中國粉體網(wǎng)訊  磨損、腐蝕和斷裂是設(shè)備零部件失效的主要原因，廣泛存在于冶金、建筑、電力、機械等領(lǐng)域，而其中磨損問題對零部件的影響最為嚴重。尤其對于運輸設(shè)備來說，約80%零件的失效原因是材料磨損。因此，磨損問題受到材料學(xué)界的普遍重視。

為了跟上制造業(yè)發(fā)展的步伐，表面工程技術(shù)應(yīng)運而生。該技術(shù)能以低投入實現(xiàn)材料性能的大幅度提高，具有顯著的經(jīng)濟效益。近年來，在基體表面制備耐磨陶瓷涂層已成為國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點。

耐磨陶瓷涂層性能

陶瓷具有高熔點、高硬度、高強度、高化學(xué)穩(wěn)定性、高絕緣能力、低熱導(dǎo)率、低熱膨脹系數(shù)等特點，用作涂層可以有效地提高基體材料的耐磨損、耐高熱、耐腐蝕和抗高溫氧化等性能。陶瓷具有金屬材料難以達到的性能，所以被廣泛應(yīng)用于制備各種陶瓷涂層。耐磨陶瓷將陶瓷的優(yōu)點和金屬材料的韌性結(jié)合起來，在材料表面噴涂，可使材料兼具金屬的強韌性、可加工性等特性及陶瓷的耐磨損、耐高溫、耐腐蝕及絕緣性等性能，對于提高社會經(jīng)濟效益、延長零部件的使用壽命具有重要意義。

耐磨陶瓷分類

耐磨陶瓷是一種典型的結(jié)構(gòu)陶瓷，主要包括氧化物陶瓷、碳化物陶瓷和氮化物陶瓷等。

氧化物陶瓷是發(fā)展和應(yīng)用都比較早的陶瓷材料，是離子型晶體，其陰陽離子是通過較強離子鍵結(jié)合，因而具有耐高溫、高強度、抗氧化性等特點，一般包括熔點高于1730℃的簡單的氧化物陶瓷或者復(fù)合氧化物陶瓷，如氧化鋁、氧化鎂、氧化鈦、莫來石、尖晶石等。其中一些氧化物陶瓷，如氧化鋯、氧化鋁等因其化學(xué)穩(wěn)定性、耐磨性等特點廣泛應(yīng)用于人體關(guān)節(jié)、骨螺釘、耳骨等領(lǐng)域。

氮化物陶瓷起步較晚，自20世紀70年代才開始迅猛發(fā)展，幾乎都是通過人工合成的，除了具有高強度、高硬度的特點，還具有優(yōu)良的電學(xué)和熱學(xué)性能。經(jīng)過多年的研究，氮化物陶瓷的脆性、可靠度等問題都有了明顯的改善。歷經(jīng)幾十年的發(fā)展，氮化硅、氮化鋁、氮化硼等氮化物陶瓷作為高強度機械部件、耐腐蝕部件、以及耐磨部件，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空航天、機械、冶金等領(lǐng)域。

碳化物陶瓷中應(yīng)用較多的有碳化硅(SiC)、碳化硼(B4C)、碳化鈦(TiC)、碳化鎢(WC)等，例如SiC用于發(fā)動機的渦輪增壓器轉(zhuǎn)子，滑動軸承，高溫交換器等；碳化硼用作防彈裝甲等；碳化鈦用于制備刀具。碳化物陶瓷最主要的優(yōu)點就是熔點高、硬度高，如B4C的硬度僅次于金剛石和CBN。

陶瓷涂層制備方法

1、氣相沉積法

氣相沉積法分為物理氣相沉積法(PVD)和化學(xué)氣相沉積法(CVD)。PVD技術(shù)出現(xiàn)于20世紀70年代末，它是用物理方法在真空條件下將材料氣化成離子、原子或者分子沉積在基體表面形成一層保護膜，其工藝過程包括蒸發(fā)、傳輸、反應(yīng)、和沉積。PVD膜附著力強、耐磨、耐腐蝕，還具有強抗氧化性。CVD是利用氣態(tài)物質(zhì)通過化學(xué)反應(yīng)在基體表面形成固體薄膜的技術(shù)，它本質(zhì)上屬于原子范疇的氣態(tài)傳質(zhì)過程，具有以下特點：可以在常壓或者真空條件下進行；可以在低溫下制備涂層；涂層的結(jié)構(gòu)和純度可以控制；繞鍍性好。

