由于电火花沉积技术具有操作便捷及实用性强等特点,在金属零件表面修复、强化、开发热障及非晶涂层等功能性涂层方面具有显著的经济价值。然而,由于电火花沉积涂层内部缺陷的存在严重制约了它的进一步发展,研究控制涂层缺陷的方法迫在眉睫。本文利用电火花沉积技术制备涂层,并对涂层形貌进行观察,分析了涂层缺陷的形成原因;通过大量实验,比较不同工艺下涂层缺陷情况,并基于数学统计方法进行了参数优化和显著性分析。本文的主要研究内容和结论如下:(1)利用电火花沉积技术制备了具有一定厚度的TA2涂层。通过观察涂层表面和截面形貌发现,涂层中主要存在微裂纹、孔隙和未熔合三种缺陷。裂纹在涂层表面呈网状分布,并且部分裂纹在扩展时可能形成二次裂纹;从截面观察,裂纹形态可分为横向和纵向两种,且裂纹只在涂层中出现;孔隙缺陷主要分布在涂层下部,且多数孔隙缺陷为气孔类缺陷,形状基本为规则的圆球形孔洞;而未熔合缺陷形状不规则,内部往往会伴随夹杂物的出现。(2)沉积层裂纹产生的主要原因是由于电火花沉积技术热影响区小、冷却速度快的特点导致应力容易在涂层内积累,当涂层局部区域的塑性不足以承受应力所引起的应变时,裂纹产生;气孔缺陷的形成,既受电火花沉积技术特性的影响,也与材料自身有关,当涂层从熔融状态冷却凝固时气体无法及时排出,就会在涂层内形成气孔;而未熔合缺陷的形成主要与电火花电极尖端放电的随机性有关。通过有限元分析技术对沉积过程中溶滴及沉积层的温度场分析发现,沉积薄层间隙底部的温度远小于TA2材料的熔点,且溶滴在冷却速度较快,解释了未熔合缺陷产生的原因,并与理论分析相互验证。(3)电火花沉积工艺和沉积环境对涂层的制备有显著影响。随着放电功率和氧含量的增加,涂层表面变得凹凸不平,出现微凸起颗粒;而直径较粗的电极更有利于溶滴的铺展,使涂层表面更为平整。质量转移系数主要受放电功率和电极直径的影响,而氧含量对其影响不明显。随着放电功率和电极直径的增加,质量转移系数先升高后降低,并在功率为1200 W、电极直径为Ф2.0 mm左右质量转移系数最高。(4)放电功率、电极直径及氧含量的变化对涂层缺陷有重要影响。裂纹缺陷会随着放电功率、电极直径和氧含量的升高而增多,这主要与涂层中的应力状态有关。放电功率和电极直径对气孔缺陷的影响与裂纹相似,而氧含量对气孔缺陷的影响并不显著。未熔合缺陷的变化规律则与放电功率和电极直径成反比,与氧含量成正比。(5)利用电火花沉积技术在TA2、304不锈钢、TC4基体上制备TA2涂层并进行对比研究。研究发现,三种基体表面涂层形貌没有明显区别,质量转移系数也差别较小;但是304基体表面沉积的涂层底部可以明显看到大量缺陷,这表明基体材料虽然对涂层的表面形貌和质量转移没有明显影响,但对涂层质量的影响却非常显著。