021-58735205 
大氣等離子噴涂是用于沉積陶瓷涂層以用于磨損和腐蝕保護的常用工藝。原料材料包括例如氧化鋁，氧化鈦和氧化鉻。等離子噴涂氧化鉻涂層由于其良好的表面質量，高硬度和耐磨性而廣泛用于例如網紋輥，泵密封件和耐磨環。
然而，氧化鉻由于其高熔點，低導熱性和在高溫下揮發的傾向而難以噴涂。噴涂過程中氧化鉻的揮發會產生極其細小的灰塵顆粒，這些灰塵顆粒聚集在工件上并被困在涂層內部，降低了涂層的內聚力和機械性能。
干冰噴射已被用于現場，通過保持表面清潔和幫助進行熱管理來提高氧化鉻和許多其他等離子噴涂涂層的質量。在噴涂過程中使用干冰噴射通過等離子噴涂在TUT上的氧化鉻涂層與兩個不同的商業干冰噴射器連接到噴涂機器人上。測試了幾個參數并實施了溫度監控。通過SEM制備金相樣品并進行分析。還進行了硬度，附著力，氣體滲透性和磨損測試。
據發現，干冰噴射改變了基材的溫度歷史并且涂層顯著具有意想不到的效果。 過度冷卻減少了圖示粘合力降低內聚力和耐磨性，但調整噴涂參數可以更好地消除一些不利影響。 與離開噴嘴的顆粒大小有關的不同爆破模型也有很大差異。 雖然另一噴射器僅噴灑了主要冷卻基板的小干冰塵，但另一噴射器噴射的動能更大的較大顆粒與涂覆非干冰噴射的樣品相比，對涂層內聚力具有更加積極的作用，從而增加了耐磨性。
等離子噴涂用于制造陶瓷涂層，特別是用于磨損和腐蝕應用。例如，使用氧化鋁，氧化鈦和氧化鉻作為起始材料。等離子噴涂氧化鉻涂層由于其良好的表面光潔度，高硬度和耐磨性而被廣泛用于例如卷筒，密封件和耐磨輪胎壓機中。
但是，由于氧化鉻具有較高的熔化溫度和較低的導熱率，因此它是一種具有挑戰性的注塑材料。氧化鉻也容易在高溫下蒸發，導致形成細小的氧化鉻粉塵。所得到的氧化鉻粉塵很容易留在涂層之間，削弱了涂層的內聚力和機械性能。
在現場，干噴噴涂已用于熱噴涂，以改善氧化鉻和其他等離子鍍層的質量。干冰噴射保持工件表面清潔并有助于熱量管理。 TUT通過用兩種不同的干冰鼓風機噴涂氧化鉻來研究在等離子噴涂期間干冰噴射的使用，使得干冰鼓風機噴嘴通過等離子噴涂機附著到噴涂機器人上。測試了幾個不同的參數，并監測了工件溫度。通過涂覆電子顯微鏡來制備金相樣品。樣品還經受硬度，附著力，氣體滲透性和磨損測試。
從樣品中發現，當干冰噴射明顯影響基材和涂層的溫度歷史時，會有意想不到的后果。過度的冷卻已經削弱了涂層的內聚力和耐磨性，但是當參數設置的更熱時，一些有害作用被消除了。在不同的鍋爐模型之間，從干冰鼓風機噴嘴的噴嘴出來的干冰顆粒的尺寸也存在顯著差異。另一臺鼓風機噴上干凈的干冰，這似乎是最冷卻的效果。而另一個噴涂較大顆粒的干燥顆粒，其較高的動能似乎對涂層的內聚力具有更積極的影響，與空冷樣品相比提高耐磨性
一，簡介
陶瓷涂層在工業中具有廣泛的應用范圍，從磨損和腐蝕保護到熱保護和電絕緣。氧化鉻是一種高硬度的陶瓷材料，由于其優異的摩擦學性能，如高耐磨性，它被廣泛用于涂料。大氣等離子噴涂通常是應用氧化鉻涂層的首選技術，因為其極高的火焰溫度能夠很容易地熔化陶瓷材料[1]。然而，氧化鉻在高溫下易揮發，容易蒸發并產生細小的灰塵，當被困在涂層結構內時可能會引起問題。在最近的研究[64] - [75]中，已經發現同時干冰處理可以改善多種不同材料（包括氧化鉻）的等離子噴涂涂層的質量。因此，根據研究，涂層的顯微結構和機械性能顯著改善。
