454 北京科技大学学报 2005年第4期 间为15s,测量五次，取平均值：采用HITACHI S 衍射峰，说明粉末的非晶化程度不高，粉末大部 -3500N型扫描电镜并配以专门的软件测定并计 分还是以晶态存在，然而粉末在经过等离子喷涂 算涂层的孔隙率，测量三次，取平均值：采用日本 后，M0基合金粉末被刚性非转移型等离子弧加 电子2000FX型透射电镜(TEM)对涂层的微观结 热成熔化或半熔化状态，在高速气流的带动下非 构进行了分析，透射电镜的电压为160kV,相机 晶化程度不高的粉末高速沉积在基体时，发生形 常数为80cm;采用美国Potentionstat/Galvanostat 变并快速冷却.对于部分晶态物质而言，其冷却 Modl273型恒电位仪测定涂层的电化学特性， 速度高于这些晶态物质形成非晶的临界冷却速 试样的大小为25mm×12mm,涂层在3.5%NaCl 度，这些晶态物质发生了晶态向非晶态的转变， 溶液中浸泡10min后进行电化学动电位扫描，扫 导致涂层的XRD中非晶态漫衍射峰明显增强， 描速度为1mVs,参比电极为饱和甘汞电极. 晶态的尖锐峰减少，这表明Mo基粉末在经过等 离子喷涂后发生了非晶态的转变，其非晶化程度 2结果和分析 增强.但是涂层的XRD不是典型的非晶态漫衍 射峰，仍然存在一些被宽化了的尖锐峰，特别是 2.1涂层的晶体结构 在20为41°，59°和75°处.说明涂层大部分以非晶 图1和图2分别是Mo基合金粉末Mo基合 态存在，其涂层特点是在非晶态的涂层上分布有 金涂层的XRD图谱. 少量的晶态物质，析出相主要为MonFezCio和 3500 FeC相，用衍射峰的半高宽经过谢乐公式（其中 3000 常数取0.89,1取0.1542nm)分别计算了这两种物 ▲FeMo1n 质的平均晶粒尺寸：MonFezCio平均晶粒为34.34 2000 nm,FeC平均晶粒为40.90nm.因此，通过控制等 离子喷涂的喷涂参数，可以用钼基合金粉末制备 1000 出非晶纳米晶复合涂层、 2.2涂层的组织形貌分析 0 图3所示为Mo基涂层扫描电镜(SEM)的表 20 40 60 80 100 面形貌(a)和横截面形貌(b).由于颜色不同，可以 281) 很清楚的看到涂层具有明显的亮区（定义为A区） 图1Mo基粉末的XRD图谱 Fig.1 XRD profile of Mo base alloy powder 和灰区（定义为B区）和明显的层状结构，而颜色 上的差别正是由化学成分的不同所引起的，元素 5000 Fe,C 的原子序数越高，颜色越浅).因此由图3可见： ▲Mo nFenCi 涂层由变形带状粒子相互搭接而成，涂层组织致 4000 密，无较大的裂纹和粗大孔隙，具有比较典型的 层状结构形貌：但涂层在界面处有明显的孔隙和 3000 裂纹存在，结合以机械结合为主，从涂层的表面 形貌和横截面形貌看出涂层存在一定的徼裂纹 和微小孔隙，最大孔隙区域的孔隙率达到77%. 2000 同时由图也可看出，在涂层的部分区域，其组织 20 40 60 80 100 致密，无微裂纹和微小孔隙，其孔隙率仅为2.9%. 201) 图2Mo基涂层的XRD图谱 这种涂层结构的出现主要是两方面的原因：一方 Fig.2 XRD profile of Mo base alloy powder 面的原因是喷涂粒子的相互搭接堆积与熔融粒 子的体积收缩，以及喷涂时溶解于熔融粒子中的 由图可见：两条曲线的形状基本相同：但粉 气体在涂层冷却至室温后的析出等：另一个原因 末的XRD峰在20为35-45°和70-80°之间有几个 是喷涂粒子在基体上快速冷却，使金属液体不可 明显的尖锐峰，尖锐化程度不是很高，说明含有 能完全充满整个粒子间的接触部分，以及涂层在 部分的非晶态物质：但是整个粉末没有明显的漫 喷涂后冷却时，产生了残余应力，使其表面产生一 5 4 4 - 北 京 科 技 大 学 学 报 2 5 年0第 期 4 间 为 巧 s , 测量 五 次 , 取平 均值 : 采用 IH AT C H I S 一 35 0 0N 型扫 描 电镜 并配 以专 门 的软件测 定 并计 算涂 层 的孔 隙率 , 测 量三 次 , 取平 均值 ; 采 用 日本 电子 2 0 0 F x 型 透射 电镜 (TE M ) 对 涂层 的微 观 结 构 进 行 了分 析 , 透 射 电镜 的 电压 为 160 kV , 相 机 常数 为 80 cm ; 采用 美 国 P O t e n t i onS 喇G a l v an os t at M ed el 27 3 型恒 电位 仪 测 定涂 层 的 电化 学 特 性 , 试样 的大 小 为 25 m m xl Z ~ , 涂层 在 .3 5% N a C I 溶 液 中浸 泡 or m in 后进 行 电化学 动 电位扫 描 , 扫 描速 度 为 l m V . s 一 , , 参 比 电极 为饱 和甘 汞 电极 . 2 结果 和 分 析 .2 1 涂 层 的晶体 结 构 图 1和 图 2 分别 是 M 。 