121 / 2021-04-02 17:18:56

微槽织构基体涂层对剪切方向结合强度及机理研究

激光织构凹槽；大气等离子喷涂；Mo涂层；剪切方向；结合机理

研究证实基体表面经激光织构化预处理是提高等离子喷涂涂层结合强度的一种有效工艺技术，而且该技术还具有环保、高效、织构图案可控、材料加工范围广及省略粘结层等优势。同时，该预处理技术克服了常用喷砂工艺所带来的基体夹砂、裂纹和耐疲劳性能差等问题。但目前的研究仅针对涂层在不同激光织构形貌及参数图案的拉伸结合强度，且缺乏对难熔金属涂层剪切结合强度及结合机理的研究。分析不同宽深比织构凹槽图案与喷砂基体对难熔金属Mo涂层受不同剪切力方向的结合强度以及拉伸强度，揭示织构对不同受力方向的结合强度影响及织构凹槽与Mo涂层的结合机理，为基体表面织构化预处理同等离子喷涂技术工艺复合应用提供理论支持。 利用纳秒脉冲激光制备工艺中的不同扫描次数织构出不同宽深比的直线型凹槽，其中扫描次数为1、3和5的凹槽图案基体，喷砂采用YT-9060在0.6-0.8MPa喷30目的Al₂O₃获取表面粗糙度Ra为3.974μm的基体。基于ISO4624与ISO20502标准对涂层拉伸与剪切结合强度测试，研究不同宽深比织构凹槽和喷砂对涂层结合强度的影响。同时，利用XRD、EDS和SEM检测及数值仿真方法，研究沉积涂层与织构凹槽的结合机理。在扫描5、3和1次的织构凹槽基体涂层的拉伸结合强度依次降低，但在5和3次的织构涂层的拉伸结合强度分别比喷砂提高了49.7%和11.83%；扫描5次凹槽涂层拉伸强度最高，并且附着强度大于内聚强度；当凹槽平行于剪切力方向比垂直方向的剪切强度高20.21%；水平和垂直剪切方向比喷砂涂层的剪切结合强度分别提高了41.32%和17.56%；槽壁界面火山口、中部和底部的扩散层厚度分别为2.94μm、2.7μm和1.89μm，而冶金层的厚度分别为1.44μm、0.8μm和0.52μm，织构凹槽最薄扩散层比喷砂增加了32.2%，槽壁界面形成了冶金，扩散和机械的混合结合；激光织构凹槽基体不仅增加了接触面积，而且提高了冶金层和扩散层的厚度。激光织构凹槽图案基体涂层拉伸结合强度优于喷砂且可达到附着强度大于内聚强度；织构凹槽壁界面形成了冶金、扩散和机械的混合结合界面层，并且界面冶金和扩散层厚度由火山口到槽底逐渐减小，同时非机械结合面积从上到下逐渐减少，但结合层厚度和面积比喷砂界面高；涂层剪切力与织构凹槽平行方向上的结合强度大于垂直方向且均优于喷砂，火山口是影响涂层剪切方向结合强度的重要因素，摩擦力方向与织构凹槽平行时涂层服役性能最好。