超音速等离子喷涂ZrO2涂层的缺陷分析与力学性能

doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.08.042

金属热处理 ›› 2020, Vol. 45 ›› Issue (8): 216-221.DOI: 10.13251/j.issn.0254-6051.2020.08.042

超音速等离子喷涂ZrO₂涂层的缺陷分析与力学性能

崔静, 郭玉珠, 庞铭, 杨广峰

中国民航大学机场学院, 天津 300300

收稿日期:2020-01-24 出版日期:2020-08-25 发布日期:2020-09-07
作者简介:崔静(1982—),女,副教授,博士,主要研究方向为材料结构及等离子喷涂,E-mail: j_cui@cauc.edu.cn
基金资助:
中国民航大学蓝天青年学者培养经费项目

Defect analysis and mechanical properties of supersonic plasma sprayed ZrO₂ coating

Cui Jing, Guo Yuzhu, Pang Ming, Yang Guangfeng

Airport College, Civil Aviation University of China, Tianjin 300300, China

Received:2020-01-24 Online:2020-08-25 Published:2020-09-07

摘要/Abstract

摘要： 采用超音速等离子喷涂技术(SAPS)在Q235钢基体表面制备了ZrO₂涂层。利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)分别对ZrO₂涂层微观形貌、物相组成、元素分布进行了检测和分析,同时利用维氏硬度计对ZrO₂涂层硬度进行了测量,分别得出了涂层、涂层与基体连接处、基体的硬度值。结果表明:利用超音速等离子喷涂技术所制备的ZrO₂涂层表面存在大量颗粒凸起和孔洞。涂层截面存在形状为“马蹄形”、“弯月形”、“椭球形”以及“不规则多边形”的孔洞和横向裂纹缺陷,孔隙率为13%。在高温作用下,涂层中Zr元素发生扩散,由涂层顶部至底部Zr元素含量上升,且基体表面出现少量Zr元素。涂层材料在喷涂过程中发生相变,由单斜相转为四方相。涂层、涂层与基体连接处、基体显微硬度分别为740.51、205.79、189.33 HV0.2,涂层与基体连接处相比于基体材料表面的显微硬度提高。

关键词: 超音速等离子喷涂, ZrO₂, 微观结构, 显微硬度

Abstract: ZrO₂ coating was prepared on the surface of Q235 steel substrate by supersonic plasma spraying technology (SAPS). Microstructure, phase composition and element distribution of the ZrO₂ coating were detected and analyzed by scanning electron microscope (SEM), energy spectrometer (EDS) and X-ray diffractometer (XRD), respectively, and the hardness of the ZrO₂coating was measured by Vickers hardness tester, and the hardness of the coating, the coating-substrate junction and the substrate were obtained respectively. The results show that there are a large number of grain bulges and holes in the surface of the coating prepared by SAPS. The longitudinal section of the coating has transverse cracks and pores in the shape of horseshoe, meniscus, ellipsoid and irregular polygon, and the porosity is 13%. The Zr element diffuses in the coating at high temperature and the content of Zr increases from the top to the bottom of the coating, and a small amount of Zr element appears on the surface of the substrate. The coating material undergoes a phase change from a monoclinic phase to a tetragonal phase during the spraying process. The microhardness of the coating, the coating-substrate junction and the substrate is 740.51, 205.79 and 189.33 HV0.2, respectively, and the microhardness of the coating-substrate junction is increased compared with that of the substrate.

Key words: supersonic plasma spraying, ZrO₂, microstructure, microhardness

中图分类号:

TG174.4

崔静, 郭玉珠, 庞铭, 杨广峰. 超音速等离子喷涂ZrO₂涂层的缺陷分析与力学性能[J]. 金属热处理, 2020, 45(8): 216-221.

Cui Jing, Guo Yuzhu, Pang Ming, Yang Guangfeng. Defect analysis and mechanical properties of supersonic plasma sprayed ZrO₂ coating[J]. Heat Treatment of Metals, 2020, 45(8): 216-221.

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