镁表面等离子喷涂纳米Al2O3+TiO2技术

在AZ91D镁合金工件表面等离子喷涂97% Al2O3+3%TiO2纳米陶瓷层，陶瓷粒度150nm和120nm,涂层厚度50μm～100μm，采用PQ77A型喷枪喷涂，热效率ηQ约65%。喷涂前试样表面预热至100℃，喷涂距离60mm～80mm，等离子火焰流轴线与工件表面呈45°～60°角，送粉气N2流量0.5m3/h，送粉率1kg/h～1.5 kg/h。涂好后进行硬度测试、对涂层面作SEM（扫描电镜）和XRD（X射线衍射）分析、涂层和基体结合强度及抗蚀性试验等。

显微组织分析

纳米陶瓷粉粒分布相当均匀，但仍有团聚粒子。粉末的97%由α-Al2O3和3%的类金红石型TiO2组成。涂层呈粒片状的积层,由于高温粒子和已凝固颗粒的粘附，使涂层由许多微粒组成，表面相当粗糙。

由于AZ91D合金基体的熔点较低，受到高温等离子陶瓷粒子冲击时，部分基体表面会熔化。由XRD和SEM分析可见，涂层中有柱状结构γ-Al2O3和等轴纳米α-Al2O3粒子。由于γ-Al2O3在形成过程中沿热流方向生长，而在等离子热喷涂时，尚未熔化的α-Al2O3粒子是在等离子喷涂过程中的冷却造成的。这种结构对喷涂的纳米层力学性能的提高有利，XRD谱中没有TiO2，因为热喷涂时，氧化铝与氧化钛接触面积大而完全固溶了，由于它们的互相固溶而使柱状的层间结合力增强,有利于涂层强度提离。

研究发现XRD谱中存在着少量的MgO,这是在热喷涂时，镁合金表面受到高温陶瓷粒子的冲击发生界面反应形成的。MgO的形成有效地抑制了Al2O3晶粒长大，细化的Al2O3对涂层强度提高有利，同时还可以加强陶瓷子和镁合金基体间的润滑性，调节界面内应力的分布。

涂层性能

硬度。在AZ91D合金等离子喷涂97% Al2O3+3%TiO2纳米陶瓷后，陶瓷层的硬度为HV950～HV 980，比常规陶瓷层的HV750～HV800高一些。因为喷涂层中存在着大量的等轴的纳米α-Al2O3。

结合强度。按ASTM C633测得涂层的结合强度为19MPa～22.5MPa，而常规同类粉等离子喷涂陶瓷涂层的只有16MPa，前者结合强度比后者的高18.75%～40.63%。

涂层的抗蚀性。科学工作者按GB6458-1986标准，把表面等离子喷涂了纳米陶瓷涂层，并进行了封闭处理的试样作了72h的中性盐雾试验，表面完好，无锈斑。