等离子喷涂金属涂层粒子间冶金结合增强与机制的研究

批准号:
51474171
项目类别:
面上项目
资助金额:
88.0 万元
负责人:
李长久
依托单位:
学科分类:
E0414.材料冶金加工
结题年份:
2018
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
徐雅欣、田佳佳、陈林、陈旭、张涛、李一、常燕妮
国基评审专家1V1指导 中标率高出同行96.8%
结合最新热点,提供专业选题建议
深度指导申报书撰写,确保创新可行
指导项目中标800+,快速提高中标率
微信扫码咨询
中文摘要
热喷涂金属涂层与陶瓷涂层同样具有层状结构特征,其层间有限的结合控制着涂层性能。与氧化物陶瓷涂层不同之处在于,大气氛中喷涂金属涂层时金属粒子表面可能出现氧化膜,使得界面形成金属冶金结合过程更加复杂。本项目基于等离子喷涂陶瓷粒子形成结合存在临界温度的最新研究进展与金属熔融粒子温度可大幅度调控的特点,提出了通过真空等离子喷涂实现在有氧化膜、氧化膜厚度可控的条件下沉积扁平粒子,采用FIB制样与HR-TEM研究金属粒子界面结构与结合形成规律的思路。研究阐明无氧化膜下沉积温度对金属粒子界面结合形成规律与机制、氧化膜厚度对粒子界面结合形成规律与结合性质的影响规律、高温熔滴碰撞引起同质材料表面微区熔化与分散基体表面氧化膜的规律与机制,揭示金属熔滴碰撞形成冶金结合机制。为理解至今尚未解决的大幅度提高等离子喷涂金属涂层粒子界面结合的难题、通过调控粒子界面冶金结合比率显著提高涂层性能提供新的方法。
英文摘要
It is well known that there exists only a limited bonding between splats in both thermal spray metal and oxide coatings, which dominates their coating properties and performance. The possible oxide film evolved on metal splat surface during deposition makes it more difficult to improve metal coating cohesion and even investigate lamellar interface bonding nature than ceramic coating. Thus, there is no any effective approach to enhance the bonding between lamellae in the as-sprayed metal coatings yet. Based on the lasted advances on the relationship between the splat critical bonding temperature and ceramic material properties and taking account of obtainable wide temperature range of molten metal droplets in plasma spraying, in the present project it is proposed to investigate the effect of deposition temperature on the inter-lamellae bonding to the oxide-free metal surface and oxide-covered surface but at different thicknesses using vacuum plasma spraying system. The splats will be deposited with the molten droplets at different temperatures on the substrate with the identical compositions to splat at different deposition temperature to simulate the intersplat bonding formation. The bonding nature will be examined by HR-TEM through FIB-sampled dedicate interface samples. The investigations are aimed at clarifying the effect of deposition temperature on the splat bonding formation to both oxide-free and oxidized substrate, effect of oxide film on the bonding formation, interface bonding nature and mechanisms involved. The study also focuses on the molten conditions to cause the substrate surface layer melting and disperse the oxide film on substrate surface on impact to form metallurgical bonding. Thereafter, the bond formation mechanisms will be clarified. The formation mechanism of a metallurgical bonding between impacting droplet and identical substrate will be ascertained to propose a new approach to significantly increase the lamellae bonding ratio in thermal spray metal coatings. Moreover, the relationships between lamellar bonding ratio and typical coating properties will be established to provide a guideline for increasing lamellar interface bonding ratio, the performance of plasma-sprayed metal coating and consequently provide an effective solution to the bonding enhancing problem for extending application fields of thermal spray metal coatings.
