中华不锈钢网据统计:等离子喷涂工艺制备的ZrO2涂层具有优异的隔热性能和力学性能，在航空、车辆发动机等热端部件有重要的应用价值。ZrO2热障涂层常采用金属陶瓷双层复合或梯度涂层结构1131.制备过程中，金属和陶瓷颗粒经等离子焰流加热至熔化或半熔化状态，并以高速撞击基体后流散变形，这一过程直接决定了涂层的组织形态，进而影响涂层性能。颗粒与基体间的作用时间极短仅为微秒级，且过程中伴随着复杂的流体力学和热力学现象145.目前关于颗粒与基体碰撞变形过程的研究常采用计算机模拟，而试验研究是颗粒变形研究的难点。杨定富等人691研究了基体温度对涂层组织结构及性能的影响，发现适当预热基体，涂层性能得以改善。本文中针对这一问题，通过对不同基体预热条件下NiCrCoAlY金属及ZrO2陶瓷颗粒的变形特征进行研究，从试验角度分析研究基体温度对颗粒变形的影响，并测定了相应的涂层孔隙率，研究基体温度对涂层显微组织及其性能的影响。
期目者日项作稿金讯收基通国家部委预研项目（Y04-116201）马壮，副教授，主要研究等离子喷涂功能梯度材料Emailhstrong929bit.edu.cn 1试验方法等离子喷涂粉末材料采用北京矿冶研究总院生产的KF部分稳定Zr2（PSZ）。基体材料选用抛光不锈钢，以使颗粒撞击基体时自由铺展、流散。喷涂设备为PraxairTAFA公司的55002000.等离子喷涂工艺参数见表1，该工艺参数可以保证喷涂时NiCrCoAlY颗粒与Zr2颗粒充分熔化。预热方式采用喷涂前喷枪扫描基体，扫描次数增多，基体温度升高。控制基体温度在100200°C之间，与基体无预热时颗粒变形规律进行对比研究，分析基体温度对颗粒变形规律的影响。采用JSM5600LV扫描电子显微镜观察不同基体预热温度下的NiCrCoAlY与Zr2颗粒变形特征。利用LECO定量金相及VideotesbMaster软件系统分别测定不锈钢基体无预热及预热200C时NiCrCoAlY涂层与ZrO2涂层的孔隙率，对比分析基体温度对涂层组织形貌及结合性能的影响。
2试验结果及分析2.1NiCrCoAlY颗粒变形特征如所示。（a）中颗粒沉积形貌说明，喷涂过程中NiCrCoAlY颗粒熔化充分，熔滴撞击基体后迅速铺展流散。基体无预热时，NiCrCoAlY颗粒边缘堆积，涂层表面存在一定量的细小碎块。
（b）为单个NiCrCoAlY颗粒沉积形貌，由图可见，颗粒凝固后边缘堆积严重（图中箭头1所指处），并在整体盘形颗粒周围出现杂乱孤立的小碎块。这主要是由于基体无预热时，熔滴与基体间温度梯度较大，特别是边缘位置传热快，迅速凝固，阻碍熔滴整体铺展而产生堆积。同时，熔滴与基体碰撞接触处由于较大温度梯度而迅速凝固，气体来不及散出，形成孔隙。孔隙的存在导致熔滴底层传热较差，中心部分温度较高，熔滴动态黏度相对较小，铺展速度极快，形成很多碎小颗粒脱离整体发生飞溅。如（b）中箭头2所指，基体无预热时颗粒间的铺展产生相互影响，由于颗粒周围碎块较多，边缘堆积，导致后续熔滴铺展时，边缘在碎块的牵制下变形复杂，熔滴自由流散受到限制。
NiCrCoAlY颗粒变形形貌在基体预热温度为100C和200C时没有明显差别。为基体预热温度至200C时，NiCrCoAlY颗粒变形形貌的扫描电子显微镜照片。由（a）可见基体预热时，NiCrCoAlY颗粒边缘无堆积现象，涂层表面小碎块数目大量减少。从（b）可以看出，熔滴整体复合材料学报向外自由地铺展，熔滴边缘铺展时受到的阻碍影响减小。这主要是因为不锈钢基体预热后，熔滴与基体间温度梯度相对减小，熔滴边缘出现凝固的机会减小，熔滴铺展顺利。同时熔滴中心由于没有出现前期快速凝固形成的孔隙隔热层，使其温度较基体无预热时低，熔滴动态黏度较大，铺展变慢，有利于抑制小碎块的飞溅。由于基体预热后小碎块数目减少，后续颗粒流散受到的牵制影响减弱，颗粒铺展更自由。
不锈钢脱氧方式都是上述的第一种，近年来也增加了Ca-Si作为脱氧剂综合使用，但脱氧效果仍没有大的改善。因此，有必要对VOD吹炼不锈钢脱氧剂的合理搭配使用问铨进行研究，以充分降低钢中氧含量，提高钢的质量。
1.1生产试验数据钢的纯洁度主要以钢的氧、硫含量来表征的。
