星空体育app平台官网：哈尔滨工业大学郑永挺团队：应用于等离子喷涂耐磨陶瓷涂层的一种新式纳米共晶结构Al2O3-ZrO2粉体质料

发布时间：2026-01-26 01:41:28 来源：星空体育app平台官网

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雾化技能制备的纳米结构热喷涂质料粉，并使用等离子喷涂构筑了具有纳米共晶结构的复合涂层，研讨了涂层微观结构、力学功用与耐磨损功用。该涂层具有双峰微观结构，其间部分熔化区域出现均匀相距离

在航空航天、军事、工业制作等要害范畴，陶瓷涂层在磨损、热和腐蚀防护方面的重要性日益凸显。热喷涂纳米结构陶瓷涂层因其成分均匀、结构精密且溅片间结合强度高级优势，在力学和耐磨损功用等方面明显优于传统微米结构涂层。纳米结构涂层的微观结构特征本质上由质料粉体决议。但是，长期以来，此类涂层的构筑严峻依赖于再造粒技能制备的微米尺度粉体，即纳米颗粒经制浆-喷雾干燥取得的聚会态粉体。再造粒粉体常面对疏松多孔、纳米颗粒间结合较弱以及有粘结剂残留等问题，常常要额定的细密化处理，这

焚烧组成-空气雾化技能经过Al-O2间的氧化复原反响（焚烧反响）为体系供能，使质料被加热至超越3500K的高温以构成均匀的熔体，然后在空气中产生雾化和快速冷却（冷却速度超越103 K/s）以取得产品。该技能无需外部热源，所得的粉体球形度高且结构精密，具有工艺简略、高效、环保等明显长处，是一种有望打破传统再造粒技能局限性的新式陶瓷质料粉制备工艺。使用该技能制备的Al2O3-ZrO2粉体的粒径首要散布在10-100 μm，粉体内部构成共同的自生的纳米共晶结构，可作为一种有潜力的等离子喷涂纳米结构涂层的质料。

(1)经过焚烧组成-空气雾化技能制备了具有纳米共晶结构的Al2O3-ZrO2复合粉体，然后将其作为等离子喷涂的质料，构筑了一种新式纳米结构陶瓷复合涂层。

(2)Al2O3-ZrO2复合涂层具有双峰微观结构，部分熔化区域内出现纳米尺度的纤维/片层状共晶结构。

(3)根据混合Weibull模型剖析了涂层硬度的双峰散布行为，并结合压痕测验和微观表征比照研讨了两类特征区域的裂纹扩展形式差异，然后提醒了部分熔化区域对涂层力学功用的增益机制。

(4)探究了纳米共晶结构涂层的干滑动摩擦磨损行为，提醒了不同载荷下磨损机制的差异。

(5)经过调控喷涂功率完成了力学和耐磨功用的优化，涂层的显微硬度和耐性别离到达1008.39 ±0.2和4.22 ± 0.58 MPa·m1/2，在6 N、500 rpm的磨损条件下的磨损率下降至5 × 10-5mm3·N-1·m-1。

本研讨经过焚烧组成-空气雾化（CS-AA）技能组成了Al2O3-47.6 wt%ZrO2微粉，然后作为大气等离子喷涂（APS）的质料以构筑陶瓷复合涂层。

气雾化粉体是高温熔体经快速冷却（冷却速率超越103K/s）所取得，然后具有十分杰出的球体外形，内部为自生的纳米共晶结构。

APS Al2O3-ZrO2复合涂层的结构和成分散布均匀，具有典型的双峰微观结构（Bimodal Microstructure）：由彻底熔化区域（FM）和部分熔化（PM）区域组成。与结构单一的FM区域不同，PM区域内部表现为均匀尺度65 nm的纤维/片层状共晶相组成的胞状共晶团簇结构。

