高焓等离子喷涂WC-10Co-4Cr涂层的微观组织及其拉伸断裂机理

利用SQC-100高焓等离子喷涂系统在0Cr13Ni4Mo不锈钢基体表面制备了WC-10Co-4Cr涂层;通过金相测试、摩擦磨损试验、拉伸试验,分别评价了WC-10Co-4Cr涂层的孔隙率、显微硬度、耐磨损性能、结合强度;利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分别观察和分析了WC-10Co-4Cr涂层的微观形貌和成分。结果表明:WC-10Co-4Cr涂层的孔隙率为0.77%,硬度为1 210HV,耐磨性是基体的143倍,涂层与基体保持着良好的结合,结合强度达到72 MPa;WC-10Co-4Cr涂层结构致密,主要由WC相及少量W2C相组成;WC-10Co-4Cr涂层的断裂主要表现为沿晶断裂和穿晶断裂;提高粒子速率和温度可有效提高WC-10Co-4Cr涂层的结合强度。     

45CT和NiCr/Cr3C2涂层在模拟烟气中的热腐蚀行为

目的采用超音速火焰喷涂技术在P12钢表面制备45CT和NiCr/Cr_3C_2涂层,研究两种涂层样品的热腐蚀行为和机理。方法将样品表面涂覆75%Na_2SO_4+25%NaCl(质量配比)混合盐膜后,置于650℃含0.15%SO_2(体积分数)的模拟烟气中进行腐蚀,间隔一定时间取出样品进行质量称取,获得腐蚀动力学曲线。采用XRD、SEM/EDS对喷涂层和热腐蚀产物的成分、形貌、物相进行分析。结果采用超音速火焰喷涂制备的涂层结构致密、孔隙率低。腐蚀过程中样品整体表现为增重,但增重过程中有失重,NiCr/Cr_3C_2后期失重比45CT严重。45CT和NiCr/Cr_3C_2涂层均生成了耐蚀性良好的致密Cr_2O_3,而NiCr/Cr_3C_2涂层样品在涂层/基体界面还生成了氧化物和硫化物层,易导致涂层与基体界面弱结合。结论在650℃含0.15%SO_2的模拟烟气条件下,45CT涂层样品表现出了比NiCr/Cr_3C_2更好的抗热腐蚀性能。     

汽轮机叶片钢超音速火焰喷涂层和等离子喷焊层性能研究

目的 提高汽轮机叶片钢1Cr12Ni2W1Mo1V的抗微粒冲蚀性能和抗水蚀性能。方法 利用超音速火焰喷涂技术和等离子喷焊技术在其表面分别制备了Cr3C2-NiCr75-25涂层、WC-10Co-4Cr涂层和Stellite 6合金喷焊层。借助扫描电镜（SEM）观察3种涂层水蚀凹坑的微观组织形貌,并对3种涂层的显微硬度、抗摩擦磨损性能、抗微粒冲蚀性能和抗水蚀性能进行分析。结果 3种涂层的平均显微硬度较基体均有显著提升,其中WC-10Co-4Cr涂层的平均显微硬度最高,其值为1314.6HV4.9 N。以Stellite 6合金涂层为摩擦副,Cr3C2-NiCr75-25涂层的摩擦系数为0.5~0.7,失重0.0131 g,而WC-10Co-4Cr涂层的摩擦系数为0.5~0.6,失重0.0007 g,显然WC-10Co-4Cr涂层的抗摩擦性能更好。抗微粒冲蚀性能试验中,最大磨痕深度由深到浅依次为：基体材料（94.658 μm）、Stellite 6合金层（85.932 μm）、Cr3C2-NiCr75-25涂层（81.163 μm）、WC-10Co-4Cr涂层（11.864 μm）。其对应的磨损率也逐渐减小。表面水蚀沟槽最大深度依次为：基体材料（445 μm）、Stellite 6合金层（70 μm）、Cr3C2-NiCr75-25涂层（80 μm）、WC-10Co-4Cr涂层（41 μm）。其对应造成的质量损失由30 mg/cm2逐渐变为3.3 mg/cm2。结论 3种涂层均具有一定的抗摩擦磨损性能、抗微粒冲蚀性能和抗水蚀性能,其中WC-10Co-4Cr涂层的各项性能均最佳,主要是该涂层中弥散分布了大量WC硬质相,使其显微硬度最高,加之其他相关性能共同作用的结果。     

