、降低基体材料对涂层的稀释、改善涂层组织力学性能等方面，有效地改善金属陶瓷涂层的微观组织结构，提高了金属陶瓷涂层的使用性能。
2.1 细化晶粒
稀土元素细化晶粒作用表现在，金属陶瓷涂层结晶过程中，稀土元素与硫、氧、硅、氮等杂质元素发生反应生成稳定的高熔点化合物，增加形核质点数；稀土元素偏聚于晶界处，
*基金项目：国家自然科学基金项目（50675125）
作者简介：何科杉（1981－），男，硕士研究生，研究方向：材料表面改性处理，机电控制.
E-mail:kshe1@https://www.doczj.com/doc/767036593.html,.
减小晶粒长大的驱动力，限制晶粒长大；稀土元素促进涂层枝晶的形成，使分枝加剧，枝晶间隙减小，涂层组织均匀致密。
在涂层的结晶过程的形核阶段，稀土元素与硫、氧、硅、氮等杂质元素发生反应生成稳定的高熔点化合物，提高了形核率，增加形核质点数，从而细化晶粒。Z Y Zhang[2] [3]等研究发现，在等离子喷涂镍基金属陶瓷涂层中分别添加La2O3以及La2O3和CeO2的混合物后，稀土元素和其它元素反应生成稳定的高熔点化合物，部分化合物充当金属陶瓷在结晶过程中的晶核，使晶核数目增加，晶粒细化。K L Wang[4] [5]等研究发现，添加La2O3能细化激光熔覆镍基合金涂层的显微组织，稀土容易与氧，硫和硅等元素反应生成稳定的高熔点化合物，在熔覆过程中，部分化合物可以作为形核核心，增加形核率，产生细化晶粒的作用。马运哲[6]等在激光熔覆镍基合金涂层中加入CeO2后，发现Ce元素与其它元素反应生成稳定的高熔点化合物，这些化合物增加了熔覆层中的形核质点，提高了形核率。稀土Ce还减小了液态金属的表面张力和临界形核半径，使得在同一时间内的形核质点数目明显增加。沈以赴[7]等研究发现，采用激光熔覆工艺制备稀土硅铁涂层，稀土与杂质作用形成的稀土氧化物、稀土硫化物、稀土硫氧化物等稀土夹杂物作为非自发晶核，增加晶核数量；同时，稀土元素在固液界面上的富集促使已形成的枝晶熔断，也造成晶核数量增加而使晶粒细化。
在涂层结晶过程的晶粒长大阶段，稀土元素偏聚于晶界或相界处，产生界面元素富集现象，降低晶界表面能，减小晶粒长大的推动力从而限制晶粒长大。Z Y Zhang[2] [3]等在等离子喷涂镍基金属陶瓷涂层中分别添加La2O3以及La2O3和CeO2的混合物，发现结晶过程中为了保持晶粒具有最小的表面自由能，稀土粒子通常无规则的分布在晶界。当晶粒长大时，分布在晶界的稀土原子及其化合物对晶界产生拉拽作用，限制晶粒的长大。许伯藩[8]等在激光熔覆TiC/Ni复合涂层中添加CeO2，发现在涂层结晶过程中，固溶的铈元素偏聚于晶界或相界处，使晶粒长大的推动力减小而限制了晶粒长大，从而有效地细化和球化晶粒。王新洪[9]等在TiC 基金属陶瓷堆焊材料中加入La2O3，发现在TiC基金属陶瓷堆焊层的晶粒界面处存在大量的缺陷(位错、晶界)，La原子首先在表面缺陷处吸附，同时还将大量的其它原子也吸引固定到这些缺陷处，降低该处基体的表面能，有效地阻止了晶核的继续长大，促使细晶与非晶结构的形成。
稀土元素还能加速金属陶瓷涂层枝晶的形成，使分枝加剧，枝晶间隙减小，涂层组织均匀致密。K L Wang[4] [5]等在激光熔覆镍基合金涂层中添加稀土La2O3，发现未加稀土时涂层的二次枝晶间隙是4.30μm，添加稀土后二次枝晶间隙减小到3.33μm，涂层组织更加致密。潘应君[10] [11]等在激光熔覆镍基TiC金属陶瓷复合层中加入稀土La2O3，发现不加稀土时，复合层主要由粗大的树枝晶和枝间共晶组织组成，大小不规则的块状硬质相不均匀地分布在枝晶基体之间；而加入少量稀土后，显著细化了熔覆层的枝晶组织，硬质相呈细小颗粒状分布在枝晶基体间，组织变得更加均匀致密。赵高敏[12] [13]等研究发现，加入La2O3使得激光熔覆铁基合金涂层组织生长的方向性减弱，枝晶分散度增大，枝晶间隙减小，树枝晶生长受阻，并且减少了二次枝晶间距，导致晶粒细化，组织趋向均匀。许伯藩[12]等在激光熔覆TiC/Ni复合涂层中添加CeO2，发现CeO2在激光束作用下分解，部分Ce元素富集于液固界面的液相侧，增大凝固过程中的成分过冷倾向，加速树枝状晶的形成，使分枝加剧，枝晶间隙减小。
2.2 净化组织
稀土元素对金属陶瓷涂层组织的净化作用表现在，稀土元素与硫、氧、硅、氮等有害杂质反应生成高熔点的化合物，上浮变成溶渣排出，减少涂层中有害夹杂物；稀土元素提高了熔池合金流动性，使反应生成的气体逸出，减少涂层组织疏松和气孔等缺陷；稀土元素使涂层组织中夹杂物体积变小，形状变圆，并成弥散分布，减少夹杂物对涂层性能的危害。
稀土元素具有很强的化学活性，容易和硫、氧、硅、氮等有害杂质反应生成高熔点的化合物，上浮变成溶渣排出，从而净化涂层组织。K L Wang[4] [5]等研究发现在激光熔覆镍基
合金涂层中添加稀土La2O3，涂层组织夹杂物含量明显降低，夹杂物的含量从1.52%下降到0.35%，涂层组织更加致密。这是由于稀土容易和氧，硫，硅等元素作用生成高熔点的化合物，部分化合物会在凝固前从液相中上浮，在熔覆层表面形成熔渣，从而使熔覆层夹杂物的含量降低，净化了涂层组织。马运哲[6]等在激光熔覆镍基合金涂层中加入CeO2，发现Ce元素极易与合金中的O、S、P 等杂质元素形成高熔点化合物，在凝固过程中，它们率先凝固而漂浮在液态金属表面形成残渣，从而使熔覆层夹杂物的数量降低，起到了净化组织的作用。杜挺[14] [15]研究稀土在金属材料的作用，发现稀土能降低碳、氮的活度，增加碳、氮的溶解度，降低其脱溶量，使它们不能脱溶进入内应力区或晶体缺陷中去。稀土具有很强的脱硫能力，容易生成RES，RE2S3等稀土硫化物，从而减少S对涂层性能的不良影响。
