Forskning Status for Termisk Sprøyting Slitasjebestandig Belegg Teknologi

1. Nåværende Forskning Status for Metallbelegg

Termisk sprøytemetallbelegg er blant de tidligste studerte og anvendte slitasjebestandige belegg. Vanlig brukte materialer inkluderer metaller (Mo, Ni), karbonstål, lavlegerte stål, rustfritt stål og Ni-Cr legeringsseriebelegg. Teknikker som flamme sprøyting, lysbuesprøyting, plasma sprøyting, HVOF (høyhastighets oksygenbrennstoff) og detonasjonssprøyting benyttes generelt. Disse beleggene viser høy bindingstyrke med substratet, sammen med utmerket slitasje- og korrosjonsmotstand, noe som gjør dem egnet for reparasjon av slitte deler og bearbeiding av overdimensjonerte komponenter.

Når man bruker plasma sprøyting teknologi med aluminium-baserte legeringer for å belegge stempelringer, synkroniseringsringer og sylindere, viser belegget god slitasjemotstand, høy bindingstyrke og utmerkede anti-klebende slitasjeegenskaper. Under smurte forhold viser de også god anti-fastkjøring og anti-skraping ytelse. Høykarbons ståltråder og rustfritt stål (Cr13 type, 18-8 type, osv.) legeringstråder brukes vanligvis som slitasje- og korrosjonsbestandige sprøytematerialer. Disse materialene er preget av høy styrke, god slitasjemotstand, bred tilgjengelighet og lav kostnad. NiCr-belegg tilbyr god varmebestandighet, korrosjonsbestandighet og erosjons slitasjemotstand, noe som gjør dem egnet som beskyttende belegg for superheaters og reheater rør i kraftverkskjeler. Flamme- og plasma sprøytemetoder kan brukes til å forberede NiCr metall slitasjemotstandsbelegg med forskjellige mikrostrukturer, selv om disse beleggene har en tendens til å ha høyere porøsitet og oksidinnhold.

2. Nåværende forskningsstatus for keramiske belegg

Termisk sprøytede keramiske pulver inkluderer oksider, karbider, borider, nitrider og silisider, som er krystallinske eller amorfe forbindelser sammensatt av metalliske og ikke-metalliske elementer. Keramiske belegg er kjent for sine høye smeltepunkter, høy hardhet og utmerket slitasjemotstand, korrosjonsmotstand og høytemperaturstabilitet. Imidlertid er prosessen med å sprøyte keramiske belegg kompleks og kostbar, og beleggene er utsatt for overflatesprekker og har dårligere termisk utmattingsmotstand sammenlignet med metallbelegg. I tillegg har keramiske belegg dårlig seighet og er uegnet for applikasjoner som involverer betydelige støtbelastninger. Vanlig brukte keramiske belegg inkluderer Al2O3, TiO2, Cr2O3, ZrO2, WC, TiC, Cr3C2 og TiB2, som vanligvis tilberedes ved hjelp av plasmasprøyting, flamme sprøyting, HVOF og detonasjonssprøytingsteknikker.

Ren Jingri et al. studerte glidende friksjon og slitasjeegenskaper til plasma-sprøytede Al2O3-40%TiO2 og Cr2O3 keramiske pulverbelegg. De fant at Cr2O3-belegg viser høyere slitasjemotstand enn Al2O3-40%TiO2-belegg. Slitasjemechanismen til Cr2O3-belegg er primært abrasiv slitasje, med sprø bruddkarakteristikker under høyere belastninger. I kontrast er slitasjemechanismen til Al2O3-40%TiO2-belegg hovedsakelig plastisk deformasjon og delaminering. Chen Chuanzhong et al. studerte Al2O3-TiO2-NiCrAlY komposittkeramiske belegg, og bemerket at smelting av TiO2 og Al2O3 danner en viss grad av gjensidig løselighet, noe som reduserer porøsiteten til belegget og ytterligere forbedrer styrken, seigheten og slitasjemotstanden.

Andre studier har undersøkt glidende friksjon og slitasjeegenskaper til plasma-sprøytede multilags metall- og keramiske belegg. Sprøyteprosessen innebærer først å påføre et NiCr-bindelag på substratet, etterfulgt av overgangslag med varierende proporsjoner av NiCr-Cr2O3, og til slutt et 100% Cr2O3 overflatelag. Det ble funnet at et passende forhold mellom metall og keramikk i overgangslaget kan forbedre slitasjemotstanden til belegget. De viktigste slitasjemechanismene inkluderer sprø brudd, abrasiv slitasje, adhesjon og oksidativ slitasje.