基合 金 粉末 M o 基合 金涂 层 的 X R D 图谱 . 3 5 0 0 3 0 0 0 ù”曰八 o n n0 , ù ` ,l ǎ斌卞à、 0 2 0 4 0 6 0 8 0 10 0 2 8 (/ o ) 图 I M 。 基粉 末的 X R D 图谱 R g . 1 X R D p 门川e o f M o b a , e a U o y p ow d e r 5 0 0 0 M o l: 3 F街 2 C I。 八曰n 0 八曰0 nU 4 内j ǎ绿卞à、 2 00 0 D 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 2 8 / ( o ) 图 2 M O 基 涂层 的 X R D 图谱 F ig . 2 x R D p or feU o f M 0 b a s e a lo y p ow d e r 由图可 见 : 两 条 曲线 的形状 基 本相 同 ; 但 粉 末 的 X R D 峰在 2 0为 35 一4 50 和 70 一 80 之 间有 几 个 明显 的尖 锐 峰 , 尖 锐化 程 度 不是 很高 , 说 明含 有 部分 的非 晶态物 质 ; 但 是整 个粉 末没 有 明显 的漫 衍 射 峰 , 说 明粉 末 的非 晶 化程 度 不高 , 粉 末 大部 分 还是 以晶态存 在 . 然而 粉末 在经 过等 离子 喷涂 后 , M o 基 合 金粉 末被 刚 性非 转移 型 等离 子 弧加 热 成熔 化或 半熔 化状 态 . 在 高速 气 流 的带动 下非 晶化程度 不 高 的粉 末 高速沉 积 在基 体时 , 发 生形 变 并快 速 冷却 . 对 于 部分 晶态 物质 而 言 , 其冷 却 速 度 高 于这 些 晶态 物 质 形 成 非 晶 的临 界冷 却 速 度 , 这 些 晶态 物质 发 生 了晶 态 向非 晶态 的转 变 , 导致 涂层 的 X R D 中非 晶态 漫衍 射 峰 明显增 强 , 晶态 的 尖锐 峰减 少 , 这 表 明 M o 基粉 末 在经 过 等 离子 喷涂 后发 生 了非 晶态 的转 变 , 其 非 晶化程度 增 强 . 但 是涂 层 的 X R D 不 是典 型 的非 晶态 漫衍 射 峰 , 仍然 存 在一 些 被宽 化 了 的尖 锐 峰 , 特 别 是 在 2 0为 41 “ , 5 90 和 7 50 处 . 说 明涂层 大部 分 以非 晶 态 存 在 , 其涂层 特点是 在非 晶态 的涂层 上 分布有 少 量 的 晶态 物 质 . 析 出 相主 要 为 M olz eF 2 C I。 和 eF 3 C 相 , 用 衍射 峰 的半 高 宽经 过谢 乐 公式 ( 其 中 常 数 取 .0 89 , 又取 0 . 1 54 2 lun )分 别 计算 了这 两 种物 质 的平均 晶粒 尺 寸 : M ol Z F灿C : 。 平 均 晶粒 为 34 . 34 unI , F e3 C 平 均 晶粒 为 40 .9 0 nl . 因此 , 通 过控 制等 离 子 喷涂 的喷涂 参数 , 可 以用 铝基 合金 粉末 制备 出非 晶纳 米 晶复 合涂 层 . .2 2 涂 层 的组 织 形貌 分析 图 3 所 示为 M O 基 涂 层扫 描 电镜 ( S E M ) 的表 面 形 貌 (a) 和 横截 面 形貌 (b ) . 由于颜 色 不 同 , 可 以 很 清楚 的看 到涂层 具有 明显 的亮 区 (定义 为 A 区) 和 灰 区 (定 义 为 B 区 )和 明 显 的层状 结 构 , 而颜 色 上 的差 别 正是 由化学 成分 的不 同所 引起 的 , 元素 的原 子序 数越 高 , 颜 色 越 浅`13] . 因此 由图 3 可 见 : 涂 层 由变形 带状 粒 子相互 搭接 而成 , 涂 层 组织致 密 , 无较 大 的裂 纹 和粗 大 孔 隙 , 具有 比较 典型 的 层 状 结构 形貌 ; 但涂 层 在界面 处 有 明显的 孔隙和 裂 纹 存在 , 结 合 以机 械结 合 为主 , 从 涂层 的表 面 形 貌 和 横截 面形 貌 看 出涂 层 存 在 一定 的 微 裂纹 和 微 小孔 隙 , 最 大孔 隙 区域 的 孔 隙率达 到 .7 7% . 同 时 由图也 可看 出 , 在涂 层 的部分 区域 , 其 组织 致密 , 无 微裂 纹和 微 小孔 隙 , 其 孔隙 率仅 为 .2 9% . 这种 涂层 结构 的 出现主 要是 两方 面 的原 因 : 一 方 面 的原 因是 喷涂 粒 子 的 相 互搭 接 堆积 与熔 融 粒 子 的体积 收缩 , 以及 喷涂 时溶解 于熔 融粒 子 中的 气 体在涂 层冷 却至 室温 后 的析 出等 ; 另一 个 原 因 是 喷涂 粒子 在基 体上 快速冷 却 , 使 金属液 体 不可 能 完全 充满整 个粒 子 间 的接 触部 分 , 以及 涂层 在 喷 涂后 冷 却 时 , 产 生 了残 余 应 力 , 使 其表 面产 生