一种超音速等离子喷涂法制备PbTiO3涂层制造技术

一种超音速等离子喷涂法制备PbTiO3涂层，利用超音速等离子喷涂在调质45钢表面制备PbTiO3涂层PbTiO3涂层表面为黄黑色，涂层光滑平整，孔隙率为1.5%；涂层为典型的层状结构，基体与PbTiO3涂层间的结合为机械结合，通过多个试样测量其结合强度的平均值为50.875MPa；纳米压痕仪测得涂层的表面硬度为7.858GPa，弹性模量为139.308GPa，显微硬度达到648.6HV

Preparation of PbTiO 3 coating by supersonic plasma spraying

【技术实现步骤摘要】
一种超音速等离子喷涂法制备PbTiO3涂层所属
本专利技术涉及一种表面涂覆材料，尤其涉及一种超音速等离子喷涂法制备PbTiO3涂层。
技术介绍
再制造零件是指在已损坏的零件表面通过制备一层具有耐磨、耐蚀、耐疲劳的涂层(涂层材料一般为合金或合金加陶瓷)，从而恢复材料尺寸精度与服役性能的零件，可等同视为“新零件”。超音速等离子喷涂技术是再制造工程的先进技术手段，具有焰流温度调节范围宽、速度高和呈惰性气氛的特点，不仅能制备高质量的金属及合金涂层，而且能制备出高性能的陶瓷涂层。再制造的物质载体就是表面涂层。掌握再制造零件的寿命演变规律以及确保再制造产品的服役安全是衡量再制造是否成功的根本判据。钛酸铅(PbTiO3，缩写为PT)是重要的钙钛矿型介电材料之一，在高频滤波器、红外热释电探测器和压电超声传感器等领域有着广泛的应用，是理想的微传感器、微驱动器和压电微机电系统的核心材料。此外，钛酸铅具有居里温度高、轴向比率大、机电耦合系数高、介电常数小等特点，是制作高频滤波器和热释电红外探测器等的优良材料，广泛应用于电子元件的基质材料，同时在换能、无损监测和超声等领域有着广泛的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改善45钢的硬度、耐磨性，设计了一种超音速等离子喷涂法制备PbTiO3涂层。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：超音速等离子喷涂法制备PbTiO3涂层的制备原料包括:喷涂材料选用纯度为99.9%的PbTiO3陶瓷粉末，粒度为5-10μm，经雾化造粒制备成粒度为30-70μm的粉末。基体材料选择调质45钢，调质处理后具有良好的力学性能，基体尺寸为50mmX20mmX10mm，喷涂表面的尺寸是50mmX20mm。超音速等离子喷涂法制备PbTiO3涂层的制备步骤为：采用低功率、小气体流量的高效能超音速等离子喷涂系统(HEPJet)制备PbTiO3涂层。喷涂前用丙酮清洗喷涂表面，并对清洁表面进行棕刚玉喷涂处理，形成清洁的粗糙表面，以增强涂层与基体的结合强度。将预处理后的基体材料固定在自制的专用不锈钢卡具上，卡具外径150mm、线速度56.52m/s、厚度6mm。喷涂过程中卡具转速为120r/min，喷枪垂直于卡具轴心，移动速度为8mm/s，喷涂距离为100mm。根据PbTiO3材料的熔点，选用合适的喷嘴，其送粉管前倾将喷涂材料颗粒送入等离子焰流的低温区域，以防止喷涂材料发生过熔雾化。为了防止PbTiO3中Pb挥发，在喷涂过程中始终使用N对基体进行降温，每喷完1个周期对涂层进行测温，当温度低于150℃时再进行下一周期的喷涂。主气为氩气，辅助气体为氢气，送粉气体为氮气。超音速等离子喷涂法制备PbTiO3涂层的检测步骤为：使用Quanta200型扫描电镜和Genesis60s能谱仪观察和分析粉末和涂层的形貌及成分；采用美国PA公司的Q600差热-热重分析仪对PbTiO3粉末进行热分析；采用BrukerD8Focus型X射线衍射仪对粉末和涂层表面进行物相分析，衍射条件为CuKa靶，电压和电流分别为40kV和40mA；采用X射线光电子能谱仪(XPS)分析PbTiO3粉末态及喷涂后的价态；喷涂后涂层在性能测试前先经研磨、机械抛光和超声波清洗去除表面粘污，采用NanoTest600多功能纳米材料性能测试仪测试涂层的弹性模量，它能够直接从载荷-位移曲线中实时获得接触面积，适合较浅的压痕深度，可完成多种力学性能的测试，最直接的是硬度和弹性模量，精度小于10%；用HXD.1000TM显微硬度计测定涂层的显微硬度，载荷为0.1HV(0.98N)，加载时间为15s，从基体结合处到涂层表面进行测定，取多个点的平均值；采用拉伸试验法测量涂层与基体的结合强度，拉伸试验在WE-100型电液伺服万能试验机上进行，对8个试样进行测定，取平均值；采用LeiCaDMIMR图像分析系统对涂层试样截面进行孔隙测定，随机选取5个视场测定涂层孔隙率，计算其平均值。所述的超音速等离子喷涂法制备PbTiO3涂层，组织结构致密，孔隙率较低(1.5%)，相组成为PbTiO3相，衍射峰晶面指数为(100)、(101)、(1lO)、(111)、(200)、(211)，无杂质相，但存在非晶漫散射包。所述的超音速等离子喷涂法制备PbTiO3涂层，涂层与基体之间存在明显的过渡区，该区与涂层和基体均结合较好，结合强度平均为50.9MPa，涂层与基体之间主要为机械结合：涂层的平均显微硬度达到571.86HV，纳米压痕硬度达到7.9GPa，弹性模量为139.308GPa。本专利技术的有益效果是：在45钢基体表面通过超音速等离子喷涂方法制备钛酸铅涂层，得到具有优秀力学性能的涂层表面，同时本技术为再制造方法向钛酸铅涂层表面继续沉积其它涂层的技术做了可行性示范。具体实施方式实施案例1：超音速等离子喷涂法制备PbTiO3涂层的制备原料包括:喷涂材料选用纯度为99.9%的PbTiO3陶瓷粉末，粒度为5-10μm，经雾化造粒制备成粒度为30-70μm的粉末。基体材料选择调质45钢，调质处理后具有良好的力学性能，基体尺寸为50mmX20mmX10mm，喷涂表面的尺寸是50mmX20mm。超音速等离子喷涂法制备PbTiO3涂层的制备步骤为：采用低功率、小气体流量的高效能超音速等离子喷涂系统(HEPJet)制备PbTiO3涂层。喷涂前用丙酮清洗喷涂表面，并对清洁表面进行棕刚玉喷涂处理，形成清洁的粗糙表面，以增强涂层与基体的结合强度。将预处理后的基体材料固定在自制的专用不锈钢卡具上，卡具外径150mm、线速度56.52m/s、厚度6mm。喷涂过程中卡具转速为120r/min，喷枪垂直于卡具轴心，移动速度为8mm/s，喷涂距离为100mm。根据PbTiO3材料的熔点，选用合适的喷嘴，其送粉管前倾将喷涂材料颗粒送入等离子焰流的低温区域，以防止喷涂材料发生过熔雾化。为了防止PbTiO3中Pb挥发，在喷涂过程中始终使用N对基体进行降温，每喷完1个周期对涂层进行测温，当温度低于150℃时再进行下一周期的喷涂。主气为氩气，辅助气体为氢气，送粉气体为氮气。超音速等离子喷涂法制备PbTiO3涂层的检测步骤为：使用Quanta200型扫描电镜和Genesis60s能谱仪观察和分析粉末和涂层的形貌及成分；采用美国PA公司的Q600差热-热重分析仪对PbTiO3粉末进行热分析；采用BrukerD8Focus型X射线衍射仪对粉末和涂层表面进行物相分析，衍射条件为CuKa靶，电压和电流分别为40kV和40mA；采用X射线光电子能谱仪(XPS)分析PbTiO3粉末态及喷涂后的价态；喷涂后涂层在性能测试前先经研磨、机械抛光和超声波清洗去除表面粘污，采用NanoTest600多功能纳米材料性能测试仪测试涂层的弹性模量，它能够直接从载荷-位移曲线中实时获得接触面积，适合较浅的压痕深度，可完成多种力学性能的测试，最直接的是硬度和弹性模量，精度小于10%；用HXD.1000TM显微硬度计测定涂层的显微硬度，载荷为0.1HV(0.98N)，加载时间为15s，从基体结合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超音速等离子喷涂法制备PbTiO3涂层，制备原料包括：喷涂材料选用纯度为99.9%的Pb TiO