稀土元素能提高熔池合金流动性，使反应生成的气体逸出，减少疏松、气孔等组织缺陷。宣天鹏[16]等研究发现稀土Y对真空熔结Ni基合金涂层组织的具有排气除渣作用，稀土可以降低合金系的熔点，提高熔池合金流动性，使反应生成的气体逸出，减少组织缺陷，从而净化涂层组织。
稀土元素能使涂层组织中夹杂物体积变小，形状变圆，并成弥散分布，减少夹杂物对涂层性能的危害。赵高敏[12] [13]等研究发现在激光铁基合金熔覆层中加入La2O3可以改变夹杂物的形状和分布。不加稀土的熔覆层夹杂物粒径较大，为不规则的多边形；加入稀土后，夹杂物呈弥散分布，粒径有所减小，形状也由原来的多边形变成圆形或者椭圆形，使缺陷沿着夹杂物边缘的扩散变得困难，从而使夹杂物对熔履层的不利影响大为减小。杜挺[14] [15]研究稀土在金属材料的作用，发现稀土影响碳化物的形态、大小、分布、数量和结构，因而提高金属和合金的机械性能。
2.3 产生固溶强化和弥散强化
稀土元素具有较大的原子半径，在涂层组织中通常偏聚在位错、晶界及相界等缺陷处，产生数量众多的畸变区，吸引了大量C、B、Si等原子填充进入晶格空隙，或富集形成原子团，产生固溶强化作用和弥散强化作用。赵高敏[12] [13]等发现在激光熔覆铁基合金涂层中加入La2O3后，稀土原子被高温分解后原子半径减小，通过空位或双空位的扩散机制进入Fe的晶体内，占据空位位置形成置换固溶体，同时将其他B、C、Si等间隙原子带入间隙中，改变了晶格尺寸，使熔覆层产生固溶强化。匡建新[17]发现在激光熔覆镍基TiC金属陶瓷涂层中加入适量的稀土氧化物CeO2后，稀土偏聚在位错、晶界等缺陷附近，吸引大量的C、B、Si等原子优先在畸变区偏聚，形成原子团，改变固溶体的晶格尺寸，加强涂层的固溶强化作用。宣天鹏[16]发现在真空熔结Ni基合金涂层中加入稀土Y后，稀土Y一般偏聚在位错、晶界及相界等缺陷处，会产生数量众多的畸变区，C、Si等原子优先在畸变区富集形成原子团，进而成为碳化物、硅化物等形核中心，促进第二相的形核和沉淀，并通过析出新的化合物而加强弥散强化作用。
2.4 降低基体材料对涂层的稀释作用
基体材料对涂层的稀释作用对涂层的性能有着重要影响，当金属陶瓷涂层与基体金属之间合金元素的扩散时间较长时，形成的扩散过渡区厚度较大，此时合金层将因稀释过度而导致性能下降。而当扩散过渡区很薄或不存在时，就失去了冶金结合，此时不能保证界面间的结合强度。稀土元素能增加涂层材料的熔化潜热，缩短凝固时间，并减弱元素的扩散和运动，降低基体对涂层的稀释作用，保持涂层材料的成分和性能。赵高敏[12] [13]等发现在激光熔覆铁基合金涂层中加入La2O3后，由于稀土聚集在晶界，阻碍了合金元素通过晶界扩散的通道，减小了合金元素过渡区的宽度，从而减少了合金元素向基体中扩散，降低了稀释率，提高涂层的冶金结合强度。宣天鹏[16]发现在真空熔结Ni基合金涂层中加入稀土Y后，稀土Y可以减缓基材对合金涂层的“渗透稀释”作用，保持Ni、Cr等元素的含量较高，显著提高涂层的硬度和强度。稀土Y降低了界面能和表面张力，与Fe、Ni及Si等合金元素能够相互降低活度，提
高相互之间的溶解度，阻碍了涂层中Ni、Si等原子向基体的扩散和基体中Fe原子向涂层的扩散。王昆林[18]等发现在Ni基合金激光熔覆层中加入La2O3后，La2O3会增加涂层材料的熔化潜热，导致液相温度的降低和固相温度的升高，凝固范围和时间缩短，使熔覆层中Ni向基体的扩散和基材Fe向熔覆层的扩散均减弱，基体对熔覆层的稀释作用降低。同时，La元素是“内吸附元素”，在熔覆结晶过程中富集于固液界面前沿，可减弱元素的扩散和运动，也导致稀释率降低，有利于保持熔覆层材料的化学成分和性能。
2.5 改善涂层组织力学性能
稀土能强化金属陶瓷涂层组织晶界，减小微观粒子平均承受的摩擦力，减小涂层的摩擦系数，改善涂层组织力学性能。Z Y Z hang[2] [3]等在等离子喷涂镍基金属陶瓷涂层中添加La2O3，发现稀土可以明显地减小涂层的摩擦系数，并使它的波动范围减小。掺杂稀土的涂层微观结构更加密集，紧凑，孔洞减少，减小了微观粒子平均承受的摩擦力，使摩擦磨损减小；掺杂稀土还会增大金属陶瓷的晶面距离，导致相互作用的两晶面作用力变化而降低摩擦系数。赵高敏[12] [13]等研究发现在激光熔覆铁基合金涂层中加入La2O3能有效减少涂层的摩擦磨损，不含稀土的熔覆层磨损表面呈现严重的粘着和脆性断裂剥落迹象，而含稀土的涂层磨损表面粘着迹象较微弱，未见大面积脆性剥落迹象。稀土可以促进Cr的碳化物和硼化物硬质相析出，提高涂层的硬度，降低犁削和粘着作用；稀土大多存在于晶界，晶界得到强化，晶界附近位错的移动性较强，晶粒之间的滑移传递较容易，有利于促进摩擦过程中表面微裂纹顶部的应力松弛，增加裂纹扩展的阻力，减轻磨损。宣天鹏[16]等发现在真空熔结Ni基合金涂层中加入稀土Y后，大尺寸的稀土原子周围形成了包含很多原子的极化球，原子间的结合力与应力场加大，而畸变区与位错的交互作用有利于提高滑移系启动所需的临界应力，造成裂纹扩展抗力增大，避免涂层微观断裂和剥落。具有较强的活性和吸附能力的稀土原子偏聚在涂层与氧化膜的界面处，从而阻碍金属离子的扩散，降低氧化膜中的空位浓度，提高氧化膜的致密性，降低摩擦力和涂层的磨损体积损失。匡建新[17]等发现在激光熔覆镍基TiC金属陶瓷涂层中加入适量的稀土氧化物CeO2后，稀土氧化物大多存在于晶界，晶界得到强化，晶界附近位错的移动性较强，晶粒之间的滑移传递较容易，这有利于促进摩擦过程中表面微裂纹顶部的应力松弛，增加裂纹扩展的阻力，从而减轻磨损。