3. Nåværende forskningsstatus for metall-keramiske belegg

Metaller og keramer har hver sine unike fordeler og distinkte ytelses svakheter. Å kombinere de fordelaktige egenskapene til begge materialene har vært en langvarig forskningsretning innen materialvitenskap og ingeniørfag. Metall-keramisk komposittbeleggsteknologi, som involverer jevn distribusjon av keramiske partikler med passende form og størrelse innen en plastmatrise, kombinerer med suksess styrken og seigheten til metaller med høytemperaturmotstand, slitasjemotstand og korrosjonsmotstand til keramer. Dette utvider betydelig bruksområdet for både metall- og keramiske materialer, med vellykkede anvendelser innen romfart, kjemisk industri, mekanisk industri og kraftindustri. De mest brukte metall-keramiske beleggene i industrien er Cr3C2-NiCr og WC-Co, som vanligvis fremstilles ved hjelp av HVOF, plasma og detonasjonssprøytingsteknikker.

Cr3C2-NiCr metall-keramiske belegg består av en refraktær kromkarbid hard fase og en duktil nikkel-krom legering fase. De viser høy høytemperaturhardhet, utmerket høytemperatur slitasjemotstand, korrosjonsmotstand, oksidasjonsmotstand, og høy bindingstyrke. Disse beleggene brukes mye i komponenter som opererer under høytemperatur (530–900°C) slitasje, korrosiv slitasje, og erosiv slitasje forhold, som ovnsruller i kontinuerlige glødelinjer, kjerne ruller i stålverkets kontinuerlige produksjonslinjer, og sylinder stempelringer og liner. TiB2-baserte metall-keramiske belegg, med sitt høye smeltepunkt, høy hardhet, gode elektriske og magnetiske egenskaper, og høy korrosjonsmotstand, er et potensielt alternativ til Cr3C2 for høytemperatur, slitasjemotstandsdyktige applikasjoner. De tilbyr høyere slitasjemotstand enn Al2O3, Cr3C2-NiCr, og WC-Co.

WC-baserte metall-keramiske belegg brukes vanligvis i abrasive og erosive slitasjeforhold under 450°C. Xu Xiangyang et al. studerte fretting-slitasjemechanismen til plasma-sprøytede WC/18Co-belegg. Resultatene viste at den innledende fasen av fretting-slitasje domineres av adhesiv slitasje, med beleggets høye hardhet og sterke anti-adhesjonsegenskaper som resulterer i minimal slitasje. I den stabile fasen blir tretthetsdelaminering og sprø sprekker avskalling de viktigste slitasjemechanismene, med beleggets sprøhet og lave inter-partikkel binding styrke som fører til økt slitasje. Oksidinndragninger i beleggene er den primære årsaken til utilstrekkelig fretting-slitasjemotstand.

4. Nåværende forskningsstatus for amorfe belegg

Amorfe materialer er preget av langdistanse uorden og kortdistanse orden.

Xiang Xinghua et al. brukte plasma spraying for å forberede Fe-baserte amorfe legeringsbelegg (som inneholder Si, B, Cr, Ni, osv.). Beleggene viste en jevn mikrostruktur, høy tetthet, lav porøsitet, minimal oksidinnhold, og høy hardhet, med mikrohardhet som varierte fra 530 til 790 HV0.1. Beleggene viste også god binding med substratet.

Andre studier har undersøkt mikrostrukturen og slitasjemotstanden til detonasjonssprayede Fe-Cr-B legeringsbelegg. Resultatene indikerte at beleggene har utmerket slitasje- og korrosjonsmotstand. Under glidende slitasje forbedret en dynamisk generert amorf overflatefilm betydelig slitasjemotstanden og reduserte friksjonskoeffisienten.

Oppsummert kan bruken av HVOF, plasma spraying, arc spraying og detonasjonsspraying for å påføre metall, keramikk, metall-keramikk og amorfe slitasjebestandige belegg effektivt forbedre slitasjemotstanden til substratmaterialer.