如何改善陶瓷涂層組織力學(xué)性能
稀土能強化金屬陶瓷涂層組織晶界，減小微觀粒子平均承受的摩擦力，減小涂層的摩擦系數(shù)，改善涂層組織力學(xué)性能。Z Y Zhang等在等離子噴涂鎳基金屬陶瓷涂層中添加La2O3，發(fā)現(xiàn)稀土可以明顯地減小涂層的摩擦系數(shù)，并使它的波動范圍減小。摻雜稀土的涂層微觀結(jié)構(gòu)更加密集，緊湊，孔洞減少，減小了微觀粒子平均承受的摩擦力，使摩擦磨損減小；摻雜稀土還會增大金屬陶瓷的晶面距離，導(dǎo)致相互作用的兩晶面作用力變化而降低摩擦系數(shù)。趙高敏等研究發(fā)現(xiàn)在激光熔覆鐵基合金涂層中加入La2O3能有效減少涂層的摩擦磨損，不含稀土的熔覆層磨損表面呈現(xiàn)嚴(yán)重的粘著和脆性斷裂剝落跡象，而含稀土的涂層磨損表面粘著跡象較微弱，未見大面積脆性剝落跡象。稀土可以促進Cr的碳化物和硼化物硬質(zhì)相析出，提高涂層的硬度，降低犁削和粘著作用；稀土大多存在于晶界，晶界得到強化，晶界附近位錯的移動性較強，晶粒之間的滑移傳遞較容易，有利于促進摩擦過程中表面微裂紋頂部的應(yīng)力松弛，增加裂紋擴展的阻力，減輕磨損。宣天鵬等發(fā)現(xiàn)在真空熔結(jié)Ni基合金涂層中加入稀土Y后，大尺寸的稀土原子周圍形成了包含很多原子的極化球，原子間的結(jié)合力與應(yīng)力場加大，而畸變區(qū)與位錯的交互作用有利于提高滑移系啟動所需的臨界應(yīng)力，造成裂紋擴展抗力增大，避免涂層微觀斷裂和剝落。具有較強的活性和吸附能力的稀土原子偏聚在涂層與氧化膜的界面處，從而阻礙金屬離子的擴散，降低氧化膜中的空位濃度，提高氧化膜的致密性，降低摩擦力和涂層的磨損體積損失。匡建新等發(fā)現(xiàn)在激光熔覆鎳基TiC金屬陶瓷涂層中加入適量的稀土氧化物CeO2后，稀土氧化物大多存在于晶界，晶界得到強化，晶界附近位錯的移動性較強，晶粒之間的滑移傳遞較容易，這有利于促進摩擦過程中表面微裂紋頂部的應(yīng)力松弛，增加裂紋擴展的阻力，從而減輕磨損。
圖（1）噴涂陶瓷涂層前需要噴砂處理，保障陶瓷涂層與基材的結(jié)合力
稀土元素本身具有良好的潤滑功能，并促進表面氧化膜的形成，改善潤滑條件，使摩擦磨損減小。La2O3和CeO2具有六方層狀結(jié)構(gòu)而具有良好的潤滑功能，并能在高溫條件下保持穩(wěn)定的化學(xué)性能，因而可以降低金屬陶瓷涂層的摩擦系數(shù)。宣天鵬等指出，稀土金屬Y與潤滑介質(zhì)中的H和O有較大的親和力，有利于促進潤滑油在涂層表面的吸附，改善潤滑條件，降低摩擦系數(shù)，提高耐磨性。戴振東等在離子噴涂鎳-碳化鈦金屬陶瓷涂層中加入1%的稀土硅鐵粉末，發(fā)現(xiàn)添加稀土可提高摩擦化學(xué)反應(yīng)生成的氧化膜的熱穩(wěn)定性，還使噴涂層的粘結(jié)性得到改善。含稀土的涂層試樣表面的氧化膜比不含稀土的涂層試樣的厚，有利于在摩擦副之間保持一層連續(xù)的潤滑性氧化膜，起到減摩抗磨作用。徐進[20]等研究發(fā)現(xiàn)，稀土CeO2能促進摩擦過程中表面氧化物反應(yīng)膜的形成，減輕摩擦副間的粘著，降低了磨損。稀土元素在氧化膜與基體的界面的偏聚、凝聚，減少界面的孔隙，提高摩擦表面氧化膜的粘著力，減少了剝落的可能。稀土還阻礙氧化過程的繼續(xù)進行，減慢了氧化過程，使涂層表面保持穩(wěn)定的、連續(xù)的氧化膜，降低了摩擦力，表層磨損量也大大減少。
圖（2）選好基材、陶瓷涂層材質(zhì)、涂層厚度等可以提高
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