AC-HVAF制备Cr_3C_2-25CoNiCrAlY和Cr_3C_2-25NiCr涂层的高温氧化及摩擦磨损行为

为提高热作模具的高温氧化和高温耐磨性能,采用活性燃烧高速燃气喷涂(AC-HVAF)技术于H13钢基体上分别制备了Cr_3C_2-25CoNiCrAlY和Cr_3C_2-25Ni Cr涂层,并对比研究两种涂层的高温氧化和摩擦磨损行为,利用SEM、EDS和XRD分析其组织形貌与结构。结果表明:在800℃循环氧化100 h后,Cr_3C_2-25CoNiCrAlY涂层比Cr_3C_2-25Ni Cr涂层表面生成的氧化保护膜更致密,并生成大量高温稳定性好的尖晶石相,前者的氧化增重(0.80 mg/cm2)略小于后者(0.87 mg/cm2),说明Cr_3C_2-25CoNiCrAlY涂层的抗高温氧化能力略优;在700℃下,Cr_3C_2-25CoNiCrAlY涂层也具有更低的摩擦因数和磨损率,这归因于γ-matrix相(Co-Ni-Cr固溶体)具有很好的高温强度和热疲劳性能,对碳化物硬质相起到更强的联结支撑作用,提高了涂层的抗剥落能力。     

含MoS2的超音速喷涂WC-10Co-4Cr复合涂层摩擦性能研究

利用超音速火焰喷涂方法,以WC-10Co-4Cr为基体,添加MoS2以制备WC- 10Co-4Cr/MoS2自润滑复合涂层;对比分析了添加不同含量MoS2涂层的微观组织结构和物相;重点进行了摩擦磨损试验,研究润滑相MoS2对超音速喷涂WC涂层摩擦学特性的影响机理.研究结果表明:引入的MoS2一少部分转化成新态,其余则进入WC涂层空隙中,在摩擦过程中形成润滑膜起到润滑作用,并有效地降低了摩擦因数,使摩擦磨损过程中温升降低,有效减少热损伤,提高了涂层的耐磨性能;WC-10Co-4Cr/MoS2复合涂层具有很好的自润滑性,w(MoS2)15％时WC-10Co-4Cr/MoS2复合涂层的摩擦磨损性能最佳.     

GH864表面爆炸喷涂Cr_3C_2-NiCr涂层的显微组织和高温摩擦性能研究

采用爆炸喷涂技术在GH864基体上制备了Cr_3C_2-Ni Cr/Ni Cr Al复合金属陶瓷涂层。运用HT-1000高温摩擦磨损实验机,以Si_3N_4陶瓷球为摩擦副对基体和涂层进行高温摩擦磨损实验。选用扫描电镜、能谱仪、X衍射等分析手段,研究了在GH864表面爆炸喷涂涂层的组织形貌、相组成及涂层和基体的高温摩擦行为。对800℃时涂层和基体摩擦性能进行研究。结果表明:该涂层组织致密呈叠层堆砌,其显微组织为Cr_3C_2硬质相及周围缝隙中充填的Ni Crγ相和少量的Cr_3C_2分解形成的Cr_7C_3相。涂层在高温下的磨损形式主要为磨粒磨损、疲劳磨损以及粘着磨损和氧化磨损,涂层中大量分布的具有热稳定性的Cr_3C_2硬质颗粒起主要的耐磨作用,复合涂层可提高GH864的高温耐磨性。     

超音速火焰喷涂WC-12Co、WC-10Co4Cr和Cr3C2-25NiCr涂层在不同介质中摩擦行为研究

为了研究硬面涂层在不同介质中的摩擦行为，以WC-12Co、WC-10Co4Cr和Cr3C2-25NiCr硬面材料为原料，采用超音速火焰喷涂制备得到了三种不同成分的硬面涂层。通过显微硬度计、摩擦磨损仪和扫描电镜等对涂层性能分析，结果表明，涂层中的孔隙率和粘结相的含量密切相关，当粘结相含量为12wt.%（Co）时，其孔隙度为1.11%；粘结相含量为14wt.%（CoCr）时，其孔隙度为0.98%；粘结相含量为25wt.%（NiCr）时，其孔隙度降低为0.92%。空气中，WC-10Co4Cr的硬度最高，其摩擦系数最小；Cr3C2-25NiCr的硬度最小，其摩擦系数最大。1mol/L HCl的环境中，NiCr的耐腐蚀性能最好，使Cr3C2-25NiCr涂层的摩擦系数稳定；而纯Co和CoCr的耐腐蚀性能较差，使WC-10Co4Cr和WC-12Co涂层的摩擦系数呈现出波浪状的变化规律。1mol/L NaOH的环境的摩擦过程中，硬质相的腐蚀会使涂层表面的硬度下降，使摩擦系数增加。     

