超音速火焰喷涂铁基非晶涂层的微观组织及性能

为增强海洋工程装备中关键部件的耐磨与抗腐蚀性能,采用超音速火焰喷涂(HVOF)技术在不锈钢基体表面喷涂Fe基非晶涂层。利用SEM、XRD和DSC等,对该涂层的微观组织、相结构及性能进行了分析。研究了喷涂中煤油流量、氧气流量、喷距对非晶涂层微观组织和性能的影响。结果表明,超音速火焰喷涂制备的铁基非晶涂层组织结构均匀致密,呈完全非晶态结构。喷涂工艺参数对涂层的显微硬度具有重要影响,在优化工艺参数下获得的显微硬度为912.1 HV0.3。不锈钢喷涂非晶涂层后耐磨性提高。     

NiCrWMoCuCBFe涂层的制备及其力学性能研究

目的 探究NiCrWMoCuCBFe涂层的微观组织结构、物相组成及其力学性能。方法 通过霍尔流速计表征了喷涂粉末的流动性和松装密度,采用超音速火焰喷涂在316L不锈钢表面制备了NiCrWMoCuCBFe涂层,利用SEM、EDS分别对喷涂粉末的形貌、涂层的组织结构以及粉末和涂层中的元素组成进行了表征,采用XRD、Raman分析了涂层中的物相,使用显微硬度计及万能材料试验机考察涂层的硬度、结合强度和抗弯强度,并分析了涂层的断裂失效机理。结果 NiCrWMoCuCBFe喷涂粉末具有良好的流动性,在喷涂过程中没有发生严重的氧化现象。通过超音速火焰喷涂制备的NiCrWMoCuCBFe涂层具有致密的层状组织结构,其物相主要是Ni基固溶体,但是也出现了少量的NiO和Cr2O3。此外,涂层的截面硬度与表面硬度相当,约为600HV300 g,且涂层与316L不锈钢的结合强度较高,大于70 MPa。三点弯曲试验中,持续加载至载荷为1800 N,应变为(4.81±0.3)%时,涂层达到强度极限,产生明显的塑性变形;而当载荷仍然保持1800 N,应变继续增加达到(11.43±0.03)％时,涂层与316L不锈钢基材的结合界面彻底开裂失效,此时涂层内部同时具有横向裂纹和纵向裂纹,样品的抗弯强度约为(1.87±0.02) GPa。结论 超音速火焰技术制备出的NiCrWMoCuCBFe涂层具有良好的致密性及优异的力学性能。     

微束等离子喷涂制备羟基磷灰石涂层微观结构的特征研究

目的 通过与大气等离子喷涂和超音速火焰啧涂的对比,研究微束等离子喷涂制备的羟基磷灰石涂层的微观组织特点.方法 以高结晶度的羟基磷灰石粉末为原料,采用三种不同的喷涂方法(微束等离子喷涂、大气等离子喷涂和超音速火焰喷涂),在Ti-6Al-4V基体上制备羟基磷灰石(HA)涂层.利用冷场发射扫描电子显微镜和X射线衍射仪,对三种涂层的形貌、相组成和择优取向进行分析.结果 与大气等离子喷涂及超音速火焰喷涂制备的涂层相比,应用该设备制备的羟基磷灰石涂层表面平整致密,无大量的气孔存在;涂层截面呈典型的层状结构,在近三分之一表面处观察到柱状晶;涂层中仅有少量的非晶相及分解相,结晶度高达90％以上.这些特征均有利于羟基磷灰石涂层在体液环境中的稳定性.结论 比较三种喷涂方法,采用微束等离子喷涂制备的羟基磷灰石涂层致密,结晶度高,杂相少,且存在择优取向的柱状晶.     

多尺度WC-17Co热喷涂层的组织结构与耐磨损性能

采用超音速火焰喷涂技术在4种氧气流量条件下制备多尺度WC-17Co金属陶瓷涂层,研究不同氧气流量对涂层的组织结构与耐磨损性能的影响。通过扫描电子显微镜和X射线衍射仪分别对涂层的微观组织形貌和物相进行分析,对4种涂层的硬度和耐磨损性能进行了测试。研究结果表明:所制备的4种涂层组织致密,孔隙率低,涂层与基体结合良好;随着氧气流量降低,涂层中WC陶瓷相分解逐渐增加;涂层的硬度值分布在862±10.5 HV0.3(322 L/min)至938.4±19.9 HV0.3(543 L/min)之间,涂层硬度值随氧气流量增大而增加;经过磨损试验发现,涂层磨损量随氧气流量增加而降低,涂层磨损量分布在8.58±0.04 mg(543 L/min)至15.82±0.17 mg(322 L/min)。     