本项目的目标为以等离子喷涂金属涂层粒子界面结合调控规律及其机制为研究对象,在研究阐明无氧化条件下沉积温度对金属粒子界面结合形成规律与机制的基础上,研究氧化膜厚度对粒子界面结合形成规律与结合性质的影响、高温熔滴碰撞引起同质材料表面微区熔化与分散基体表面氧化膜的规律与机制,揭示金属熔滴碰撞形成冶金结合的条件与机制,为调控涂层粒子界面冶金结合比率提供依据。. 为此,采用NiCr合金粒子在氩气保护的低压等离子喷涂环境中沉积扁平粒子,阐明了基体温度对粒子界面结合形成、界面结构与性质的影响规律,发现即使沉积温度增加至550oC,粒子与基体结合率仍约为40%,即提高沉积温度并不能显著增加界面结合的特征。通过对基体预氧化控制,阐明了基体表面氧化膜厚度对界面结合的影响规律与影响机制,发现当表面氧化膜增厚而引起粗糙度显著增加时,将显著降低界面结合率,而高温液滴破碎氧化膜是形成冶金结合的条件。阐明了元素蒸发是控制传统Ni基合金颗粒在等离子焰流中加热温度的关键因素,而熔滴温度难以提升又是制约界面冶金结合难以增加的关键控制因素;首次提出了采用Mo包覆Ni基合金粒子核壳结构粉末设计大幅度提高熔滴温度的方法,系统研究基于粉末设计可粒子温度提升至接近其沸点的高温,获得了熔滴碰撞自冶金连接效应,从而使界面结合从传统的约40%提升至80%以上,由此,提出了基于高温熔滴创制自冶金连接效应显著提升粒子界面冶金结合、从而通过等离子喷涂制备以冲蚀行为为代表的力学行为与块体材料相当的涂层制备方法,进一步发展了结合冷喷涂喷丸致密化方法实现完全消除NiCrMo涂层贯通孔隙,从而获得完全耐腐蚀性能的涂层制备方法。. 研究结果不仅为理解界面冶金结合的形成规律与机制提供依据,也为解决至今未解决的大幅度提高金属涂层粒子界面结合的难题、从而显著提高涂层性能提供了新方法。基于研究成果,已发表论文14篇,其中期刊论文7篇,国际会议论文7篇;申报发明专利3件,其中获授权2件。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Mechanical performance of plasma-sprayed bulk-like NiCrMo coating with a novel shell-core-structured NiCr-Mo particle
新型壳核结构 NiCr-Mo 颗粒等离子喷涂块状 NiCrMo 涂层的机械性能
DOI:10.1016/j.surfcoat.2018.08.082
发表时间:2018-11
期刊:Surface & Coatings Technology
影响因子:5.4
作者:Jia-Jia Tian;Xiao-Tao Luo;Jun Wang;Chang-Jiu Li
通讯作者:Chang-Jiu Li
An effective approach for creating metallurgical self-bonding in plasma-spraying of NiCr-Mo coating by designing shell-core-structured powders
通过设计壳核结构粉末在等离子喷涂NiCr-Mo涂层中产生冶金自结合的有效方法
DOI:10.1016/j.actamat.2016.03.020
发表时间:2016-05-15
期刊:ACTA MATERIALIA
影响因子:9.4
作者:Tian, Jia-Jia;Yao, Shu-Wei;Li, Chang-Jiu
通讯作者:Li, Chang-Jiu
Effect of Post-spray Shot Peening Treatment on the Corrosion Behavior of NiCr-Mo Coating by Plasma Spraying of the Shell-Core-Structured Powders
喷后喷丸处理对壳核结构粉末等离子喷涂NiCr-Mo涂层腐蚀行为的影响
DOI:10.1007/s11666-017-0659-x
发表时间:2018-01-01
期刊:JOURNAL OF THERMAL SPRAY TECHNOLOGY
影响因子:3.1
作者:Tian, Jia-Jia;Wei, Ying-Kang;Li, Chang-Jiu
通讯作者:Li, Chang-Jiu
DOI:10.1007/s11666-017-0664-0
发表时间:2017
期刊:Journal of Thermal Spray Technology
影响因子:3.1
作者:Jun Wang;Chang-Jiu Li
通讯作者:Chang-Jiu Li
Effect of Oxidation on the Bonding Formation of Plasma-Sprayed Stainless Steel Splats onto Stainless Steel Substrate
氧化对等离子喷涂不锈钢板与不锈钢基材结合形成的影响
DOI:10.1007/s11666-016-0488-3
发表时间:2017-01-01
期刊:JOURNAL OF THERMAL SPRAY TECHNOLOGY
影响因子:3.1
作者:Wang, Jun;Li, Chang-Jiu;Li, Cheng-Xin
通讯作者:Li, Cheng-Xin
基于高温熔滴的自表面氧化清洁效应的等离子喷涂金属涂层制备新机制研究
- 批准号:52031010
- 项目类别:重点项目
- 资助金额:300万元
- 批准年份:2020
- 负责人:李长久
- 依托单位:
液氧煤油发动机富氧燃气系统高温合金材料金属陶瓷涂层制备及防护机理
- 批准号:U1837201
- 项目类别:联合基金项目
- 资助金额:232.0万元
- 批准年份:2018
- 负责人:李长久
- 依托单位:
等离子喷涂陶瓷中粒子/基体的晶体结构遗传现象及其机制
- 批准号:51171144
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:68.0万元
- 批准年份:2011
- 负责人:李长久
- 依托单位:
等离子喷涂YSZ涂层中柱状晶跨扁平粒子界面连续生长规律的研究
- 批准号:50671080
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:10.0万元
- 批准年份:2006
- 负责人:李长久
- 依托单位:
以纳米金属陶瓷为基体对耐磨超硬金属陶瓷涂层强韧化的机制研究
- 批准号:50571080
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:24.0万元
- 批准年份:2005
- 负责人:李长久
- 依托单位:
粒子参量对纳米结构金属涂层冷喷沉积特性影响的研究
- 批准号:50171052
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:20.0万元
- 批准年份:2001
- 负责人:李长久
- 依托单位:
液料热喷纳米结构氧化物陶瓷涂层形成机制的研究
- 批准号:50071044
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:20.0万元
- 批准年份:2000
- 负责人:李长久
- 依托单位:
半熔粒子状态对超音速火焰喷涂层结合强度的影响
- 批准号:59671061
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:13.0万元
- 批准年份:1996
- 负责人:李长久
- 依托单位:
等离子喷涂中高速熔滴碰撞基体后的行为的研究
- 批准号:59401013
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:7.5万元
- 批准年份:1994
- 负责人:李长久
- 依托单位:
国内基金
海外基金