稀土元素本身具有良好的润滑功能，并促进表面氧化膜的形成，改善润滑条件，使摩擦磨损减小。La2O3和CeO2具有六方层状结构而具有良好的润滑功能，并能在高温条件下保持稳定的化学性能，因而可以降低金属陶瓷涂层的摩擦系数。宣天鹏[16]等指出，稀土金属Y 与润滑介质中的H和O有较大的亲和力，有利于促进润滑油在涂层表面的吸附，改善润滑条件，降低摩擦系数，提高耐磨性。戴振东[19]等在离子喷涂镍-碳化钛金属陶瓷涂层中加入1%的稀土硅铁粉末，发现添加稀土可提高摩擦化学反应生成的氧化膜的热稳定性，还使喷涂层的粘结性得到改善。含稀土的涂层试样表面的氧化膜比不含稀土的涂层试样的厚，有利于在摩擦副之间保持一层连续的润滑性氧化膜，起到减摩抗磨作用。徐进[20]等研究发现，稀土CeO2能促进摩擦过程中表面氧化物反应膜的形成，减轻摩擦副间的粘着，降低了磨损。稀土元素在氧化膜与基体的界面的偏聚、凝聚，减少界面的孔隙，提高摩擦表面氧化膜的粘着力，减少了剥落的可能。稀土还阻碍氧化过程的继续进行，减慢了氧化过程，使涂层表面保持稳定的、连续的氧化膜，降低了摩擦力，表层磨损量也大大减少。
3 应用进展
稀土改性技术已经广泛应用于在热喷涂、复合电镀、激光表面熔覆等涂层制备工艺，有效地提高了金属陶瓷涂层的组织结构和使用性能。在热喷涂金属陶瓷涂层中加入适量稀土元素，可以提高喷涂合金与基体表面的结合强度，促进摩擦表面上氧化物的生成，减少了摩擦过程中的裂纹和剥落现象。在热喷涂铁基非晶自熔合金粉末中加入稀土Ce，使热喷涂涂层
的显微硬度显著提高，耐磨性提高40%[21]。在复合电镀、电刷镀镀液中加入稀土元素可以改善镀液的导电性能，使电镀温度下降，镀层质量明显提高。在模具型腔表面电刷镀镀层中加入稀土元素，使镀层防氧钝化寿命明显提高，改善镀层的耐磨性能，耐磨寿命延长近5倍[22]。在电镀铁基复合镀液中加入稀土元素，能有效地促进微粒与铁的共沉积，镀层中微粒含量的大幅度增加，加入稀土使SiC和TiC微粒在镀层中分别增加1.2倍和1.73倍，从而提高了镀层的硬度和耐磨性 [23]。在激光熔覆层加入稀土元素，可大幅度提高熔覆层对激光辐照能量的吸收率，熔覆层合金化深度明显增加，涂覆层的硬度和耐磨性显著提高，在模具表面激光熔覆层加入稀土元素Ce，耐磨性能明显提高，加入稀土元素的熔覆层不加稀土的耐磨性提高2~3倍[22]。
经过多年的研究和应用开发，稀土改性技术的研究应用已取得大量的成果，有的技术已获得推广应用。随着科学技术的发展, 人们对材料表面性能的要求越来越高,稀土对金属陶瓷涂层改性作用的研究也将不断深入和拓展。近年来，有不少学者将纳米技术引入到表面改性领域中，在金属陶瓷涂层中加入纳米级稀土颗粒，或在微米级基体中引入纳米分散相进行复合, 制备出纳米稀土金属陶瓷涂层；与普通稀土涂层相比, 纳米稀土涂层在力学性能、表面光洁度、耐磨性、耐高温性能等方面都有明显改善，并有效降低金属陶瓷涂层的脆性。还有许多学者致力于开发新型的涂层制备技术，采用激光梯度熔覆工艺，热喷涂结合激光重熔复合工艺，电镀结合激光重熔复合工艺等方法，解决涂层与基体结合强度不高，涂层裂纹，难以添加稀土元素，工艺稳定性差等问题。随着稀土改性技术研究工作的进一步深入和开展，通过稀土改性方法改善金属陶瓷涂层的微观组织结构，提高金属陶瓷涂层的使用性能，将获得广阔的应用前景和良好的经济效益。
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Surface Modification on Cermet Coating Microstructure
by Rare Earths and Its Application Development
He Keshan Cheng Xiyun Li Zhihua
(Engineering college, Shantou University，Shantou 515063)
Abstract：This paper introduces the research status of surface modification on cermet coating microstructure by rare earths and its application development. Rare earths can refine the cermet coating grains; reduce the crackles, porous and entrapment; make the coating microstructure more compact and denser; reduce dilution of clad coating material from the substrate; make the effect of dispersion strengthening and solid solution strengthening; enhance the friction and wear resistance of coating. So rare earths can refine the cermet coating microstructure. The application of rare earths on surface modification technology, such as thermal spraying technology, composite plating technology, laser cladding technology, can increase the hardness and toughness of cermet coating, enhance the integrating strength between coating and matrix, improve the properties of cermet coating.