APS涂层中的FM区域首要为非晶相构成的均一结构，而PM区域则为精密的共晶结构，在两者界面处存在着因为喷涂熔滴部分结晶所构成的过渡区域，其典型特征为两持平轴晶粒共存，或为球形ZrO2晶粒嵌在非晶相中。

图6不同喷涂功率的APS涂层的显微硬度及根据混合Weibull模型剖析的硬度双峰散布行为。

复合涂层的显微硬度具有双峰散布特征，因为更低含量的非晶、γ-Al2O3及结构缺点，PM区域显示出相对更高的硬度。

结合压痕测验与微观结构表征，提醒裂纹在不同区域内扩展的差异化行为。PM区域内，裂纹频频偏转，而且精密的共晶晶粒经过诱发晶粒拔出和桥联机制，逐步增强了裂纹扩展过程中的能量耗散。以上成果证明APS Al2O3-ZrO2涂层中的PM区域对涂层的硬度和耐性具有极端重大贡献。

Al2O3-ZrO2复合涂层在干滑动摩擦条件下的磨损机制表现为黏着磨损、塑性变形、溅片间脆性开裂和疲惫开裂等行为组成的混合形式。随磨损载荷进步，疲惫裂纹延伸导致的溅片内开裂渐渐的变成为主导的资料失效机制。经过调控喷涂功率以平衡涂层中的缺点含量（及溅片间结合强度）与PM区域占比之间的取舍联络，在要害喷涂参数CPSP 713（关于功率57 kW）的条件下制备的涂层完成磨损功用的优化，其在6 N、500 rpm条件下的磨损率下降至5 × 10-5mm3·N-1·m-1。

郑永挺（通讯作者），哈尔滨工业大学航天学院复合资料与结构研讨所教授，博士生导师。首要是做焚烧组成、结构陶瓷、纳米复合陶瓷、相变与反响动力学及特种陶瓷粉末组成等范畴的教育、科研、产业化推行等方面作业。掌管国家863、自然科学基金等项目十余项，参加国家863、预研项目等三项。至今已于国内外期刊宣布论文100余篇，编撰专著2部，取得国家发明专利29项及世界专利1项。担任多部世界期刊编委，并担任我国机械工程学会（工程陶瓷专业委员会）、我国硅酸盐学会（特种陶瓷分会）等组织的理事。

袁雨晨（榜首作者），哈尔滨工业大学航天学院博士研讨生，首要研讨方向为陶瓷粉体组成、纳米结构陶瓷与陶瓷涂层的制备与功用研讨。

《先进陶瓷（英文）》于2012年创刊，清华大学主办，清华大学出书社出书，清华大学新式陶瓷资料全国重点实验室供给学术支撑，创刊主编为我国工程院院士、清华大学李龙土教授，主编为清华大学林元华教授、郑州大学周延春教授和广东工业大学林华泰教授。该刊首要宣布先进陶瓷范畴的高质量原创性研讨和总述类学术论文，触及先进陶瓷的制备、结构表征、功用点评的各个细节，特别偏重新资料研制和先进陶瓷根底科学研讨等重要方面，致力于在世界先进陶瓷范畴建立学术交流渠道，引领和促进先进陶瓷学科的开展。已被SCIE、Ei Compendex、Scopus、DOAJ、CSCD等数据库录入。现为月刊，2024年发文量为174篇；2025年6月发布的影响因子为16.6，接连5年位列Web of Science中心合集“资料科学，陶瓷”学科33种同类期刊第1名；2024年11月当选“我国科技期刊杰出行动计划二期”英文领军期刊项目；2025年当选我国科学院文献情报中心期刊分区表资料科学1区Top期刊。2023年起，本刊完毕与世界出书商的协作，改由清华大学出书社自主研制、具有自主知识产权的科技期刊世界化数字出书渠道SciOpen独家发布，标志着该刊完毕多年来“借船出海”的办刊形式，回归本乡独立运营，也是我国优质英文期刊中最早回归国产渠道的期刊之一。