Modification of Plasma Sprayed TiO2 Coatings Characteristics via Controlling the In-flight Temperature and Velocity of the Powder Particles

Abstract

The study presents a comprehensive research on the plasma spray fabrication of TiO2 coatings with microstructural properties adjustable via controlling the respective in-flight properties of the feedstock particles. The in-flight properties can be, in return, governed by tuning the plasma system spray parameters. By linking the two determined approaches, a connection between the important coating characteristics (composition, microstructure, surface and mechanical properties) to the plasma system settings was established.

It was shown that by changing the values of six parameters representing the flexibility of the plasma system, the temperatures and velocities of the particles within the jet can be altered from 2125-2830 K and 137-201 m/s, respectively. The values of the in-flight temperature critically influenced the efficiency of the coating build-up (values ranging from 8-84 um per 1 torch pass) and the content of anatase phase in the fabricated coatings (0-5.8%), while the in-flight velocity of the TiO2 particles was found to be connected to the porosity of the coatings (ranging from 14.4-26.2%) and the adhesion strength at the coating-substrate interface (2.6x difference).

Publikace představuje výsledky komplexního výzkumu nanášení plazmatických nástřiků TiO2 s vlastnostmi modifikovatelnými pomocí ovlivnění letových vlastností částic výchozích prášků. Tyto letové vlastnosti mohou pro změnu být řízeny nastavením depozičních parametrů plazmového systému. Zjištěním a zkombinováním těchto dvou závislostí byl stanoven vztah mezi výslednými vlastnostmi nástřiků (složení, struktura, povrchové a mechanické vlastnosti) a nastavením plazmového systému.

Ve studii bylo ukázáno, že změnami šesti parametrů reprezentujících flexibilitu plazmatického systému lze měnit letové teploty a rychlosti částic v proudu plazmy v rozmezích 2125-2830 K a 137-201 m/s. Bylo dále ukázáno, že hodnoty letových teplot významně ovlivňují depoziční efektivitu procesu (hodnoty přírůstků tloušťky 8-84 um při jednom přejezdu pušky) a obsah fáze anatas ve výsledných nástřicích (0-5.8%), zatímco letové rychlosti částic TiO2 jsou úzce spjaty s porozitou nástřiků (výsledné hodnoty v rozsahu 14.4-26.2%) a adhezní síle rozhraní substrát-nástřik (rozdíl až 2.6x).