Keywords: surface modification; rare earths; cermet coating; microstructure
摘要 近年来，随着现代化工业的不断进步与发展，人们对于材料的性能要求越来越高，其中较为重要的一点便是材料的耐磨性。众所周知，磨损现象不论在科研实践还是日常生活中都是很常见的，并且若不及时更换调整便极有可能造成严重的安全事故。因此，如何提高易磨损材料的耐磨性能便显得尤为重要。 锌锅沉没辊是热浸镀锌设备中一种重要零件，我国锌锅沉没辊的辊轴与辊套需要从国外进口，不仅价格昂贵而且磨损严重，平均一周就需要更换一次设备，导致轧制的成本很高。所以锌锅沉没辊辊轴与辊套的耐磨性是一个越来越受到重视的问题。本设计旨在制备316L不锈钢表面的耐磨陶瓷涂层来缓解锌锅沉没辊的辊轴与辊套过于严重的磨损，以此延长锌锅沉没辊的辊轴与辊套的寿命，提高生产效率。 我们通常用表面合金化、表面形变强化、表面涂层强化等方法来提高材料耐磨性。本设计借助钎涂原理，分别以氧化铝和碳化钨作为陶瓷增强相材料，Ni82CrSiB合金为钎料，利用真空钎涂的方法制作出较为耐磨的陶瓷涂层，从而达到提高不锈钢表面耐磨性的要求。试验结果表明：氧化铝与钎料的润湿效果不够理想，在涂层中没能发现氧化铝相，即以氧化铝作为陶瓷增强相材料无法达到预期目标；而碳化钨颗粒在涂层中分布较均匀，涂层表面光滑，有金属光泽，并且与不锈钢表面冶金结合良好，硬度达到了不锈钢基体的6倍以上，有望大幅提高材料的耐磨性能。 关键词：金属陶瓷涂层；钎涂技术；硬度
Brazing Process of Metal-ceramic Coating on Stainless Steel Abstract In recent years, with the continuous progress and modernization of industrial development, people are increasingly demanding high-performance materials, one of the important points is the wear resistance. As we all know, the wear phenomena both in research and practice is still very common in daily life, and if not timely replacement of adjustments it is very likely result in serious accidents. Therefore, how to improve the wear resistance of the material is particularly important. The zinc pot sink roll is one of the important parts of hot dip galvanizing equipments. The bush of zinc pot sink rolls needs to be imported from abroad, and it is not only expensive but also badly worn., it needs to be replaced once per week, and that would lead to the high cost of rolling. Therefore, the wear resistance of the zinc pot sink roller bearing is a question with more and more attention. This design is in order to prepare the surface of 316L stainless steel wear-resistant ceramic coating to solve the zinc pot sink roll shaft and insert wear too serious problem to extend the life of the equipment and The main methods of improving the wear resistance for material are surface strain hardening, surface alloying, surface coating strengthened and so on. In this design, we use the braze coating principle, and make the Al2O3 and WC as ceramic reinforcement materials, Ni82CrSiB as the brazing. The method of using the vacuum braze coating to produce more wear-resistant ceramic coating, so as to improve wear resistance of the stainless steel surface requirements. The results showed that: The wetting effect of Al2O3 and brazing filler is not satisfactory, and we could not find alumina phase in the coating, that is to say, Al2O3 as the ceramic reinforcement materials can not achieve the desired goal. However, WC particles in the coating are distributed more evenly. The coating surface is smooth, with a metallic luster, and it is a good metallurgical bond with the stainless steel surface. Its hardness is more than 6 times the stainless steel substrate, and it can be required to improve the wear resistance. Key Words：metal-ceramic coating; braze coating process; hardness
