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在AZ91D鎂合金工件表面等離子噴涂97% Al2O3+3%TiO2納米陶瓷層，陶瓷粒度150nm和120nm,涂層厚度50μm～100μm，采用PQ77A型噴槍噴涂，熱效率ηQ約65%。噴涂前試樣表面預(yù)熱至100℃，噴涂距離60mm～80mm，等離子火焰流軸線與工件表面呈45°～60°角，送粉氣N2流量0.5m3/h，送粉率1kg/h～1.5 kg/h。涂好后進(jìn)行硬度測(cè)試、對(duì)涂層面作SEM（掃描電鏡）和XRD （X射線衍射）分析、涂層和基體結(jié)合強(qiáng)度及抗蝕性試驗(yàn)等。
顯微組織分析
納米陶瓷粉粒分布相當(dāng)均勻，但仍有團(tuán)聚粒子。粉末的97%由α-Al2O3和3%的類金紅石型TiO2組成。涂層呈粒片狀的積層,由于高溫粒子和已凝固顆粒的粘附，使涂層由許多微粒組成，表面相當(dāng)粗糙。
由于AZ91D合金基體的熔點(diǎn)較低，受到高溫等離子陶瓷粒子沖擊時(shí)，部分基體表面會(huì)熔化。由XRD和SEM分析可見，涂層中有柱狀結(jié)構(gòu)γ-Al2O3和等軸納米α-Al2O3粒子。由于γ-Al2O3在形成過程中沿?zé)崃鞣较蛏L，而在等離子熱噴涂時(shí)，尚未熔化的α-Al2O3粒子是在等離子噴涂過程中的冷卻造成的。這種結(jié)構(gòu)對(duì)噴涂的納米層力學(xué)性能的提高有利，XRD譜中沒有TiO2，因?yàn)闊釃娡繒r(shí)，氧化鋁與氧化鈦接觸面積大而完全固溶了，由于它們的互相固溶而使柱狀的層間結(jié)合力增強(qiáng),有利于涂層強(qiáng)度提離。
研究發(fā)現(xiàn)XRD譜中存在著少量的MgO,這是在熱噴涂時(shí)，鎂合金表面受到高溫陶瓷粒子的沖擊發(fā)生界面反應(yīng)形成的。MgO的形成有效地抑制了Al2O3晶粒長大，細(xì)化的Al2O3對(duì)涂層強(qiáng)度提高有利，同時(shí)還可以加強(qiáng)陶瓷子和鎂合金基體間的潤滑性，調(diào)節(jié)界面內(nèi)應(yīng)力的分布。
涂層性能
硬度。在AZ91D合金等離子噴涂97% Al2O3+3%TiO2納米陶瓷后，陶瓷層的硬度為HV950～HV 980，比常規(guī)陶瓷層的HV750～HV800高一些。因?yàn)閲娡繉又写嬖谥罅康牡容S的納米α-Al2O3。
結(jié)合強(qiáng)度。按ASTM C633測(cè)得涂層的結(jié)合強(qiáng)度為19MPa～22.5MPa，而常規(guī)同類粉等離子噴涂陶瓷涂層的只有16MPa，前者結(jié)合強(qiáng)度比后者的高18.75%～40.63%。
涂層的抗蝕性。科學(xué)工作者按GB6458-1986標(biāo)準(zhǔn)，把表面等離子噴涂了納米陶瓷涂層，并進(jìn)行了封閉處理的試樣作了72h的中性鹽霧試驗(yàn)，表面完好，無銹斑。