三维网状结构纳米复合粉体的形成机制及其对纳米结构涂层的强韧化机理研究

纳米结构粉体（喂料）的显微组织结构对等离子喷涂制备纳米结构涂层有着极其重要的影响。前期研究发现，通过在Al2O3-TiO2纳米复合粉中加入纳米添加剂并对粉体进行等离子处理，可制备出具有三维网状结构的纳米复合粉体，由此种纳米复合粉体制备的纳米结构涂层比由普通喷雾干燥造粒纳米复合粉体制备的纳米结构涂层具有更高的韧性和更好的耐磨抗蚀性。本课题通过研究三维网状结构的纳米复合粉体的形成条件，探讨纳米添加剂和等离子处理对Al2O3-TiO2纳米复合粉体显微组织结构的影响规律，揭示三维网状结构纳米复合粉体的形成机制；进一步研究三维网状结构的纳米复合粉体在等离子喷涂过程中的显微组织演变规律及其对涂层组织结构的影响规律，阐明所制备纳米结构涂层的组织结构和性能的关系，揭示三维网状结构的纳米复合粉体对纳米结构涂层的强韧化机理。本研究将为Al2O3-TiO2纳米复合粉体和涂层的显微组织结构控制及优化提供理论依据。

纳米结构粉体（喂料）的显微组织结构对等离子喷涂制备纳米结构涂层有着极其重要的影响。通过在氧化铝-氧化钛纳米复合粉中加入纳米添加剂并对粉体进行等离子处理制备出具有三维网状结构的纳米复合粉体。主要研究了纳米添加剂和等离子处理对氧化铝-氧化钛纳米复合粉体组织结构的影响规律，揭示了三维网状结构纳米复合粉体的形成机制为：(1)粉体等离子处理过程中TiO2与添加剂形成的低共溶物熔化；(2)在等离子焰流的瞬时高温作用下α-Al2O3形成液相烧结；(3)在高速等离子焰流的作用下粉体颗粒的液相烧结过程瞬间结束而使得TiO2与添加剂形成的低共溶物液相急速冷却形成非晶晶间相。阐明了复合粉体在等离子喷涂过程中的显微组织演变规律及其对涂层组织结构的影响规律。纳米复合涂层的硬度、韧性、结合强度、抗划痕破坏性能和抗弯曲破坏性能都优于商用微米复合涂层。揭示了纳米结构氧化铝-氧化钛复合涂层的强韧化机理为：细晶强韧化，网状组织强韧化，裂纹偏转。本研究将为Al2O3-TiO2纳米复合粉体和涂层的显微组织结构控制及优化提供理论依据，同时为纳米复合涂层材料的组织结构设计和控制提供一种新的思路。本研究得到的纳米陶瓷复合粉体不仅适用于等离子喷涂，还适用于堆焊和激光熔覆等表面处理工艺；制备出的纳米结构涂层在大量的需要耐磨损、防腐蚀、耐高温的零部件上有着广阔的应用前景。本项目共发表SCI收录论文20篇；获批中国发明专利1项，申报中国发明专利2项；培养博士后1人，博士研究生1人，硕士研究生4人。