陶瓷涂层 一、金属基陶瓷涂层简介 金属基陶瓷涂层是指涂在金属表面上的耐热无机保护层或表面膜的总称。他能改变金属底材料外表面的形貌、结构及化学组成，并赋予底材料新的性能。涂层的种类很多；按其组成可分为硅酸盐系涂层、氧化物涂层、非氧化物涂层及复合陶瓷涂层等，按工艺方法可分为熔烧涂层、喷涂涂层、气相沉积及扩散涂层、低温烘烤涂层、电化学工艺涂层、溶胶-凝胶涂层及原位原位反应涂层等；按其性能与用途可分为温控涂层（包括温控、隔热、红外辐射涂层等）、耐热涂层（包括抗高温氧化、抗腐蚀、热处理保护涂层等）、摩擦涂层（包括减磨、耐磨润滑涂层）、电性能涂层（包括导电、绝缘涂层等）、特种性能涂层（包括电磁波吸收、防原子辐射涂层等）及工艺性能涂层等。 二、金属基陶瓷涂层制备技术 1．喷涂法（等离子喷涂法） 2．化学气相沉积法（CVD）：在相当高的温度下，混合气体与基体的表面相互作用，使混合气体的某些成分分解，并在基体表面形成一种金属或化合物的固态薄膜镀层。 3．物理气相沉积法（PVD）：离子镀法、溅射法、蒸镀法、离子注入等，离子化使镀层更致密。目前CVD和PVD的界限已不明显，两者相互渗透，CVD技术引入等离子活化等物理过程，出现了PACVD技术，PVD技术也引入反应气体产生化学过程。 4．复合镀层 5．溶胶-凝胶法 6．原位反应法 三、应用 航天航空工业：航天飞机机身外皮发动机涡轮叶片燃烧室内壁齿轮箱传送装置 电力电子工业：增加介电常数 汽车工业：为了减轻重量而开发新一代汽车发动机，欧洲、日本的汽车制造厂已经采用了合金上电解沉积Ni-SiC复合镀层，这种镀层还能大大提高耐膜性能、润滑性能和耐高温氧化性能。将氧化锆陶瓷粉末喷涂在内燃机的燃烧室内壁，可提高内燃机的工作温度、节省燃料和简化结构。 切削刀具上的应用：硬度高、耐热粘结性强、化学稳定性高、切削韧性好、切削性能优良等特点。单双三层刀具，陶瓷镀层刀具寿命是原来的1-2倍，多镀层刀具是陶瓷镀层刀具寿命的0.5-1倍， 冶金和机械工业：金属的冶炼热加工和热处理都要在高温下进行，防止金属的高温氧化、渗氮、渗氧，往往在金属表面涂热处理保护涂层。 生物医学的应用：改善人体与金属的生物相容性。 石油化工：防腐 陶瓷、玻璃生产：增加强度和寿命 食品包装：耐热、高阻隔、透明度
金属陶瓷复合材料的应用 我公司提供以下热喷涂技术服务：修复各类设备主轴、曲轴以及所有轴的轴颈、轴承档、油封档、键槽的磨损、拉伤等缺陷。“锅炉四管”（水冷壁管、过热器管、预热器管和省煤器管）喷涂防护、循环硫化床锅炉、膜式壁热喷涂防护、风机叶片、拉丝塔轮、拨丝缸、水轮机的导风叶、水轮机叶片的迷宫环等部件的防汽蚀、防磨处理。大型液压油缸的陶瓷涂覆活塞杆和液压缸以及位置测量成套系统、化工泵中往复泵柱塞陶瓷涂层、机械密封环和轴套表面喷涂、陶瓷蝶阀密封面喷涂代替镶圈结构、高参数球阀喷涂陶瓷、在石油、天然气勘测和钻采过程中所用设备的关键部件如钻头、轴、轴套、灌浆泵等表面热喷涂防护。 在塑料工业设备中，塑料挤出机螺杆、塑料切碎机喷嘴、塑料薄膜生产辊。冶金工业中，连续退火炉辊、张紧辊和偏转器辊自清理炉辊、热浸镀锌用沉没辊、稳定辊等先进涂层。热轧无缝管顶头的表面强化涂层、铜合金热挤压模具强化涂层。在化纤工业中，各种槽辊、锭杯、牵伸辊、导丝辊、表面陶瓷涂层、造纸烘缸表面防腐防磨防护、上光砑光棍、纸浆真空吸水箱板、印刷工业中铸铁印刷滚表面喷涂防护、陶瓷网纹辊、电晕辊。 在玻璃工业中，铜电板的抗高温氧化保护涂层、喂料柱塞和喂料管、内燃机燃烧室的热障陶瓷涂层（汽缸盖底面、活塞底面、活塞顶面、汽门全部底面缸套、活塞环、水泵动密封环、气门顶杆、增压器涡轮） 热喷涂涂层工业应用介绍 随着涂层新材料和新工艺的不断涌现，热喷涂涂层已在国民经济各个工业部门广泛地应用。加之现代计算机技术、传感测试技术、自动化及机器人技术、真空技术与热喷泉涂技术的结合和渗透，使得热喷涂技术的深入发展和工业规模化生产均有大幅度的进步和提高。对未来热喷涂发展的方向以及市场与工业规模的预测为：技术附加值高、效益好的如生物工程，航空航天，工、模具，电子工业等，但规模相对较小；要求成本低的大规模产业如汽车工业和钢结构，但技术附加值低；应用面最广的仍是机械工业，包括石油化工、轻纺、能源、冶金、航空、汽车等也均属此范畴。 热喷涂技术能赋予各类机械产品，特别是关键零部件许多特种功能涂层，形成复合材料结构具有的综合作用，真正做到了“ 好钢用在刀刃上” ，是材料科学表面技术发展的一个方向。但热喷涂技术仅通过涂层在机械产品基体表面获得一定的特殊功能，而不能代替基材或提高产品的结构性能。 钢铁长效防腐蚀涂层 由于锌、铝、锌铝、铝镁涂层的电极电位均负于钢铁，故对钢铁结构能起到阴极保护作用。从20世纪40年代起，国外已将它们喷涂于钢铁构件上作为长效抗腐涂层。国内自70年代起开始推广应用，迄今成功的实例不胜枚举。目前大面积钢结构喷涂锌、铝涂层一般采用电弧喷涂工艺，局部辅助以氧乙炔火焰线材喷涂补遗。现在国内每年采用热喷涂大面积施工工程均在数百万平方米以上。
陶瓷涂层技术知识 一、金属基陶瓷涂层简介 金属基陶瓷涂层是指涂在金属表面上的耐热无机保护层或表面膜的总称。他能改变金属底材料外表面的形貌、结构及化学组成，并赋予底材料新的性能。涂层的种类很多；按其组成可分为硅酸盐系涂层、氧化物涂层、非氧化物涂层及复合陶瓷涂层等，按工艺方法可分为熔烧涂层、喷涂涂层、气相沉积及扩散涂层、低温烘烤涂层、电化学工艺涂层、溶胶-凝胶涂层及原位原位反应涂层等；按其性能与用途可分为温控涂层（包括温控、隔热、红外辐射涂层等）、耐热涂层（包括抗高温氧化、抗腐蚀、热处理保护涂层等）、摩擦涂层（包括减磨、耐磨润滑涂层）、电性能涂层（包括导电、绝缘涂层等）、特种性能涂层（包括电磁波吸收、防原子辐射涂层等）及工艺性能涂层等。 二、金属基陶瓷涂层制备技术 1．喷涂法（等离子喷涂法） 2．化学气相沉积法（CVD）：在相当高的温度下，混合气体与基体的表面相互作用，使混合气体的某些成分分解，并在基体表面形成一种金属或化合物的固态薄膜镀层。 3．物理气相沉积法（PVD）：离子镀法、溅射法、蒸镀法、离子注入等，离子化使镀层更致密。目前CVD和PVD的界限已不明显，两者相互渗透，CVD技术引入等离子活化等物理过程，出现了PACVD技术，PVD技术也引入反应气体产生化学过程。 4．复合镀层 5．溶胶-凝胶法 6．原位反应法 三、应用 航天航空工业：航天飞机机身外皮发动机涡轮叶片燃烧室内壁齿轮箱传送装置 电力电子工业：增加介电常数 汽车工业：为了减轻重量而开发新一代汽车发动机，欧洲、日本的汽车制造厂已经采用了合金上电解沉积Ni-SiC复合镀层，这种镀层还能大大提高耐膜性能、润滑性能和耐高温氧化性能。将氧化锆陶瓷粉末喷涂在内燃机的燃烧室内壁，可提高内燃机的工作温度、节省燃料和简化结构。 切削刀具上的应用：硬度高、耐热粘结性强、化学稳定性高、切削韧性好、切削性能优良等特点。单双三层刀具，陶瓷镀层刀具寿命是原来的1-2倍，多镀层刀具是陶瓷镀层刀具寿命的0.5-1倍， 冶金和机械工业：金属的冶炼热加工和热处理都要在高温下进行，防止金属的高温氧化、渗氮、渗氧，往往在金属表面涂热处理保护涂层。 生物医学的应用：改善人体与金属的生物相容性。 石油化工：防腐 陶瓷、玻璃生产：增加强度和寿命 食品包装：耐热、高阻隔、透明度 四、发展方向 1．发展新涂层：研究解决陶瓷涂层与金属基体的热膨胀系数匹配问题，从而提高涂层与金属的结合力。 2．发展新工艺：简便、成本低、生产效率高以及产生无缺陷涂层的工艺 3．无损探伤方法，韧性、粘结强度等。 五、金属陶瓷镀膜技术在车用内燃机上的应用 为降低内燃机活塞环与气缸套表面的摩擦因数，提高发动机的机械效率，进而提高内燃机的性能，在内燃机活塞环上应用了金属陶瓷镀膜技术。采用此项技术后，发动机成本仅增加3%-5%，而整机动力性和经济性得到了明显改善，实用价值很高。