2、溶膠凝膠法

溶膠凝膠法(Sol-Gel)制備陶瓷涂層技術(shù)是用易于水解的金屬醇鹽或無機鹽在某種溶劑中與水發(fā)生反應(yīng)，經(jīng)水解縮聚形成溶膠，將溶膠涂覆在金屬基體表面，再經(jīng)干燥、熱處理后形成涂層。這種方法可以在低溫下進行，并且制備的涂層質(zhì)量高，但工藝復(fù)雜、耗時，膜層易開裂。

3、自蔓延高溫合成法

自蔓延高溫合成法(SHS)是一種通過外部能量誘發(fā)產(chǎn)生小范圍反應(yīng)，利用反應(yīng)物之間產(chǎn)生的高化學(xué)反應(yīng)熱促使反應(yīng)物進行持續(xù)自發(fā)的化學(xué)反應(yīng)，并在短時間內(nèi)來合成目標產(chǎn)物的一種新技術(shù)，具有低成本、低污染、易制造等優(yōu)點。

4、熱噴涂法

熱噴涂法最早是由瑞士的Sehoop在1910年發(fā)明的，它是在高溫下將涂層材料熔化和霧化，形成熔融或半熔融狀態(tài)的粒子流，以極高的速度噴涂于金屬基體表面上的涂覆方法。熱噴涂法適用范圍廣、涂層效果好、設(shè)備簡單、高效，不僅用于制備陶瓷涂層，它在零部件修復(fù)領(lǐng)域也很有競爭力。

5、高溫熔燒法

高溫熔燒法是在常溫下把涂層原料制成料漿，然后將其均勻涂覆于金屬表面，經(jīng)高溫熔燒制備成涂層材料。該方法具有設(shè)備簡單、易于操作的特點，是制備陶瓷涂層的重要方法之一。另外，該方法還可對破損的涂層進行修復(fù)，既可以利用高溫處理使之自補償，又可以通過填補料漿后經(jīng)適當?shù)母邷靥幚韥韺崿F(xiàn)。

6、激光熔覆

激光熔覆是將具有特殊性能(如耐磨、耐蝕、抗氧化等)的粉末先噴涂在金屬表面上或同激光束同步送粉，然后使其在激光束作用下迅速熔化、擴展及快速凝固，在基材表面上形成無裂紋、無氣孔的冶金結(jié)合層的一種表面改性技術(shù)。激光熔覆具有許多優(yōu)點:應(yīng)用靈活、耗能小、熱輸入量低、引起的熱變形較小，不需要后續(xù)加工或加工量很小，減少公害等。

激光熔覆陶瓷涂層也存在一些不足之處。由于在激光熔覆過程中，熔覆層被快速加熱、熔化，然后又急劇冷卻，屬非平衡凝固，而且涂層材料和基體材料差異較大，再加上激光處理過程中影響因素較多，致使熔覆層質(zhì)量不易控制，結(jié)果常在涂層中出現(xiàn)某些缺陷，如氣孔、裂紋、燒損等。

結(jié)束語

耐磨陶瓷涂層對提高基體的耐磨性、耐腐蝕性等性能具有明顯的效果，在設(shè)備零部件的使用過程中十分關(guān)鍵。它的相對耐磨性顯著優(yōu)于常規(guī)耐磨材料，廣泛用于延長在嚴重磨損環(huán)境下工作的大型部件的壽命，并降低大型磨損部件的能耗，符合國家節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

參考來源：

[1]魏金棟等.耐磨陶瓷涂層制備方法的研究進展

[2]張文毓.耐磨陶瓷涂層研究現(xiàn)狀與應(yīng)用

[3]張微等.耐磨陶瓷涂層的研究與發(fā)展

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

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