在众多的表面处理工艺中,热喷涂技术由于其涂层制备成本低,效率高等优势,日益受到业界的关注和重视。同时,灰铸铁以其较低的成本和石墨的自润滑作用,使得等离子喷涂灰铸铁涂层成为改善铝合金发动机气缸体表面耐磨性的主要方法之一。遗憾的是,等离子喷涂过程中灰铸铁熔滴发生快速冷却,在铸铁涂层中难以获得大量的石墨组织。令人鼓舞的是,较大的石墨和灰铸铁基体熔点的差异使得灰铸铁颗粒在等离子射流中保持固(石墨)-液(基体)两相状态成为可能。基于此,通过合适的灰铸铁成分和喷涂工艺设计,完全可以将灰铸铁粉末中的石墨保留到涂层中。因此,获得含石墨组织的灰铸铁粉体就成为了通过保留石墨途径获取含石墨灰铸铁涂层的关键。然而,目前喷涂用灰铸铁粉末主要通过气体或水雾化法制备,这两种方法同样存在熔滴快速凝固的情况,即粉末中的碳主要以渗碳体形式存在,而不是石墨。基于以上分析,本文提出基于―结构移植‖思路的粉末制备工艺,并通过设计正交试验研究球料比、球磨转速和球磨时间对粉末各项性能指标影响的主次顺序和最佳因素组合。粉末物相组成采用X射线衍射仪(XRD)测量,并根据三强峰的积分面积估算石墨含量、根据Williamson-Hall方法估算粉末晶粒尺寸和微观应变。采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)观察粉末颗粒的表观形貌及截面结构,结合能谱分析(EDS)确定粉末截面元素分布并判定石墨组织。粉末流动性采用霍尔流速计测量,粉末截面显微硬度采用显微硬度计测量。正交试验的极差分析和方差分析结果表明,球料比对粉末各项性能指标均有显著影响,而球磨时间和转速对其无显著影响。粉末表面FESEM观察表明,粉末前驱体形状不规则,呈长条薄片状,颗粒表面和边缘比较粗糙且存在裂缝和尖锐的棱角。经过球磨处理后,粉末形貌由不规则条饼状逐渐变为椭圆饼状,其表面也趋于光滑,颗粒边缘的尖锐棱角都出现了类似―缝合‖机制的钝化。EDS能谱分析结果和XRD分析结果都表明粉末前驱体和球磨后粉末里都含有片状石墨。而且,随着球料比的增加,粉末晶粒尺寸减小,微观应变增大,粉末显微硬度增加,这些主要是球磨过程中粉末的严重塑性变形产生晶体缺陷、新晶界和加工硬化的结果。粉末流动性测试结果表明,球磨后粉末流动性较前前驱体粉末显著提高。然而,随球料比增大,粉末流动性变化较为复杂,但总体变差。为此,采用分形维定量表征粉体特征。结果表明随着球料比增加,(1)粒度分布分形维先快速降低后逐渐升高且趋于平稳,说明颗粒分布均匀性先变差后变好;(2)周长-面积边界分形维降低,颗粒圆形度增加,粉末颗粒轮廓不规则程度降低;(3)表面分形维先降低后增加,说明粉末颗粒表面粗糙度先降低后增加。这些充分说明了粉末形貌、表面粗糙度、粒度分布等因素都将影响粉末的流动性,且粉末流动性的变化与这些因素在特定条件下主次地位的变化有关。