陶瓷、金属表面的MS涂层技术 陶瓷、金属表面的MS涂层技术 作者：谢华锟译 航空发动机中的生产技术 从喷气发动机开始应用以来，人们一直在不断努力进步发动机的性能。以进步喷气发动机推力、燃料消耗比为特点的高性能及环境适应性要求，一年比一年高。 为满足（适应）这些高性能的要求，对发动机本身的轻量化、透平发动机的高温化及压缩机的高压化等提出了更高的要求，在生产技术上也需有大的发展。生产技术决定了竞争力，表面改性技术是竞争力中的关键。 （1）表面改性（功能膜形成）技术 为适应高温化，在新材料开发、表面改性（功能膜形成）技术开发、冷却结构设计和生产技术开发上都得到了发展。 在航天航空领域中，喷气发动机等金属零部件上的功能膜形成技术有CVD、PVD、电镀、喷涂、堆焊等，这些技术的缺点是设备投资大，对技能的依靠性强，且有些工艺需增加清洗、制作掩膜等预处理工序及除往掩膜、边界处理等后处理工序，有些还会产生热变形、膜体剥落等题目，不适于流水线生产。 （2）新功能膜成形技术 IHI和三菱电机开发了一种能集成在机械加工生产线、可制备各种功能膜的新型成形技术，即在放电涂层技术的基础上对模具及工具加工表面进行涂层的新技术。采用该新涂层技术，金属陶瓷薄膜、厚的金属堆焊层以及金属陶瓷和金属的混合层都能形成。由于利用了放电能量，故称之为MS涂层（微弧涂层）。在此技术基础上，进而开发出了适用于各种零部件的功能薄膜或堆焊层。 MS涂层技术
MS涂层技术是采用含金属或陶瓷等成分的电极进行放电表面处理，形成耐久性、耐磨性优异的高质量功能薄膜技术。由于不需要熟练操纵职员和前后处理工序，适合于自动化生产线；又因不需要昂贵的蒸发炉等设备，简化了制造工程，用度大大降低。 （1）MS涂层的原理 将由涂层材料粉末做成的电极与被处理材料放进尽缘油中加电压，此时，电极与被处理材料间开始脉冲放电（每秒约1万次），电极材料逐渐向基体迁移，材料溶融接合，形成薄的陶瓷涂层或厚的金属堆焊层。通过选用不同的电极和加工条件，能形成致密光滑或疏松带孔的涂层组织。 （2）MS涂层的主要优点 金属表面涂层的主要方法有堆焊、喷涂、电镀等，MS涂层和这些方法相比有如下优点（见表1）。 表1 MS涂层和其它技术的比较 特性：MS涂层－电镀－堆焊－喷涂 集成于生产线：轻易－困难－困难－困难 用度：小－大－中－大 前后序处理：几乎不需要－掩膜保护－需精加工－掩膜保护 质量：稳定－可剥落－产生裂纹－可剥落 变形：没有－没有－大－有 涂层材质：陶瓷、金属－金属－金属－陶瓷、金属 环境：○－△－△－△ ①基体变形极小，没有裂纹 焊接时焊接部分的热胀冷缩很大，极易产生变形及裂缝。MS涂层时产生的是微量级的微细脉冲放电，由于在其局部反复进行溶融接合，基体的收缩受到限制，因此变形很小，没有裂纹。 ②涂层薄膜不会剥离 采用喷涂、电镀等方法时金属仅附着在基体的表面，有剥离的可能性，而MS 涂层是溶融接合，不会产生剥离。 ③能在要求位置上加工，毋需前处理工序 由于MS涂层只在电极和基体放电处天生涂层，因此不像喷涂、电镀等工艺需掩膜保护等前处理工序。 ④不依靠于技能就能确保可靠的质量
文章编号:1002-2082(2008)01-0076-05 金属陶瓷复合涂层的激光熔覆与无裂纹的实现 周圣丰,曾晓雁,胡乾午 (华中科技大学光电子科学与工程学院武汉光电国家实验室激光科学与技术研究部,湖北武汉430074) 摘 要: 鉴于传统的激光熔覆金属陶瓷复合涂层技术主要存在2方面不足:其一,熔覆效率低,导致大面积熔覆时成本昂贵;其二,由于激光熔覆本身的特点,即快速加热与快速凝固,在激光熔覆过程中,热应力极易诱导熔覆层开裂。基于此,综述了国内外激光熔覆金属陶瓷复合涂层的研究进展,指出其存在的主要问题,并提出了激光感应复合快速熔覆的新方法,即感应预热基材的同时快速激光熔覆。该方法不仅可使熔覆效率大大提高而且获得了无裂纹的金属陶瓷复合涂层。关键词: 金属陶瓷;复合涂层;激光感应复合快速熔覆 中图分类号: T N 249 文献标志码: A Realization of laser cladding and crack -free ceramic -metal composite coatings ZHOU Sheng -feng ,ZENG Xiao -y an ,HU Qia n -w u (Wuhan Na tio na l Labo rato ry for Opto electr onics ,Schoo l o f O pto elec tro nics Science and Engineering ,Huazho ng U niv er sity o f Science a nd Technolog y ,W uhan 430074,China ) Abstract :The conv entiona l technique fo r the laser cladding ceramic -metal composite coa ting m ainly has two disadv antages .Firstly ,the efficiency of its pow der depositio n is lo w and it limits the cladding rate,makes the process ra ther ex pensive for cladding o n la rg e areas.Seco ndly,due to some inherent characteristics in laser cladding technique,such as rapid heating and rapid solidification ,the residual stress induced during laser cladding co uld lead to the crack forma tio n in the composite coatings.The status quo of the dom estic and foreig n research o n laser cladding ceramic-m etal composite coa ting technique is review ed.The existing pro blem s are pointed o ut a nd a new solutio n fo r laser inductio n hy brid rapid cladding (LIHRC )is put forw ard ,w hich preheats the substrate before the la ser cladding .The efficiency of this new solutio n is higher than that o f the conv entional laser cladding and crack-free ceramic-metal com po site coating s prepa red by LIHRC. Key words :ceramic -metal ;com posite coa ting ;laser induction hybrid rapid cladding (LIHRC ) 引言 对关键机械零配件表面进行修复,虽然传统方法如堆焊和热喷涂等的效率高,涂层厚度均匀且与基材接合牢固,但由于受热过程缓慢,导致稀释率与热影响区大,陶瓷相烧损严重,而且只适合在平整表面进行熔涂。而激光熔覆技术具有能量密度 高、热变形与热影响区小、稀释率低、激光加工位置可以精确定位等优点,正成为汽车、冶金、交通等领域的关键技术,具有广阔的应用前景 [1-3] 。但由于激 光熔覆自身的特点即快速加热与快速冷却凝固,在材料表面极易形成裂纹,这已成为阻碍激光熔覆技术工业化应用难以逾越的障碍之一。为解决熔覆层 收稿日期:2007-08-20; 修回日期:2007-09-22 作者简介:周圣丰(1977-),男,湖北天门人,博士研究生,主要从事材料加工、表面激光强化与改性的研究工作。 E -mail :zho usf 1228 @https://www.doczj.com/doc/767036593.html, 第29卷第1期2008年1月 应用光学Jour nal of Applied O ptics V o l.29N o.1 J a n.2008
