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再制造零件表面BaTiO3陶瓷智能涂层的制备与机理研究

作　者: 卢晓亮
导　师: 李国禄
学　校: 河北工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 等离子喷涂 智能涂层 正交分析 介电性能 热力学分析 相转变
分类号: TG174.45
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


本文旨在研究超音速等离子喷涂工艺制备BaTiO3涂层的制备工艺及机理研究。采用超音速等离子喷涂设备在45#钢基体上制备了BaTiO3涂层和PbTiO3涂层；分别使用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射法（XRD）、显微硬度仪和纳米压痕仪检测了涂层的形貌、物相、显微硬度和纳米力学性能；采用灰度法测量了涂层的孔隙率；采用L9（34）正交试验法对BaTiO3涂层进行正交试验，优化了工艺参数，并分析了孔隙率影响其介电性质的基本机理；采用HYJH-3压电材料极化装置对涂层进行了极化，并对极化后的介电性能进行了检测；对BaTiO3粉体的熔化过程进行计算，研究了等离子体温度与BaTiO3相转变关系。结果表明:（1）通过对BaTiO3、PbTiO3陶瓷涂层工艺的探索，得出通过超音速等离子喷涂制备的BaTiO3涂层组织结构致密，孔隙率较低，具有良好的力学性能及一定的介电性能。（2）通过正交试验优化了BaTiO3喷涂工艺，结果表明获得最优工艺参数为：喷涂距离100mm、喷涂电流450A、氩气流量3.2m3/h、电压140V，在该工艺下涂层的孔隙率为0.3%，涂层与基体间的结合强度为57MPa，且在该工艺条件下制备的涂层力学性能优于传统等离子喷涂。（3）分析了涂层在极化过程中孔隙影响电子及离子在不同界面的传导，进而使得其本身的介电常数下降，而且涂层中存在孔隙时明显阻碍了电子及离子的移动，同样降低了单位体积中电偶极距之和，进而导致介电性质下降，建立了孔隙率影响其介电性能的基本机理。（4）建立了粉体的加热及传热模型，并分析计算了等离子体在22000K下粉末的熔化情况，进一步验证了粉体在最优工艺下的粉末能够充分熔化。（5）分析了不同等离子体对其相转变影响关系，并通过实验的验证进一步说明等离子温度对于BaTiO3粉体熔化影响较大，当等离子体温度高时，所制备的试样易出现非晶相，当等离子体的温度较低时所制备的涂层质量不高，因此合适的喷涂工艺对BaTiO3粉体的相转变影响很大。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章 绪论  10-21
  1.1 课题研究背景  10-11
  1.2 超音速等离子喷涂技术  11-15
    1.2.1 超音速等离子喷涂设备  11
    1.2.2 超音速等离子喷涂的主要特点  11-13
    1.2.3 超音速等离子喷涂的工艺参数  13-15
    1.2.4 超音速等离子喷涂的应用现状  15
  1.3 国内外研究现状及分析  15-18
    1.3.1 结构损伤检测方法  15-16
    1.3.2 压电材料在结构健康监测中的研究现状  16-17
    1.3.3 压电陶瓷材料涂层的研究现状  17-18
  1.4 课题来源、主要内容及意义  18-21
    1.4.1 课题来源  18
    1.4.2 主要内容  18-19
    1.4.3 课题研究的意义  19-21
第二章 等离子喷涂层的制备、表征及实验方法  21-29
  2.1 引言  21
  2.2 喷涂材料的选择  21-23
    2.2.1 基体材料的选择  21
    2.2.2 喷涂粉末的选取  21-23
  2.3 喷涂工艺过程  23-24
  2.4 涂层的组织结构表征和力学性能表征方法  24-27
    2.4.1 涂层微观形貌及成分分析  24
    2.4.2 涂层的相结构分析  24-25
    2.4.3 涂层的孔隙率分析  25
    2.4.4 涂层的显微硬度  25-26
    2.4.5 涂层的纳米硬度及弹性模量  26-27
    2.4.6 涂层的结合强度分析  27
  2.5 涂层的介电性能试验  27-29
    2.5.1 涂层的电极制备  27
    2.5.2 涂层的极化试验  27-28
    2.5.3 涂层极化后介电性能测试  28-29
第三章 超音速等离子喷涂的涂层制备及表征  29-38
  3.1 涂层微观形貌分析  29-32
    3.1.1 BaTiO_3涂层的微观形貌分析  29-31
    3.1.2 PbTiO_3涂层的微观形貌分析  31-32
  3.2 涂层材料的XRD分析  32-33
    3.2.1 BaTiO_3涂层的XRD分析  32
    3.2.2 PbTiO_3涂层的XRD分析  32-33
  3.3 涂层孔隙率测定  33
  3.4 涂层显微硬度测定  33-35
    3.4.1 BaTiO_3涂层的显微硬度测试  33-34
    3.4.2 PbTiO_3涂层的显微硬度测试  34-35
  3.5 涂层纳米硬度及弹性模量测定  35
    3.5.1 BaTiO_3涂层纳米硬度及弹性模量测定  35
    3.5.2 PbTiO_3涂层纳米硬度及弹性模量测定  35
  3.6 涂层基本介电性能测试  35-37
  3.7 本章小结  37-38
第四章 工艺优化及喷涂工艺对其介电性能影响机理分析  38-47
  4.1 引言  38
  4.2 正交试验法及正交试验设计  38-39
    4.2.1 正交试验法  38
    4.2.2 正交试验设计  38-39
  4.3 试验结果及分析  39-45
    4.3.1 涂层结合强度分析  39-40
    4.3.2 主次影响因素分析  40-41
    4.3.3 不同喷涂距离粒子特性分析  41-42
    4.3.4 涂层显微组织及孔隙率分析  42-44
    4.3.5 涂层优化前后力学性能测试结果及分析  44-45
  4.4 喷涂工艺对其介电性能影响机理分析  45-46
  4.5 本章小结  46-47
第五章 超音速等离子喷涂的BaTiO_3传热学分析  47-57
  5.1 引言  47
  5.2 等离子喷涂传热模型的建立  47-50
    5.2.1 热喷涂粒子的加热特性  47-48
    5.2.2 等离子喷涂粉末传热过程计算  48-50
  5.3 等离子喷涂粉末在传热模型的建立基础上结果分析  50-51
    5.3.1 恒定参数下粉末融化过程分析  50-51
    5.3.2 不同等离子体温度对粉体熔化时间分析  51
  5.4 不同等离子体温度下相转变分析  51-56
    5.4.1 BaTiO_3的热稳定性分析  51-52
    5.4.2 不同等离子体温度下的XRD分析  52-56
  5.5 本章小结  56-57
第六章 结论  57-59
参考文献  59-64
攻读学位期间取得的成果  64-65
致谢  65

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 金属腐蚀与保护、金属表面处理 > 腐蚀的控制与防护 > 金属表面防护技术 > 无机物复层保护
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