活塞杆表面制备CoNiCrAl/Cr_2O_3·SiO_2·TiO_2复合涂层的性能研究

采用超音速火焰喷涂与高焓等离子喷涂相结合的方法,在启闭机活塞杆用45钢表面制备了CoNiCrAl/Cr_2O_3·SiO_2·TiO_2复合涂层。分析了该涂层的微观组织结构、显微硬度、孔隙率、结合强度、抗磨损性能和电化学性能等,并分析了涂层的磨损机理。结果表明:涂层的孔隙率为0.57%,涂层的平均显微硬度达1332.3HV0.2,涂层结合强度均值达到63.7MPa,涂层的抗摩擦磨损性能是基体45钢的84.3倍,CoNiCrAl/Cr_2O_3·SiO_2·TiO_2涂层具有优良的抗磨损性能。CoNiCrAl/Cr_2O_3·SiO_2·TiO_2涂层的抗电化学腐蚀能力强于基体的。利用超音速火焰喷涂与高焓等离子喷涂相结合制备的CoNiCrAl/Cr_2O_3·SiO_2·TiO_2涂层具有优良好的应用前景。     

等离子喷涂与超音速火焰喷涂NiCr-Cr3C2涂层组织与摩擦磨损性能研究

目的 研究等离子喷涂与超音速火焰喷涂NiCr-Cr3C2涂层的组织、力学性能和摩擦磨损性能。方法 采用等离子喷涂与超音速火焰喷涂工艺制备NiCr-Cr3C2涂层,并采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、万能试验机、显微硬度计和高速往复摩擦磨损试验机,系统地分析了两种工艺所得涂层的物相、组织、结合强度、硬度及摩擦磨损性能。结果 两种工艺制备的NiCr-Cr3C2涂层与基体界面结合效果良好。等离子喷涂NiCr-Cr3C2涂层为层片状组织,层间可见微裂纹,孔隙率较高;超音速火焰喷涂NiCr-Cr3C2涂层组织均匀,无明显微裂纹,可见少量微小孔隙。物相分析表明,等离子喷涂涂层由NiCr、Cr3C2和Cr7C3相组成,而超音速火焰喷涂涂层由NiCr和Cr3C2相组成。超音速火焰喷涂NiCr-Cr3C2涂层的耐磨性优于等离子喷涂涂层,等离子喷涂涂层和超音速火焰喷涂涂层的稳态摩擦系数分别为0.4和0.6。随载荷升高,两种工艺制备的NiCr-Cr3C2涂层摩擦系数均显著下降。磨损后,等离子喷涂NiCr-Cr3C2涂层表面具有明显的凹痕和剥落,而超音速火焰喷涂NiCr-Cr3C2涂层磨痕表面较光滑,未见明显剥落。两种工艺制备的涂层磨损机制均为磨粒磨损和疲劳磨损。结论 超音速火焰喷涂NiCr-Cr3C2涂层较等离子喷涂涂层组织更为致密,具有更为优良的综合力学性能和耐磨性,等离子喷涂制备的NiCr-Cr3C2涂层的减摩性较好。     

PCrNi3Mo钢表面磁控溅射CrN涂层工艺优化及性能

采用磁控溅射技术在PCrNi3Mo钢表面沉积了CrN涂层。利用激光共聚焦显微镜、扫描电镜(SEM)、纳米压痕仪、X射线衍射仪(XRD)对涂层的形貌、硬度与弹性模量和相结构进行了表征,研究了基体负偏压、溅射电流和N2/Ar流量比对溅射涂层结构和力学性能的影响。结果表明:在基体负偏压为100 V、溅射电流为0.2 A、N2/Ar流量比为1时溅射的CrN涂层质量最佳,其硬度和弹性模量分别为21.38 GPa和272.71 GPa,较PCrNi3Mo钢基体的硬度(5.57 GPa)与弹性模量(258 GPa)明显提高。     