金属基复合材料涂层摩擦学的研究进展* 马红玉，张嗣伟 石油大学(北京) 机电工程学院，北京 102200 Email:mahongyu77@https://www.doczj.com/doc/767036593.html, 摘 要：在简要回顾表面涂层技术发展历程的基础上，对金属基复合材料涂层的减摩抗磨性能和制动摩擦性能以及涂层的摩擦磨损机理和影响涂层摩擦磨损性能的若干因素的研究现状进行了综述，并指出了今后在金属基复合材料涂层摩擦学方面值得进一步研究的一些问题。 关键词：金属基复合材料涂层，减摩抗磨，制动摩擦，涂层摩擦学 1.前言 金属基复合材料涂层具有耐高温、耐磨损、导电导热性好、不吸湿、不放气、尺寸稳定、不老化等优良特性，而其优异的摩擦学性能更使它在摩擦学领域倍受青睐，因此，有关金属基复合材料涂层的摩擦磨损性能的研究方兴未艾。本文仅就金属基复合材料涂层摩擦学的研究进展作一综述。 2.表面涂层技术的发展历程 Subramanian等根据涂层的发展历程把涂层技术分为3代：第一代涂层指传统的单组分涂层，即运用单一表面工程技术制备的单组分单层涂层。如TiN涂层，已广泛应用于刀具、模具、量具及轴承；第二代指二元复合涂层，如Ti-C-N、Ti-B-N、Ti-Al-N，已初步应用于某些耐磨部件上；第三代指新近出现的多层涂层及多组元复合涂层，即运用一种或多种表面工程技术将具有不同性能的材料组合到同一体系中以得到单一材料无法具备的新的性能,因而成为目前涂层中极具应用潜力的研究对象[1,2]。 3.金属基复合材料涂层减摩抗磨性能的研究现状 3.1单一涂层 单一涂层是指传统的单组分单层涂层，主要包括金属涂层、金属化合物涂层、陶瓷涂层等。金属涂层中，采用各种金属离子注入的方法，可提高注入金属表面的硬度，降低表面的摩擦系数，提高表面抗磨损性能，如H13钢表面注入Ti离子[3]。另外，如镀铬层，它具有耐磨、减摩、耐热、耐腐蚀、摩擦系数低、防咬合等特点，能改善模具表面性能，提高模具寿命[4]。陶瓷涂层中最典型的代表是TiN涂层，研究表明[5-7]，TiN涂层与基材结合良好，与基体相比，其力学性能优异，摩擦系数小，耐磨性好，已广泛应用于各领域，特别是工模具方面。其它陶瓷涂层如Al2O3涂层、Cr2O3涂层等也都具有良好的减摩抗磨性能[8]。金属化合物*本课题得到高等学校博士学科点专项科研基金(项目编号：20020425005)资助 - 1 -
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910287965.6 (22)申请日 2019.04.11 (71)申请人 新余学院 地址 338000 江西省新余市高新区阳光大 道2666号 (72)发明人 陈枭 李承娣 徐顺建 张小伟 简辉华 胡瑶 (74)专利代理机构 西安合创非凡知识产权代理 事务所(普通合伙) 61248 代理人 高志永 (51)Int.Cl. C23C 24/04(2006.01) C23C 26/00(2006.01) C23C 28/00(2006.01) C22C 29/08(2006.01) (54)发明名称 一种双相碳化物金属陶瓷太阳能选择性吸 收复合涂层的制备方法 (57)摘要 本发明公开了一种双相碳化物金属陶瓷太 阳能选择性吸收复合涂层的制备方法，基于双相 碳化物WC和Cr 3C 2的特点以及纳米晶粒尺寸效 应，通过冷喷涂技术实现喷涂粉末的相结构和成 分移植，达到更好地提高涂层的光学吸收性和高 温热稳定性，同时在所制备的WC/Cr 3C 2-Co和WC/ Cr 3C 2-Ni金属陶瓷涂层表面采用溶胶-凝胶法沉 积获得Al 2O 3减反层形成复合涂层，最终获得光 学吸收性能及高温热稳定性优良的复合涂层。本 发明可实现纳米结构成分移植，通过有效的塑性 变形，有利于控制粒子间结合，提高层间结合；同 时，所制备的涂层光学吸收性和高温热稳定性良 好，工艺操作简单、成本较低，特别适用于工业应 用推广。权利要求书1页 说明书3页 附图1页CN 109825829 A 2019.05.31 C N 109825829 A
激光熔覆金属陶瓷技术研究概述 高才 山东建筑大学材料学院 摘要 本文介绍了激光熔覆技术的原理、特点及工艺，总结了激光熔覆金属陶瓷复合涂层的材料体系和熔覆层的组织和性能特点，以及因为外加陶瓷颗粒与基体热物性差别大而造成了一些缺陷，而提出了原位自生和梯度涂层工艺，并介绍了它们的原理及研究现状。并指出它们仍将是激光熔覆金属陶瓷复合涂层技术的发展方向。 关键词：激光熔覆；组织与性能；原位自生；梯度涂层 Technique of laser cladding ceramic-metal composite coatings Gao Cai School of Material Science and Engineering, Shandong Jianzhu University, jinan 250101 Abstract In this paper, the principle, the characteristic and the process of the laser cladding are introduced. The material system of laser cladding ceramic-metal composite coating and the structure and the performance of the cladding layer are summarized. Because of some defects caused by the difference of physical property between ex-situ ceramic and mental, the in-situ composite and the gradient coating are proposed. The principle and the research status are also introduced. It is pointed out that they will still be the development direction of technique of laser cladding ceramic-metal composite coatings. Key words: laser cladding; structure and performance; in-situ composite; gradient coating 1、前言 在实际生产中，机械零件的失效多数发生在零件的表面或者是从表面开始的。各类磨损、腐蚀氧化所引起的失效都是发生在零件的表面；扭转或弯曲疲劳断裂失效也是从零件表面开始,逐渐向内部发展,最后导致断裂,因此,提高材料的表面性能对延长零件的使用寿命和发挥潜力起着重要作用。目前,有许多方法可用于制备具有特殊性能的表面涂层,如电镀（Cr, Ni）和各种气相沉积（PVD 和CVD）,但这些涂层都比较薄,难以满足工程上的要求；热喷涂方法制备的涂层虽然较厚,但与基体是机械结合，结合强度不够，涂层易脱落。 大功率激光器和宽带扫描装置的出现，为金属材料提供了激光表面改性这种有效的新方法。利用激光表面改性技术中很重要的激光熔覆技术，制备金属陶瓷复合涂层（也叫陶瓷颗粒增强金属基复合涂层），能将金属材料较高的强度、韧性和良好的工艺性能与陶瓷材料优异的耐磨、耐蚀、耐高温及化学稳定性有机地结合起来，极大地提高材料的表面性能，可在低级材料表面获得超硬、超强、超耐磨、超耐蚀等特种性能，尤其适用于一些在极端条件下服役的关键部件的强化，具有很好的发展前景，是目前激光熔敷技术领域研究发展的热点。 2、激光熔覆技术简介