中华不锈钢网据统计:在实际生产中，控制硫含量都在较低范围，因此主要以氧含量来说明。为便于分析试验过程中脱氧剂及脱氧工艺对钢纯净度的影响，以A、B、C三种奥氏体黄晓斌：VOD吹炼不锈钢脱氧工艺及渣系分析不锈钢VOD吹炼时还原所用的各种脱氧剂用量、终脱氧剂量，计算了在V0D吹炼还原所用各脱氧剂的百分比，并引人Al/Si参数，将脱氧剂及脱氧工艺对钢纯净度的影响结果统计于表1（A1锭中，A1按100%计算；Fe-S中，Si含量按70%计算；Ca-Si块中，Si按60%计算，Ca按20%计算；A1线、Ca-Si线按每米0.25kg计算）。
脱剂对钢纯净度的影响炉号钢种脱氧剂中各组份值，（保留一位小数）1.2脱氧剂中Al/Si比值对钢中氧含量的影响由表1，将Al/Si比保留一位小数，并将相同A1/Si比之炉号钢的氧含量计算算术平均值，把计算结果与氧含量的对应关系按三阶多项式趋势线型回归，得到。
A1/S比值对钢中氧含量的影响增加，钢中氧含量先降低后升高。总的说来，Al/Si比值在1.1 ~2.2之间，钢中氧含量低于6xl03%.由此可见，控制脱氧剂中Al/Si比值在1.1 ~2.2，可使钢中氧含量有较低值。
1.3脱氧剂中Ca含置对钢中氧含置的影响在表1中，假设氧含量是被Ca元素单一因素影响，计算了含Ca量相同时钢中氧含量的算术平均值，将计算结果与氧含量的对应关系按二阶多项式趋势线型回归，得到如所示的趋势线型关系图。
由可以看出，在脱氧剂中，随着Ca含量增加，钢中氧含量也是先降低，后逐渐升高。当Ca的百分含量在3.7%-7.8%时，钢中氧含量低于6x KT3%；由此可知：控制脱氧剂中Ca的百分含量在3.7%-7.8%，能使钢中氧含量有较低值。
1.4脱氧剂加入顺序对钢纯净度的影响在实际炼钢过程中进行综合脱氧时，形成哪种类型的夹杂还与加人脱氧剂的顺序有密切关系。介绍，用铝和硅脱氧，先加铝后加眭，形成的夹杂尺寸只有几个；m，成群或成串状分布的A1203，与单独加铝形成的夹杂一样；如果先加硅后加铝，形成的夹杂物组成、形态、尺寸和分布就不同了，将出现直径大到3（Vm的球状硅铝酸盐和少量的串状A1203夹杂，它们的排除速度较前者大得多。因此，在不锈钢冶炼中，后期的脱氧剂加人顺序应遵循先硅后铝的原则。遗憾的是，在长钢的不锈钢冶炼中，未能收集到这方面的数据进行验证。
1.4的分析说明，使用A1-Si-Ca复合脱氧，较使用Al-Si复合脱氧好。控制脱氧剂中AI、Si、Ca含量在一定比例并遵循一定的加人顺序，可以起到良好的降低钢中氧含量的作用。
分析其原因认为，使用Al-Si-Ca复合脱氧后，一方面Ca与氧反应，其平衡的溶解氧含量非常低（降低，促进反应向生成Si02、AI203、Ca0的方向移动，从而达到降低钢中溶解氧的目的。此外，钢中含一定的Ca后，脱氧产物CaO易于与A1203夹杂结合生成液态铝酸钙夹杂，此类夹杂在钢中比较容易得到去除。实际上，此即Ca处理对钢的变性作用。另外，控制Al/Si值在一定范围，实际上是控制了脱氧生成产物Al203/Si02有一定比例。在此情况下，脱氧生成产物可能聚合成了易于上浮的低熔点夹杂群，从而使氧含量降低。
2渣系研究我们知道，单纯用脱氧剂脱氧，其生成产物不能得到有效的去除，必须配以合适的顶渣吸收脱氧产物，才能得到纯净的钢液。
决于钢中溶解铝的含量外，还取决于脱氧产物ai23的活度。降低脱氧产物ai2o3的活度，将有利于脱氧平衡向生成A1203的方向移动，从而降低钢中氧的活度。因此，合成渣必须要有充分吸收钢中脱氧产物A1203的能力。
在钢铁的冶炼过程，顶渣的性质对非金属夹杂的吸附起重要作用。对夹杂的吸附影响最大的则是渣的粘度性质，粘度性质取决于炉渣的化学成分。
中华不锈钢网据统计:炉渣中碱性物质多则拈度就大，酸性物质多则粘度就小，而代表炉渣酸碱度的则是炉渣的碱度，为此在产中多以炉猹的碱度来评判炉猹性质的优劣。许多研究者研究了不同顶渣碱度对钢中氧化物夹杂的影响。成国光等人研究"7精炼轴承钢的表2炉渣成分分析/%炉号钢种脱氧，认为精炼顶渣碱度控制在大于2.5能有效地去除钢中氧化物夹杂。周春泉等人的研究也证实：碱度大于3.0能获得全氧最低的精炼钢。国外的研究者也得出了碱度大于285的渣系可以很好地保证钢的低氧含量的结论。但是，国内有研究者提出了不同的看法：大冶钢厂与钢铁研究总院合作U5，研究了精炼轴承钢顶渣，发现精炼顶渣碱度控制在1.5~2.5可以取得较好的脱氧脱硫及去除氧化物夹杂的效果。穆大魏、林国用等的研究也证实了低碱度渣的良好的去除氧化物夹杂的效果。还有研究者研究了炉淹的氧化性与脱氧的关系，认为随炉渣氧化能力增强，炉渣的脱氧能力就越弱。因此炉渣的氧化性同样影响了其脱氧能力。