本論文基于過去在干法加工等離子噴涂涂層領域所做的工作，旨在進一步評估輔助干冰噴射作為提高等離子噴涂氧化鉻涂層質量的技術的可行性。在等離子噴涂工藝中實施干冰噴射器以提供冷卻并在噴涂時同時清潔工件。幾個參數組合在設置和經過仔細優化后進行了測試，最終實現了干冰過程的某些好處。利用基板的高速成像和熱監控來找到最佳的加工參數。使用光學和電子顯微鏡評估干冰噴射對微結構的影響。此外，還測試了涂層的表面質量，硬度，附著力，滲透性和磨損。
第2章從熱噴涂基礎開始，進一步解釋等離子和HVOF噴涂技術。第3章介紹最常用的陶瓷涂層材料，并向讀者介紹氧化鉻作為涂層材料。第4章深入探討了氧化鉻的可噴灑性及其面臨的與使用有關的健康問題的挑戰。第5章探討了熱噴涂工藝中輔助冷卻的可能性以及可用的不同技術。第6-9章涵蓋了本論文的實驗部分以及結果，討論和結論。
2.熱噴涂
熱噴涂是廣泛使用的熱機械涂覆工藝，用于在各種基底材料上沉積多種不同材料作為涂層。大多數金屬和金屬合金可以熱噴涂以及陶瓷，復合材料和金屬陶瓷材料。涂層厚度一般在50-500微米范圍內，但在某些應用中可以使用更厚或更薄的涂層[1]。在熱噴涂中，原材料作為粉末，線材，棒或液體懸浮液引入熱源。然后熔融或半熔化的液滴通過氣流推向襯底。接觸后，液滴變形并順應表面，形成所謂的涂層。各個splats固化并形成涂層。上述描述的一個例外是冷噴涂工藝，它不利用熱量，而是依靠高的顆粒速度（高達1100米/秒）來使粉末顆粒塑性變形而不是熔化它們。自然地，只有易于變形的金屬和合金可以用該方法沉積。圖1說明了熱噴涂過程。
熱噴涂工藝通常分為熱源，包括電弧，等離子弧和燃燒。 在電弧噴涂中，兩根金屬絲以相互成一定角度的方式進給，并在它們之間施加電弧。 當電線彼此接近時，電弧熔化電線。 來自電弧后面的霧化氣體將熔化的材料霧化成液滴并將它們推向基板。 原料僅限于由可延展的導電金屬制成的電線，但可用的金屬絲甚至包含金屬陶瓷可擴大材料的選擇范圍。 [1]等離子噴涂工藝將在第2.1小節中詳細描述。
燃燒過程由常規火焰噴涂，爆轟槍和高速氧燃料噴涂組成。火焰噴涂使用燃料氣體來加熱和加速原料，原料可以作為粉末，金屬絲或棒引入。粒子速度通常小于200米/秒。原料材料包括塑料，金屬和合金以及一些陶瓷。在引爆槍工藝原料粉末中，燃料和氧氣被注入到混合物被點燃的腔室中，并且所產生的爆炸加熱并以非常高的速度（?1200m / s）將顆粒推出噴槍，比常規火焰噴涂在顆粒上產生更多的動能。該過程是不連續的，并以1-15Hz的頻率運行。可噴涂材料包括金屬，金屬陶瓷和陶瓷。 [1]高速含氧燃料過程類似于連續的除氧槍過程，將在第2.2節中描述。圖2顯示了不同的熱噴涂工藝溫度和速度。
如前所述，涂層通過沖擊，擴散和固化各個噴霧顆粒而形成。 根據噴涂參數，形成的涂層厚度通常為1至20μm，并且具有柱狀晶粒結構。 除了熔融和重新固化的顆粒外，由此產生的層狀結構也由孔隙，氧化物包裹和未熔化的顆粒組成。 根據所用的材料和工藝，熱噴涂涂層的孔隙率在2-15％的范圍內，現代先進的工藝可實現更小的孔隙度。 由于液滴不會始終流動以填充所有縫隙，因此孔隙對于過程是很自然的。 特別是在陶瓷中，一些孔隙在冷卻過程中由水平或垂直裂紋形成。
氧化是金屬涂層中的常見問題;顆粒在飛行期間氧化，但也在通道之間形成涂層之后。在陶瓷的情況下，它們偶爾會部分還原為金屬形式，導致金屬夾雜物。另一個不希望的特征是未熔化的顆粒，這些顆粒在飛行過程中不會熔化，并且隨著進入的熔融顆粒包圍而被卷入涂層中。所有上述缺陷通常導致涂層性能下降。