AZ91D镁合金表面热喷涂陶瓷涂层研究

工艺与工艺装备

ＡＺ９１Ｄ镁合金表面热喷涂陶瓷涂层研究＋

口叶宏孙智富张津詹捷

摘要介绍在ＡＺ９１Ｄ镁合金表面热喷涂Ａｌ：０，＋Ｔｉ０：陶瓷涂层的组织、性能。该涂层和基体结合良好，涂层硬度可达８００ＨＶ以上，并有良好的耐短期热冲击能力。

关键词：镁合金热喷涂陶瓷

中图分类号：ＴＨｌ４文献标识码：Ａ文章编号：１６７ｌ＿３１３３（２００４）１１啪１珈２

Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｒｍａｌｓｐｒａｙｃｏａｔｉｎｇｃｅｒａｍｉｃｓｏｎｓｕｒｆａｃｅｏｆｍａｇｎｅｓｉ哪ａｌｌｏｙ

口ＹｅＨｏｎｇ，ＳｕｎＺｈｉｆｈ，ＺｈａｎｇＪｉｎｇ，ＺｈａｎＪｉｅ

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Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔ８ｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｃｅｍｍｉｃｃｏａｔｉｎｇｌａｙｅｒｃｏｍｂｉｎｅｓ埘ｔｈｔｈｅｂａｓｅｖｅｒｙｗｅｌｌ．Ｔｈｅｈａｒｄｎｅｓ８ｏｆｔｈｅｃｏａｔｉｎｇｌａｙｅｒ８ｔｔａｉｎｓｍｏｒｅ

ｔｈａｎ８００ＨＶａｎｄｈａｓａｇｏｏｄｓｈｏｒｔ－ｔｅｎｎｈｏｔ—ｉｍｐａｃｔｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｍ赡ｎｅｓｉ岫ａｎｏｙＴｈｅ瑚ａｌｓｐｒａｙｃ∞廿ｎｇＣｅ删【ｎｉ嚣

研究采用火焰喷涂工艺方法，在ＡＺ９１Ｄ镁合金表面喷涂Ａ１２０３＋Ｔｉ０２、ｃｒ２０３及ｚｒ０２等金属陶瓷材料，使Ａｚ９１Ｄ镁合金表面获得高硬度、耐磨及耐热涂层。

一、热喷涂陶瓷涂层的设计

涂层设计时首先应选择合理的喷涂材料，同时考虑喷涂粒子与基体材料的物理相溶性和化学相溶性。物理相溶性包括比重、熔点、表面张力、热胀系数等参数，而化学相溶性包括相互能否发生化学反应及化学亲合能力等。在亚声速热喷涂涂层设计时还应注意喷涂粒子的可变形性、结晶速度的快慢及相变特点，及熔化粒子在喷射过程中与环境介质作用引起的材料表面成分和状态的变化等。以Ａｚ９１Ｄ镁合金制汽车、摩托车变速箱壳体，局部喷涂耐磨层的设计为例，整体喷铝防腐处理后，在壳体上因有转动轴和活动杆等开孔部位，经常受到滑动摩擦，一般的涂层无法满足要求，为此在滑动开孔部位喷涂耐磨金属陶瓷涂层，喷涂材料选用Ａ１２０３（９２—９６％）＋Ｔｉ０２（３～５％）。依据是Ａｌ：０，＋ＴｉＯ：陶瓷涂层具有较高强度和耐磨性，并且ＡＩ：０，和Ａｚ９１Ｄ表面喷铝防护层有较好的物理、化学相溶性和结合强度。该涂层在配合件的接触运转中，具有良好的耐磨损性能，这种涂层还能和配合件自动形成所需要的间隙，提供最佳的密封状态。

二、涂层形成原理

按比例配制的喷涂材料，经过喷枪被加热、加速，形成粒子流射到基体上，由于喷射的粒子在基体表面

＋重庆市教委科学技术研究项目（０４０６１０）

现代翻造Ｉ程２００４ｌｎ）上，不断发生碰撞、变形、凝固和堆积，从而形成涂层。其中喷涂材料被加热熔化后，在惰性和压缩气体气流中被雾化，喷涂材料被雾化的难易可以用ｗｅｂ准数表示，即被熔化质量在气流中的运动惯性力与其表面张力之比。

睨＝｜Ｄ。ｄ（Ｋ—Ｋ）／盯………………………（１）式中，眵为ｗｅｂ准数；以为气体密度，ｋｇ／ｍ３；ｄ为熔化液滴直径，ｍ；匕为气体流速，ｍ／ｓ；Ｋ为液滴速度Ｉｒ∥ｓ；盯为熔化液体表面张力，Ｊ／ｍ２。

雾化粒子冷却到凝固点的时间ｒ为：

丁：ｄ．盟１ｎ．争之…………………．．（２）盯ｄ』ｍ一』

式中，ｄ为液滴直径；ｃ为粒子热容量；ｙ。为液滴粒子密度；盯为表面张力；ａ为放热系数；五为雾化粒子的温度；Ｌ为喷涂粒子的熔点。喷雾粒子结晶潜热放出时间ｆ’为：

丁，：妻……………………………．（３）丁２≯……………………………‘Ｌｊ’

式中，￡为喷涂材料的熔化热；ｑ为比热流，Ｗ／ｍ２；Ｆ为粒子表面积。

丁＋ｒ７决定了喷涂液滴粒子从冷却到凝固的时间，这一时间很短，粒子放出的热量对基体的热影响范围不大，热影响区深度一般不超过几十微米，因此喷涂过程中的物理化学作用，只在近表面层进行。由于陶瓷粒子的温度较高，而Ａｚ９１Ｄ镁合金熔点较低，所以，陶瓷粒子会熔化周围基体表面的镁合金而形成较牢固的冶金熔合层。

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