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液相热喷涂的应用进展

时间:2017-08-03 15:24:17  来源:AG现金网热喷涂网整理  作者:tianzhongma

     最近两年液相热喷涂技术渐渐得到了科研工作者的认可,尤其是纳米/亚微米表面工程领域的科研人员不断地利用液相热喷涂技术实现了高效纳米涂层的制备,并且应用到许多新的研究领域。近几年国际上液相热喷涂主要应用在了以下几个领域中:

新型热障涂层

    杨晖等人利用氧氯化锆加少量氨水溶液搅拌后作为ZrO2的前躯体,制备了具有纳米结构的ZrO2热障涂层。等离子喷涂形成的涂层为单斜相与立方相的混合晶体结构,涂层由致密的熔化较好的颗粒和微裂纹组成,XRD结果表明涂层中的平均粒径为25nmHKassner等人研究了YSZ热障涂层的制备过程,使用了液相热喷涂方式进行喂料,制得的涂层具有片层结构,而且片层之间的尺寸是传统热喷涂的片层之间的1/300大小,而且涂层中产生了纵向裂纹。EHJordan等用液相等离子喷涂制备热障涂层,硬度约为450VHN,孔隙率为17%,热导率低到0.5W/(mK),且具有交错相界面和纵向裂纹,而这对热障涂层是很有用的。

生物陶瓷涂层

    用热喷涂技术制备的羟基磷灰石具有较好的生物相容性和骨传导性能,目前已经成为钛金属表面改性的一种重要工艺,近些年液相热喷涂技术的应用为纳米/亚微米级的羟基磷灰石涂层制备提供了有效的Ca(NO3)2和氨水为原料制备了羟基磷灰石块体,将块体低温球磨,制得1μm左右的超细粉体,加入40%的水和40%的酒精制成了悬浮液,采用注射式液相热喷涂的方法在钛表面制得了具有亚微米结构的羟基磷灰石涂层。LatkaL等人利用液相热喷涂的方法用水或酒精作为悬浮基质在钛金属表面上制备了羟基磷灰石涂层,并对涂层的性能在体液模拟条件下进行了微观组织和力学性能研究,涂层的结合强度为1012N,涂层的杨氏模量平均值在15.628.4GPa之间。

催化功能涂层

    TomaFL等将纳米二氧化钛颗粒制备成悬浮液,用液相热喷涂方法制备了纳米TiO2,该涂层具有光催化性能。进一步的研究表明,液相喷涂的组织和晶体结构对于TiO2涂层的光催化性能有很大的影响,疏松多孔和锐钛矿相含量多的涂层的光催化性能比较好。研究还发现液相热喷涂制备的TiO2涂层还具有较好的场电子发射性能。

固体燃料电池的电解质涂层

    固体燃料电池是一种新型的高效低污染的能源转换装置,通过YSZ为代表的具有离子导电性的氧化物电解质涂层的研究,可以降低固体燃料电池的使用温度和成本、提高使用寿命,应用液相热喷涂来制备电解质涂层已经成为一个有效的方法。

    RRampon等将氧化钇稳定氧化锆纳米颗粒悬浮于甲醇中,并用分散剂高度分散,经雾化后注入等离子焰流中,喷涂获得薄的致密电解质层,这有利于降低电池工作温度,提高其稳定性和使用寿命。J.ObersteBerghaus等人利用液相热喷涂的方法制备了Ce0.8Sm0.2O2-δNi-Ce0.8Sm0.2O2-δ的燃料电池电极涂层,研究表明该电解质材料在600900℃下表现出了优异的电学性能,可以降低燃料电池的工作温度。

制备介电涂层

    HaoSE等使用雾化式液相热喷涂的方法成功地制备出了镧掺杂的Ba(1x)SrxTiO3介电涂层。首先用溶胶凝胶法制备镧掺杂的Ba(1x)SrxTiO3的纳米粉体,然后用水和酒精的混合液作为悬浮介质,采用液相等离子热喷涂的方法在钢基体表面制备了介电涂层。结果表明x0.1时,该介电涂层的介电性能最好,介电常数可以达到20001000Hz条件下介电损失仅为0.02

耐磨耐腐蚀涂层 

    近年来对耐磨耐腐蚀的纳米热喷涂涂层的研究很多,液相热喷涂已经成为该领域的新热点。GDarut等人应用商业纳米粉体为原料,将其分散到酒精介质中,并使用超声振荡和磁力搅拌的方式制得液相喂料,采用液相热喷涂的方式分别制得了纳米氧化铝、纳米碳化硅和纳米氧化锆耐磨涂层,同时还制得了纳米氧化铝-氧化锆、纳米氧化铝-碳化硅复合涂层。摩擦试验结果表明,液相喂料中的纳米粒子尺寸越小制得的涂层摩擦因数越小,而且无论是纳米氧化锆还是纳米碳化硅与纳米氧化铝形成的复合涂层摩擦因数都比纯氧化铝涂层的要小。MErne等人将纳米氧化钛和氧化铬按照不同的比例加上少量的分散剂制成悬浮液,使用液相热喷涂的方法制成了纳米结构的氧化钛-氧化铬复合涂层,经过摩擦磨损试验,在室温下摩擦因数是0.60.7之间,而高温600℃下摩擦因数是在0.2左右,表现出较好的耐磨性能。

制备纳米粉体 

    等离子喷涂液相合成法利用工业上的等离子体喷涂系统在大气环境中生产纳米粉末,用简单的平行电极静电收集器可进行粉末的收集。研究表明利用等离子体的高温、高温度梯度的特性,可使钛酸丁酯发生裂解而制得纳米TiO2粉末。纳米颗粒的尺寸、形状和相组成取决于喷涂材料及工艺参数,有机金属溶液能生产出尺寸分布窄的纳米颗粒。XuDP等人研究了三价离子掺杂的二氧化钛粉体的制备和性能,以四叔丁氧基钛和六水硝酸镧为原料制成溶液,使用注入式喂料方式,成功制备出了粒径在2060nm的氧化钛复合粉体,该粉体的粒径分布较集中,而且团聚现象很少。

 

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