等离子喷涂工艺参数对ZrB2-SiC-ZrC涂层组织及结合强度的影响

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ZrB2-SiC-ZrC复合材料以其优异的抗氧化和耐烧蚀性能等被广泛应用于航空航天、军事等领域的超高温防护材料。为了提高ZrC复相陶瓷在超高温环境下的抗氧化、耐烧蚀性能,本文以Zr、B4C和Si粉为原料,采用等离子喷涂(PS)技术在ZrC复相陶瓷表面制备ZrB2-20vol%SiC-6.015vol%ZrC复合涂层。研究不同喷涂工艺参数对涂层物相、组织和性能的影响,寻找最佳喷涂工艺参数,获得优质的复合涂层。利用真空热压烧结法制备的ZrB2/20vol%SiC/6.015vol%ZrC喷涂复合粉末除了含有ZrB2、SiC和ZrC这三相之外,还含有少量的ZrO2和SiO2。烧结过程中,Zr首先与B4C反应生成ZrB2和游离的C原子;然后Zr再与游离的C原子反应生成ZrC;最后Si再与残余的B4C和生成的部分ZrC反应生成ZrB2和SiC,直到原料消耗殆尽。烧结后的试样经过破碎和筛分选取粒径为50μm120μm的颗粒作为喷涂粉末。改变喷涂电流、喷涂距离和送粉气流量都不会改变涂层中的物相,涂层中的物相与烧结试样中的物相保持高度一致,只是氧化物(ZrO2、SiO2)有少量增加。利用扫描电镜(SEM)对涂层组织结构的表面、截面和断面分析表明:在适当的范围内,增大喷涂电流,喷涂颗粒熔融更充分,涂层表面更平整,涂层致密度明显提高;喷涂距离对涂层质量也有影响,喷涂距离太小,喷涂颗粒的熔融程度降低,颗粒之间连接较疏松,孔隙率增加;喷涂距离太大,气体被卷入熔融液滴的几率增大,孔隙率也增加;过大或过小的送粉气流量也会降低喷涂颗粒的熔融程度,造成涂层的厚度不均匀和致密度下降。采用涂层粘接对耦拉伸法对复合涂层结合强度测试表明:在一定范围内,涂层的界面结合强度随喷涂电流增大而增大,随喷涂距离增大而减小,随送粉气流量增大而增大。在所研究的范围内,最佳的喷涂工艺参数是:喷涂电流600 A,喷涂距离80 mm,送粉气流量2.5 L/min。
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