电热爆炸喷涂3Cr13涂层的微观结构和微观力学性能

采用电热爆炸定向喷涂技术，在45钢表面制备了3Cr13（AISI420）不锈钢涂层。用扫描电镜、EDAX和X衍射仪分析了涂层的微观结构；用显微硬度计和纳米压痕仪测试了涂层的微观力学性能。结果表明：电热爆炸喷涂3Cr13涂层致密，孔隙率为0．7％；涂层的相组成主要为α-Fe、Fe-Cr、α-Fe2O3、Cr2O3等，其中氧化物的含量较少；在涂层与基体的过渡区附近元素的互扩散现象较明显，证明涂层与基体主要是冶金结合。涂层的显微硬度最高达到了677．7HV0．1，平均值为626．4HV0．1，纳米压痕硬度达到了10．3GPa，弹性模量为220．3GPa。     

表面喷涂对不锈钢零件耐磨性能的影响

在不锈钢表面采用超音速火焰喷涂了WC-10Co-4Cr涂层,并对喷涂粉末和涂层的显微形貌、物相组成进行了表征,研究了基体与涂层的耐磨性能。结果表明,不锈钢表面涂层与基体以机械结合为主、冶金结合为辅,基体与涂层间过渡良好,未发现气孔或者微裂纹缺陷;原始喷涂粉末的物相组成为WC、Co和少量Co3W3C相,经过超音速火焰喷涂处理后,涂层的物相组成为WC、Co6W6C和W2C相;经过超音速火焰喷涂处理后,涂层的摩擦磨损性能明显优于不锈钢基体,这主要与致密的涂层硬度较高、抗摩擦磨损能力更强有关。     

火焰喷涂和等离子喷涂FeCrBSi涂层及其防滑和耐磨性能研究

目的采用大气等离子喷涂(APS)和火焰喷涂(FS)在304不锈钢基体上制备FeCrBSi涂层,并对比研究两种工艺制备涂层的防滑和耐磨性能。方法通过光学显微镜、场发射扫描电镜和X射线衍射仪对涂层的显微形貌和结构进行分析,通过维氏硬度计测试涂层的显微硬度。采用摩擦磨损试验机和三维光学显微镜,测量涂层在干摩擦条件下的摩擦系数和磨损量。结果两种喷涂方法制备的涂层多孔,在喷涂过程中极少发生氧化。与火焰喷涂涂层(749HV0.1)相比,大气等离子喷涂涂层(837HV0.1)具有更高的维氏硬度值。在摩擦试验中,火焰喷涂涂层的磨损率为(38.63±2.37)×10~(-6)m~3/(N·m),而大气等离子喷涂涂层的磨损率为(9.5±0.49)×10~(-6)m~3/(N·m),但两种涂层的摩擦系数区别较小,在频率2 Hz、载荷10 N的条件下的摩擦系数为0.6~0.7。结论两种涂层的磨损机制均为疲劳磨损,喷涂态FeCrBSi涂层具有较好的防滑耐磨性能,且大气等离子喷涂涂层性能优于火焰喷涂涂层。     

电热爆炸喷涂WC/Co涂层组织和性能研究

利用电热爆炸喷涂技术，在45钢表面制备了WC／Co耐磨涂层，使用SEM和XRD分析了涂层的组织与相结构，使用显微硬度计和纳米压痕仪测试了涂层的硬度和弹性模量。结果发现，电热爆炸喷涂WC／Co涂层致密，无明显的层状结构；涂层的显微硬度最高达到了2836HV0．1，平均为1704HV0．1；纳米压痕仪测得涂层的弹性模量为346．8GPa；涂层的相组成主要为WC和W2C；在涂层与基体的结合区，出现柱状晶，证明涂层与基体主要是冶金结合。     

超音速火焰喷涂Fe基非晶/纳米晶涂层的组织性能特征

采用超音速火焰喷涂设备制备了Fe基非晶／纳米晶涂层，采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、显微硬度计等对涂层的微观形貌、结构特征及显微硬度进行了研究。涂层由变形带状粒子、未熔颗粒及少量孔隙组成，涂层致密。由于该方法的冷却速度高，涂层中形成了非晶，后续涂层的加热使部分非晶转变为纳米晶。涂层的显微硬度平均为1084HV0.2，明显高于基体；靠近涂层的基体表面产生了加工硬化。     

