關鍵零部件表面防護是有效提高材料使用壽命的措施。熱噴涂陶瓷涂層具有許多優異的性能（如：高硬度、低熱導、耐腐蝕等），在金屬表面制備陶瓷涂層可以高效的提高關鍵零部件性能。而陶瓷涂層與粘結層材料熱性能不匹配，導致粘結層-陶瓷層界面失效已經成為其應用的瓶頸，對熱噴涂粘結層與陶瓷層新型界面進行結構調控和合適的材料匹配選擇是延遲涂層壽命的關鍵。

非晶材料具有耐腐蝕的內在稟性、良好的耐磨性和高強度的力學性能，實現了耐蝕和耐磨于一體。非晶-陶瓷高性能復合涂層材料，非晶粘結層具有優異力學性能和高溫誘導易于晶化的特性，具有非常重要的學術價值和實用意義。但非晶材料塑性較差和制備尺寸受限，極大的限制了其使用范圍。

2019年，昆明理工大學材料科學與工程學院宋鵬教授（通訊作者），研究生李喬磊（第一作者）在Ceramics International上連續發表兩篇非晶-陶瓷復合涂層的最新研究成果。

利用大氣等離子噴涂的連續梯度過渡技術成功制備了非晶-陶瓷連續梯度過渡復合涂層。該連續梯度過渡涂層包括非晶層、梯度過渡區和陶瓷層，在不同區域表現出不同的斷裂行為，在過渡區中的非晶片層出現拉出和橋接現象，有效的提升了涂層的斷裂韌性和抗裂紋擴展能力。證明了非晶作為粘合層是提高陶瓷復合涂層斷裂韌性的有效材料，這可以作為改善陶瓷復合涂層機械性能的可行新選擇。相關的研究結果發表在Ceramics International, 2019, 45:5566-5576。

 

 

 

圖1 非晶-陶瓷連續梯度過渡涂層的元素分布EPMA檢測結果。

 

 

 

圖2 非晶-陶瓷連續梯度過渡涂層斷口SEM檢測結果。

利用非晶材料高溫易于晶化的特性尋找到原位制備具有納米粘結層-陶瓷頂層結構的新材料體系。該涂層材料體系中仍然保留了部分的非晶成分（如圖3所示），部分晶化形成的納米顆粒，提高了非晶涂層的韌性。該復合涂層不僅具有高楊氏模量值，而且還提高了涂層體系的韌性。證明了使用熱處理誘導非晶粘結層原位制備納米-陶瓷復合涂層材料是熱噴涂領域中可行的技術方案。

 

 

 

圖3 熱誘導前后非晶粘結層XRD分析結果。

 

 

 

圖4 熱誘導前后復合涂層界面的EBSD分析結果。

此外，利用三點彎曲測試技術提出單位力學貢獻率的計算方法，以此評價涂層的力學性能，降低了基體力學性能對涂層力學性能評價的干擾。相關的研究結果發表在Ceramics International, 2019, 45(15): 18803-18813。

 

 

 

圖5 三點彎曲測試復合涂層力學性能的結果。

上述研究工作獲得云南省重點研究發展計劃（2018BA067）、國家自然科學基金(51401097, 51961019)、云南省科技重大專項（2018ZE009）等的資助。熱噴涂非晶-陶瓷涂層對失效機械零部件進行再制造是一種有效的增材再制造材料，熱噴涂連續過渡涂層技術為超厚涂層的再制造奠定了技術基礎，貫徹了高效、節能、環保的“綠色”理念。