2.1炉渣成分检验结果为了便于分析炉渣性质对钢中氧含量的影响，分析了部分炉号炉渣成分，列于表2中。
2.2炉渣成分对钢中氧含量的影响由表2可以看出，炉渣的主要成分是以CaO、Si2、Al23为主的，因此其炉渣相图也适合以CaO-Si02-Al203三元渣系相图来解释，如。
由可以看出，要使炉渣具有良好的吸附夹杂的能力（尤其是氧化物夹杂），炉渣须熔点较低、并保持良好的流动性。指出：炉渣的成分越复杂，则其熔点就越低。在中，成分复杂的区域在三角形的中部，即图中钙长石和钙黄长石区。而钙长石和转黄长石相比，钙黄长石之溶点更低，因此最理想的炉渣是钙黄长石区。不难看出，Ca0-Si02 -A12Q三元渣系中，要保证炉渣为钨黄长石（或其附生的其他相）即需要控制炉渣成分：CaO30%~50%；Si210%~40%；A120320%~40%.这样的炉渣，其碱度和熔点当然很低，其吸附夹杂的能力也很强。
2.3炉渣碱度对钢中氧含量的影响=（CaO+Mg/2）/（Si02+Al203/3）i，并将全碱度与钢氧含量的关系作二阶线型趋势图（因未能收集到碱度更高炉号的氧含量数据，故以线型趋势前推了一个刻度单位），见。
线可知，VOD冶炼精炼渣全碱度约在1.75 ~2.25之间，钢的氧含量最低。分析认为，钢中氧含量降低的原因如下：根据的研究：熔渣与钢水中氧化物夹杂的相碰几率直接影响钢水净化的效果，钢-渣混合越充分，这种相碰几率就越大。而决定钢-渣混合的主要因素有：渣子的粘度、密度、熔点、钢-渣界面张力及外界吹氩方式、强度和时间。
它组分含量变化不大的情况下，碱度R=0.43.0，1550~1600温度范围，渣系密度变化很小，熔点基本都在1400以下，因而子的流动性是良好的。而碱度对界面张力的影响不大，假设吹氩制度一定的情况下，则决定钢-渣混合好坏的内在的主要动力学条件是渣子的粘度性质。U5指出，当渣子碱度在1.5~2.5范围时，粘度值最小，而且渣中成分可在较宽范围内波动而不影响氧化物夹杂净化效果。大冶钢厂测定的实际值为：在2.3之间氧化物的沾污度为最低；而随碱度增加，硫化物的沾污度减小。
根据我厂V0D吹炼不锈钢所得数据分析得出，精炼渣碱度在1.75-2.25之间能保证钢中氧含量最低。这样的碱度范围，既保证了降低硫化物沾污度的较高碱度，又保证了降低氧化物沾污度的合适碱度，故试验得出的碱度范围（R =1.75~2.25），能起到充分脱氧、脱硫、去夹杂的作用。
2.4炉渣氧化性对钢氧含量的影响为了便于分析，以VOD精炼炉渣中2（FeO +Mn0+Cr203）之含量来表征炉渣的氧化性，并将X（Fe0+Mn0 +Cr203）与钢中氧含量的关系作二阶多项式回归趋势线型图，得到所示的曲线关系。
+MnO+203）含量的增加，钢中氧含量是增加的。意即随炉渣氧化性增强，钢氧含量增加。因此要得到高纯洁度的钢，必须控制炉渣氧化性在较低的水平。
3结束语在生产中影响钢氧含量的两个重要因素是脱氧工艺及渣系选择。分析认为，要降低V0D吹炼不锈钢氧含量，可以从以下两方面采取措施：对脱氧剂及脱氧工艺对V0D吹炼不锈钢氧含量的影响研究认为：使用Al-Si-Ca复合脱氧，较使用Al-Si复合脱氧好。控制脱氧剂中Al/Si值在1 10~2.20之间，含Ca3.70%~780%左右，脱氧剂加入顺序遵循先硅后铝的原。则，这样可以起到良好的降低钢中氧含量的作用。
中华不锈钢网据统计:对VOD吹炼不镑钢炉渣的分析研究认为：控制20%~40%.能保证炉渣熔点在较低范围，从而有充分吸附夹杂的能力；V0D精炼渣碱度控制在1.75 ~2.25之间能起到降低氧化物夹杂、氧含量，从而改善钢纯净度的作用；随着炉渣中S（FeO+MnO +Cr203）含量的增加，钢中氧含量是增加的，要得到高纯洁度的钢，必须控制炉渣氧化性在较低的水平。