【技术特征摘要】
1.一种超音速等离子喷涂法制备PbTiO3涂层，制备原料包括：喷涂材料选用纯度为99.9%的PbTiO3陶瓷粉末，粒度为5-10μm，经雾化造粒制备成粒度为30-70μm的粉末，基体材料选择调质45钢，调质处理后具有良好的力学性能，基体尺寸为50mmX20mmX10mm，喷涂表面的尺寸是50mmX20mm。


2.根据权利要求1所述的超音速等离子喷涂法制备PbTiO3涂层，其特征是超音速等离子喷涂法制备PbTiO3涂层的制备步骤为：采用低功率、小气体流量的高效能超音速等离子喷涂系统(HEPJet)制备PbTiO3涂层，喷涂前用丙酮清洗喷涂表面，并对清洁表面进行棕刚玉喷涂处理，形成清洁的粗糙表面，以增强涂层与基体的结合强度，将预处理后的基体材料固定在自制的专用不锈钢卡具上，卡具外径150mm、线速度56.52m/s、厚度6mm，喷涂过程中卡具转速为120r/min，喷枪垂直于卡具轴心，移动速度为8mm/s，喷涂距离为100mm，根据PbTiO3材料的熔点，选用合适的喷嘴，其送粉管前倾将喷涂材料颗粒送入等离子焰流的低温区域，以防止喷涂材料发生过熔雾化，为了防止PbTiO3中Pb挥发，在喷涂过程中始终使用N对基体进行降温，每喷完1个周期对涂层进行测温，当温度低于150℃时再进行下一周期的喷涂，主气为氩气，辅助气体为氢气，送粉气体为氮气。


3.根据权利要求1所述的超音速等离子喷涂法制备PbTiO3涂层，其特征是超音速等离子喷涂法制备PbTiO3涂层的检测步骤为：使用Quanta200型扫描电镜和Genesis60s能谱仪观察和分析粉末和涂层的形貌及成分；采用美国PA公司的Q600差热-热重分析仪对PbTiO3粉末进行热分析；采用BrukerD8Focus型X射线衍射仪对粉末和涂层表面进...

【专利技术属性】
技术研发人员：林艳霞，
申请(专利权)人：林艳霞，
类型：发明
国别省市：辽宁;21