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/767036593.html, SiC晶金属陶瓷复合涂层制备技术的研究 作者：于美玲赵林 来源：《城市建设理论研究》2013年第10期 【摘要】随着科学技术与制造技术日新月异的发展,氧化铝陶瓷在现代工业中得到了深入 的发展和广泛的应用。本文介绍了SiC晶金属陶瓷在各个研究领域的应用及其制备工艺,以SiC 晶金属陶瓷性能为基础,综述了它在所应用领域的发展状况。采用泥浆预涂层反应法在C/SiC 复合材料表面制备Si/SiC涂层。通过理论计算和实验确定了制备致密不开裂涂层的泥浆配比；研究了埋粉烧结和气相硅真空反应烧结2种不同烧结气氛对Si/SiC涂层微观形貌和成分的影响；分析了不同涂层的工艺过程、工艺特点、性能以及优缺点，提出了高温反应合成涂层技术存在的问题，展望了研究发展方向。 【关键词】SiC涂层，金属陶瓷，复合涂层 中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号： 一.前言 高新技术和工业现代化的持续高速发展使得各种机械零件的工作条件日益苛刻。由于零部件的破坏往往从表面开始,表面的局部破坏又会导致零件的整体失效,因此, C/C和SiC复合材料具有诸多优异的高温性能,如高温稳定性、较高温度下低的线膨胀系数、强度随温度升高而增加、摩擦系数稳定等,在航天、化工、冶金、交通和机械工业等领域备受青睐采用包埋法在C/C 复合材料表面制备了SiC高温防氧化涂层。涂层主要由β-SiC和少量的游离Si组成,涂层表面有裂纹存在,涂层与C/C和SiC复合材料基体结合良好,呈现犬牙状结合, 在SiC晶金属陶瓷复合涂层制备技术方面得到了完美体现。 二.SiC晶金属陶瓷复合涂层 采用料浆法在C/C复合材料siC内涂层表面制备出分别适用于900℃、1300℃和1500℃长 期防氧化的陶瓷外涂层。当siC内层为采用两步包埋法制备的致密涂层时，适用于900℃的 siC/陶瓷涂层具有较好的防氧化性能，涂层试件在900℃静态空气中氧化100小时后失重率仅为0.14%， 涂层在试件在氧化过程中表现为微量失重的主要原因是陶瓷涂层在氧化温度下的缓慢挥发。陶瓷的涂层适用1400℃左右的防氧化陶瓷密封层结构为MOSIZ相分散于硼硅酸盐玻璃相之中。而且该涂层具有非常好的的抗氧化性能和抗热震性能的特点，在1400℃左右的静态空气中氧化中放置160小时和经19次1400℃。室温急冷急热循环后，涂层试样的氧化失重率可能达到仅仅的2.16%。
热喷涂耐磨涂层技术的研究现状简介 1金属涂层的研究现状 热喷涂金属涂层是研究和应用较早的耐磨涂层，常用的有金属(M o、Ni)、碳钢和低合金钢、不锈钢和Ni-C r合金系列涂层。一般采用火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂、H V OF及爆炸喷涂工艺，涂层具有与基体的结合强度较高，耐磨、抗腐蚀性能较好等优点，用于修复磨损件及机械加工超差件。 采用铝系合金等离子喷涂技术对活塞环、同步环及气缸等零件进行喷涂时，涂层具有良好的耐磨性、高结合强度及优异的耐粘着磨损性，在有润滑油的条件下具有良好的抗咬死性和抗拉伤性能。高碳钢丝、不锈钢(Cr l3型、18-8型等)合金丝是常用的耐磨耐蚀喷涂材料。具有强度较高、耐磨性好、来源广泛、价格低廉等特点。N i Cr涂层具有较好的耐热、抗腐蚀及抗冲蚀磨损的性能，可作为电站锅炉的过热器管和再热器管的防护涂层，采用火焰和等离子喷涂方法可制备具有不同组织结构的N i Cr金属耐磨涂层，涂层中孔隙率和氧化物含量较高。 2陶瓷涂层的研究现状 热喷涂陶瓷粉末包括氧化物、碳化物、硼化物、氮化物及硅化物等，是金属元素和非金属元素组成的晶体或非晶体化合物。陶瓷涂层具有高熔点、高硬度和良好的耐磨性、耐腐蚀性以及高温稳定性等特点。但喷涂陶瓷涂层工艺复杂，成本较高，而且涂层表面容易出现裂纹，抗热疲劳性能不如金属涂层；而且涂层的韧性较差，不能用于承受较大的冲击载荷。目前常用的陶瓷涂层有A12O3、 T i O2、C r2O3、Z r O2、W C、Ti C、Cr3C2、Ti B2等，一般采用等离子喷涂、火焰喷涂、H VO F和爆炸喷涂技术制备。 任靖日等研究了等离子喷涂A12O3-40%Ti O2和C r2O3陶瓷粉末涂层的滑动磨擦磨损特性，指出C r2O3涂层的耐磨性高于
材料保护 MATERIALS PROTECTION 1999年 第32卷 第1期 No.1 vol.32 1999 热喷涂高性能陶瓷涂层 邓世均 摘 要 综述了热喷涂高性能陶瓷涂层的特点，介绍了陶瓷涂层在不同工业领域的典型应用，论述了在高科技领域的发展潜力，强调了它的地位和作用。 关键词 热喷涂 陶瓷涂层 典型应用 1 引 言 80年代初，日本开发出小型陶瓷绝热发动机，引起了全世界的关注。有人预言，人类即将进入第二个“石器时代”。 陶瓷是金属元素和非金属元素组成的晶体或非晶体化合物。它和金属材料、高分子聚合物材料一起，构成固态工程材料的三大支柱。现代已将金属陶瓷、其他无机非金属材料统归入陶瓷范畴，成为品种、功能极多的一个材料大家族。 陶瓷材料多具有离子键和共价键结构，键能高，原子间结合力强，表面自由能低，原子间距小，堆积致密，无自由电子运动。这些特性赋予了陶瓷材料高熔点、高硬度、高刚度、高化学稳定性、高绝缘绝热能力、热导率低、热膨胀系数小、摩擦系数小、无延展性等鲜明特征。 又由于陶瓷材料总含有或多或少的玻璃相和气孔，加之许多陶瓷材料具有多种晶体结构，因而其塑性变形能力差，抗热震和抗疲劳性能差。对应力集中和裂纹敏感，质脆，成为陶瓷材料的致命弱点。显然，用陶瓷作为机械结构材料，其可靠性比金属材料差，加上机械加工困难、成本高等因素，因而目前还处于初期实验阶段，距离成功的工业应用，无论在材料结构的理论上还是在生产实践上，都还有漫长的路程，难度很大。 然而，应用新型陶瓷复合粉末，采用热喷涂技术特别是等离子喷涂技术，在金属基体上制备陶瓷涂层，能把陶瓷材料的特点和金属材料的特点有机地结合起来，获得复合材料结构及制品，正成为当代复合材料及制品高科技领域的一个重要分枝。1958年，世界上第一台等离子喷涂设备在美国问世，为喷涂高熔点陶瓷涂层提供了理想的高温热源，迅即在航空发动机、火箭等尖端科技领域获得了成功的应用。80年代以来，它又迅速向传统民用工业部门扩展，其应用领域遍及能源、交通、冶金、轻纺、石化等工业部门，成效卓著。据报道，美国在90年代，陶瓷涂层的应用年增长率在12%以上。这表明，在先进国家，陶瓷涂层高科技技术将成为新世纪的一个新兴产业。 2 特 点