NiCrWFeSiBCCo合金涂层的组织与耐空蚀性

采用超音速火焰喷涂技术,在1Cr18Ni9Ti不锈钢基体表面制备NiCrWFeSiBCCo合金涂层. 采用金相显微镜(OM)、超景深体视显微镜(SM)、扫描电镜(SEM)观察涂层的显微组织和空蚀前后表面的微观形貌;采用表面粗糙度测试仪和显微硬度测试仪对涂层表面粗糙度和显微硬度进行表征;采用X-Ray衍射仪(XRD)分析涂层的相组成;采用磁致伸缩空蚀试验仪测定涂层的空蚀性能,并与1Cr18Ni9Ti不锈钢的空蚀性能进行比较. 结果表明,采用超音速火焰喷涂(HVOF)制备的NiCrWFeSiBCCo涂层组织均匀,结构致密(平均孔隙率为0.63%),硬度为1 004 HV,NiCrWFeSiBCCo涂层的抗空蚀性能明显优于1Cr18Ni9Ti不锈钢.     

超音速等离子与超音速火焰喷涂WC-10Co4Cr涂层的性能及磨损机理

采用超音速等离子喷涂和超音速火焰喷涂分别制备了WC-10Co4Cr金属陶瓷涂层,表征和分析了WC-10Co4Cr涂层的物相组成、微观组织结构,进行了硬度、孔隙率、结合强度及560和1120 r/min下的磨损对比试验。结果表明,超音速等离子喷涂制备的涂层的综合性能与超音速火焰喷涂制备的涂层性能相当。在560 r/min下磨损10 h,超音速等离子喷涂制备的涂层与基体的磨损量比为1∶122.15,超音速火焰喷涂制备的涂层与基体的磨损量比为1∶138.36,涂层的磨损机制主要表现为磨粒磨损。在1120 r/min下磨损10 h,超音速等离子喷涂制备的涂层与基体的磨损量比为1∶109.53,超音速火焰喷涂制备的涂层与基体的磨损量比为1∶127.44,涂层的磨损机制主要表现为磨粒磨损和疲劳磨损。     

不同载荷对HVOF 喷涂AlCoCrFeNi 高熵合金涂层摩擦学性能的影响

目的 提高深地钻探钻具关键零部件的抗磨性能。方法 采用超音速火焰喷涂技术(HVOF)制备AlCoCrFeNi高熵合金涂层。采用X射线衍射仪对高熵合金粉末和涂层的相组成进行研究,采用扫描电子显微镜对高熵合金粉末及涂层的微观结构进行分析,使用维氏显微硬度计测得涂层的显微硬度,采用摩擦磨损试验机对涂层在不同载荷下的磨损行为进行研究。采用SEM和EDS对磨痕表面进行分析,采用XPS技术分析磨痕元素成分,利用三维白光干涉形貌仪测量涂层的磨损体积和表面粗糙度。结果 HVOF喷涂AlCoCrFeNi高熵合金涂层结构致密,相结构为BCC相,显微硬度达(536±34)HV0.2,约为35CrMo钢基体[(278±20)HV0.2]的2倍。随着载荷的增加,涂层的摩擦系数减小、磨损率增大。相同载荷下(6 N),涂层的磨损率约为基体的41%。HVOF喷涂AlCoCrFeNi高熵合金涂层的磨损失效机制为,低载荷下(2 N)主要为氧化磨损伴随着轻微的磨粒磨损;高载荷下(4、6 N)受到反复剪切应力出现疲劳磨损。结论 HVOF喷涂AlCoCrFeNi高熵合金涂层具有良好的抗磨性能,可以有效减轻磨损,有望应用于深地钻探钻具关键零部件的表面防护。     

超音速火焰喷涂TiB2-40Ni涂层的组织和耐磨性

通过超音速火焰喷涂技术在Q235钢基体表面喷涂TiB₂-40Ni涂层,并对涂层的组织结构、硬度值和耐磨性进行了研究。结果表明,涂层组织致密,孔隙率为0.474%,硬度值为408±40.5 HV0.3。涂层主要由TiB₂和Ni构成。经磨粒磨损试验,TiB₂-40Ni涂层的耐磨损性能良好,磨损量为2.21±0.11 mg。     

