自反应高速电弧喷涂原位合成微/纳米晶TiC-TiB2基复合陶瓷涂层研究

利用自蔓延高温合成（SHS）反应与高速电弧喷涂二者的技术优点，形成高速反应电弧喷涂技术，获得高温、高速复合陶瓷熔滴，借助高温陶瓷熔体快速凝固特点及材料的本征特征，以低成本反应原料原位合成具有微/纳米晶结构的高性能TiC-TiB2复合陶瓷涂层。研究Ti-B4C体系在高速电弧喷涂条件下非平衡反应原位合成目标陶瓷相的热力学条件、动力学过程及化学与结构转变规律；探讨复合陶瓷熔体形成及其在喷涂快速冷却条件下的变形与结晶机制；探索微/纳米晶TiC-TiB2陶瓷相的产生条件、形成过程、控制方法及其对涂层性能的影响；分析涂层与基材间熔合连接过程及界面结合机制，了解喷涂体系原位合成、反应放热对涂层层间及其与基体结合强度的影响；寻求提高涂层综合性能的技术方法，为低成本、高效率、大面积制备高性能微/纳米晶TiC-TiB2复合陶瓷涂层奠定技术和理论基础。

项目针对传统电弧喷涂方法难以制备高性能复合陶瓷涂层的问题，利用自蔓延高温合成（SHS）与高速电弧喷涂二者的技术优点，进行综合集成创新，形成自反应电弧喷涂技术，以低成本反应原料原位合成高性能Ti(C,N)-TiB2复合陶瓷涂层。选定了喷涂反应体系及其成分配比、外皮材料、金属添加成分，制备了适于反应喷涂的粉芯丝材；优化出自反应电弧喷涂最佳工艺；分析了喷涂体系的热力学条件及反应动力学过程，阐明了复相陶瓷熔体的形成条件、快速凝固行为、原位合成与结晶规律，探讨了微/纳米晶粒组织结构的获得与控制方法；分析了影响涂层主要性能的因素，制备出综合性能良好、具有微/纳米晶结构的Ti(C,N)-TiB2复合陶瓷涂层，为低成本、高效率、大面积制备高性能微/纳米晶Ti(C,N)-TiB2复合陶瓷涂层奠定了技术和理论基础。