如何改善陶瓷涂層組織力學(xué)性能
稀土能強(qiáng)化金屬陶瓷涂層組織晶界，減小微觀粒子平均承受的摩擦力，減小涂層的摩擦系數(shù)，改善涂層組織力學(xué)性能。Z Y Zhang等在等離子噴涂鎳基金屬陶瓷涂層中添加La2O3，發(fā)現(xiàn)稀土可以明顯地減小涂層的摩擦系數(shù)，并使它的波動(dòng)范圍減小。摻雜稀土的涂層微觀結(jié)構(gòu)更加密集，緊湊，孔洞減少，減小了微觀粒子平均承受的摩擦力，使摩擦磨損減小；摻雜稀土還會(huì)增大金屬陶瓷的晶面距離，導(dǎo)致相互作用的兩晶面作用力變化而降低摩擦系數(shù)。趙高敏等研究發(fā)現(xiàn)在激光熔覆鐵基合金涂層中加入La2O3能有效減少涂層的摩擦磨損，不含稀土的熔覆層磨損表面呈現(xiàn)嚴(yán)重的粘著和脆性斷裂剝落跡象，而含稀土的涂層磨損表面粘著跡象較微弱，未見(jiàn)大面積脆性剝落跡象。稀土可以促進(jìn)Cr的碳化物和硼化物硬質(zhì)相析出，提高涂層的硬度，降低犁削和粘著作用；稀土大多存在于晶界，晶界得到強(qiáng)化，晶界附近位錯(cuò)的移動(dòng)性較強(qiáng)，晶粒之間的滑移傳遞較容易，有利于促進(jìn)摩擦過(guò)程中表面微裂紋頂部的應(yīng)力松弛，增加裂紋擴(kuò)展的阻力，減輕磨損。宣天鵬等發(fā)現(xiàn)在真空熔結(jié)Ni基合金涂層中加入稀土Y后，大尺寸的稀土原子周圍形成了包含很多原子的極化球，原子間的結(jié)合力與應(yīng)力場(chǎng)加大，而畸變區(qū)與位錯(cuò)的交互作用有利于提高滑移系啟動(dòng)所需的臨界應(yīng)力，造成裂紋擴(kuò)展抗力增大，避免涂層微觀斷裂和剝落。具有較強(qiáng)的活性和吸附能力的稀土原子偏聚在涂層與氧化膜的界面處，從而阻礙金屬離子的擴(kuò)散，降低氧化膜中的空位濃度，提高氧化膜的致密性，降低摩擦力和涂層的磨損體積損失�？锝ㄐ碌劝l(fā)現(xiàn)在激光熔覆鎳基TiC金屬陶瓷涂層中加入適量的稀土氧化物CeO2后，稀土氧化物大多存在于晶界，晶界得到強(qiáng)化，晶界附近位錯(cuò)的移動(dòng)性較強(qiáng)，晶粒之間的滑移傳遞較容易，這有利于促進(jìn)摩擦過(guò)程中表面微裂紋頂部的應(yīng)力松弛，增加裂紋擴(kuò)展的阻力，從而減輕磨損。
圖（1）噴涂陶瓷涂層前需要噴砂處理，保障陶瓷涂層與基材的結(jié)合力
稀土元素本身具有良好的潤(rùn)滑功能，并促進(jìn)表面氧化膜的形成，改善潤(rùn)滑條件，使摩擦磨損減小。La2O3和CeO2具有六方層狀結(jié)構(gòu)而具有良好的潤(rùn)滑功能，并能在高溫條件下保持穩(wěn)定的化學(xué)性能，因而可以降低金屬陶瓷涂層的摩擦系數(shù)。宣天鵬等指出，稀土金屬Y與潤(rùn)滑介質(zhì)中的H和O有較大的親和力，有利于促進(jìn)潤(rùn)滑油在涂層表面的吸附，改善潤(rùn)滑條件，降低摩擦系數(shù)，提高耐磨性。戴振東等在離子噴涂鎳-碳化鈦金屬陶瓷涂層中加入1%的稀土硅鐵粉末，發(fā)現(xiàn)添加稀土可提高摩擦化學(xué)反應(yīng)生成的氧化膜的熱穩(wěn)定性，還使噴涂層的粘結(jié)性得到改善。含稀土的涂層試樣表面的氧化膜比不含稀土的涂層試樣的厚，有利于在摩擦副之間保持一層連續(xù)的潤(rùn)滑性氧化膜，起到減摩抗磨作用。徐進(jìn)[20]等研究發(fā)現(xiàn)，稀土CeO2能促進(jìn)摩擦過(guò)程中表面氧化物反應(yīng)膜的形成，減輕摩擦副間的粘著，降低了磨損。稀土元素在氧化膜與基體的界面的偏聚、凝聚，減少界面的孔隙，提高摩擦表面氧化膜的粘著力，減少了剝落的可能。稀土還阻礙氧化過(guò)程的繼續(xù)進(jìn)行，減慢了氧化過(guò)程，使涂層表面保持穩(wěn)定的、連續(xù)的氧化膜，降低了摩擦力，表層磨損量也大大減少。
圖（2）選好基材、陶瓷涂層材質(zhì)、涂層厚度等可以提高
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