超音速火焰喷涂WC-10Co-4Cr涂层的摩擦腐蚀性能研究

目的研究不同喷涂距离下WC-10Co-4Cr涂层的摩擦腐蚀性能,探究其机理并优化工艺参数,以提高涂层性能。方法通过超音速火焰喷涂技术在304不锈钢基体上制备WC-10Co-4Cr防护涂层,通过扫描电子显微镜和X射线衍射仪研究涂层的微观结构及相组成,采用维氏显微硬度计测量涂层的显微硬度。采用装配有电化学工作站的摩擦磨损测试仪,对浸没于3.5%NaCl盐溶液中的涂层进行摩擦腐蚀实验,测量涂层在静态及滑动条件下的磨损率、摩擦系数和极化曲线。结果喷涂距离提高时,涂层孔隙率降低,硬度提高,达到1100～1400 HV。在腐蚀介质中滑动摩擦时,WC-10Co-4Cr涂层的磨损率较304不锈钢低2个数量级,磨损率为1.7×10~(-7)mm~3/(N·m),而304不锈钢的磨损率为2.6×10~(-5)mm~3/(N·m)。结论 WC-10Co-4Cr涂层良好的摩擦腐蚀性能归因于承受负载的WC相与产生钝化的金属粘结相之间的协同作用,其抵抗涂层受摩擦腐蚀破坏。     

HVAP 及 HVOF 工艺制备 WC10Co4Cr 复合涂层及其性能研究

目的对比研究超音速等离子喷涂(HVAP)技术与超音速火焰喷涂(HVOF)技术制备WC10Co4Cr涂层,并根据涂层组织形貌与电化学特性判断两种工艺的优劣。方法采用SEM及XRD分析WC10Co4Cr复合涂层的微观形貌和物相,在3.5%(质量分数)Na Cl溶液中对涂层进行电化学分析。结果 WC10Co4Cr涂层由较大的WC颗粒及粘结相组成,在喷涂过程中WC颗粒不断累积形成层片状结构,涂层有较小程度的失碳,形成了具有脆性的W2C。电化学极化测试表明,超音速等离子喷涂技术制备的涂层表现出优异的抗电化学腐蚀性能。结论超音速等离子喷涂技术制备的WC10Co4Cr涂层显微硬度为1197HV,孔隙率为0.50%,腐蚀电位为-0.3947 V,腐蚀电流密度为9.19×10-7A/cm2,腐蚀速率为1.01×10-2g/(m2·h),腐蚀深度为1.09×10-2mm/a,具有与超音速火焰喷涂涂层相似的耐腐蚀性能。     

医用镁合金等离子喷涂羟基磷灰石涂层研究

为了提高医用镁合金的表面耐蚀性和生物相容性,采用等离子喷涂技术在镁合金表面制备羟基磷灰石(HA)涂层.研究结果表明,镁合金表面所制备的HA涂层与基体结合牢固,界面无裂纹、气孔等缺陷.相组成为生物相容性较好的HA和少量的Ca3(PO4)2(TCP),显微组织具有层状特征,涂层表面存在一些有利于骨长人的孔隙.涂层的弹性模量约为19.825 GPa,接近骨的弹性模量,涂层表面硬度为300～350 HV.腐蚀试验和钙磷沉积试验结果表明HA涂层具有较好的耐蚀性和骨诱导性.     

不锈钢316L氮化/(Cr,Ti)N涂层原位复合制备

目的研究不同复合涂层的结构及其对力学性能的影响。方法采用等离子体增强磁控溅射系统在奥氏体不锈钢表面分别进行等离子体氮化、(Cr,Ti)N涂层、氮化+(Cr,Ti)N涂层、氮化+Cr+(Cr,Ti)N涂层四种复合表面强化处理。采用XRD、SEM、纳米压痕仪、摩擦磨损仪和划痕仪等分别研究了不同改性层对微观结构以及力学性能的影响。结果氮化后,形成了较高含氮量的过饱和固溶体相(γN),并伴有少量Cr_2N和Fe_2N析出,硬度及杨氏模量分别为18.3 GPa、264.7 GPa。氮化后原位沉积涂层有效避免了氮化物相的析出,过饱和氮原子向基体进一步扩散,增加了氮化层的深度。两种氮化后复合(Cr,Ti)N涂层的硬度和模量均高于单一的(Cr,Ti)N涂层(分别为20.2GPa和271.8GPa),其中氮化+(Cr,Ti)N涂层的硬度和模量均最高(分别为25.4 GPa和345.6 GPa),氮化+Cr+(Cr,Ti)N涂层次之(22.4 GPa和326.3 GPa)。由于氮化层起到了良好的梯度过渡作用,氮化+(Cr,Ti)N涂层的膜基结合力最高,从单一涂层的9.5 N提高到50.9 N,其摩擦系数降低到0.43,磨损量最低,仅为基体的0.66%。结论氮化+(Cr,Ti)N复合涂层的力学性能最佳。