本文通过机械团聚法将Fe₂O₃和Al粉制备成适于等离子喷涂的复合粉体。并利用等离子反应喷涂的方法制备出了具有部分纳米结构的复合涂层。对复合涂层的显微形貌、微观组织、断裂韧性、耐磨性能等进行了检测和分析,同时对其反应机理进行了研究。 将微米级原始粉体（Fe₂O₃和Al）经过配比、混合、机械团聚、筛分等一系列过程,制备出了流动性好,尺寸分窄,形状规则的复合粉体。 将复合粉体送入等离子焰流,在焰流中被引燃并发生反应,反应产物借助高速的等离子焰流,在基体表面紧密堆积形成复合涂层;涂层主要以FeAl₂O₄与γ-Al₂O₃为层状组织,α-Fe颗粒弥散分布于涂层的层间或层内;TEM分析表明:FeAl₂O₄相主要以部分纳米等轴状晶或层片状晶的形式存在,而γ-Al₂O₃相和α-Fe相则以部分球形纳米晶存在。 通过对复合涂层与普通氧化铝涂层的压痕及断口形貌比较得出:复合涂层的压痕形貌更清晰,边缘没有出现塌陷和翘边现象;复合涂层断口存在较大起伏,特别是具有部分金属拔出机制的明显韧性断裂特征。从而定性地得出复合涂层具有良好的韧性。 在以Ni包Al为底层的情况下,复合涂层的结合强度要比普通AT13陶瓷涂层高约1/4;在没有底层时也要明显高于AT13陶瓷涂层。同时复合涂层的孔隙率也要比普通AT13陶瓷涂层低约1/2。 在相同油润滑条件下复合涂层的耐磨性明显优于AT13陶瓷涂层。复合涂层在低载荷下处于部分润滑或边界润滑状态,在高载荷下涂层由开始时的边界磨损,转变成混合磨损甚至是干料磨损,涂层磨损表面产生微裂纹。由于复合涂层具有极薄且致密的层状组织,同时有金属Fe颗粒的弥散分布,提高了涂层的韧性,从而使复合涂层具有较好耐磨性。 通过热力学计算、差热分析、反应产物的熔化及沉积状态的分析表明:复合粉体在等离子焰流中一旦发生反应,就立即开始分步进行;且在飞行过程中复合粉体就已反应完全,其反应产物以熔融态液滴形式溅射到基体上,最终形成以FeAl₂O₄和Fe为主要相,Al₂O₃相和少量FeO相存在的层状复合涂层。