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。     

超音速火焰喷涂金属陶瓷涂层与电镀硬铬在盐雾气氛下的腐蚀-磨损机制研究（英文）

为研究碳化物类金属陶瓷涂层在海洋气氛下的抗腐蚀与抗磨损性能,采用超音速火焰喷涂技术(HVOF)制备了WC-10Co4Cr和Cr_3C_2-Ni Cr2种典型的金属陶瓷涂层,采用自制的盐雾喷射腐蚀-磨损装置,研究涂层的腐蚀-磨损行为,同时与传统的硬铬镀层作对比,并采用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDAX)等表征试样的腐蚀磨损形貌特征。结果显示,在干燥大气环境下铬镀层主要表现为黏着-磨损机制,Cr_3C_2-Ni Cr涂层同时表现出黏着-磨损与磨粒-磨损机制,而WC-10Co4Cr则表现为单纯的磨粒-磨损。施加盐雾气氛后,试样表面形成有液态膜,摩擦系数与磨损量均有所下降。盐雾气氛下增大摩擦副的载荷压力,Cr_3C_2-Ni Cr涂层的磨损量增加很快,而WC-10Co4Cr涂层的磨损机制发生转变,磨损量出现不增反降现象。     

等离子喷涂NiCr/Cr_3C_2-10%hBN涂层的氧化性能

采用等离子喷涂技术制备了NiCr/Cr_3C_2-10%h BN涂层,通过SEM、XRD和马弗炉研究了该涂层的显微结构、物相组成和氧化性能。结果表明,NiCr/Cr_3C_2-10%h BN涂层呈典型的层状结构,各层间结合性能良好。在850℃时,涂层的恒温氧化动力学曲线分为两个阶段,且均遵循抛物线规律。在850℃恒温氧化96 h后,涂层表面形成一层连续的Cr_2O_3和NiO保护膜。     

3种热喷涂涂层在模拟气氛/煤灰环境下的热腐蚀及失效行为

采用超音速火焰喷涂技术在T91钢表面制备了45CT、NiCr/Cr_3C_2和NiCrAlY 3种涂层。在T91钢和3种涂层表面涂覆37.5%Na_2SO_4+37.5%K_2SO_4+15%Fe_2O_3+10%SiO_2的合成煤灰后通入模拟烟气在750℃下进行腐蚀,获得腐蚀动力学曲线,腐蚀200 h后观察涂层腐蚀前后厚度变化。采用XRD、SEM、EDS对高温腐蚀产物成分、结构、形貌进行分析。结果表明,T91钢腐蚀非常严重,腐蚀产物大量剥落。3种涂层在腐蚀前期均表现为增重,而在腐蚀后期均存在失重现象。经过200 h腐蚀后,45CT、NiCr/Cr_3C_2和NiCrAlY涂层分别减薄25、112.7和93.1μm。T91钢腐蚀后表面残留的腐蚀产物主要为Fe_2O_3。45CT涂层表面主要的腐蚀产物相为Cr_2O_3,而NiCr/Cr_3C_2和NiCrAlY的腐蚀产物为Cr_2O_3和NiCr_2O_4。所有样品表层腐蚀产物中不同程度均嵌入了煤灰粒子。腐蚀介质会通过涂层扩散到涂层/基体界面导致基体一侧发生腐蚀。45CT、NiCr/Cr_3C_2涂层样品基体处腐蚀严重导致涂层/基体开裂,而NiCrAlY涂层由于孔隙率较低,以及稀土效应,界面的基体侧腐蚀轻微,未出现裂纹。     

WC颗粒对WC-10Co-4Cr涂层结构演变与性能的影响

为提高不锈钢表面的抗腐蚀耐磨损性能,利用等离子喷涂的方法制备了两种晶粒尺寸的WC-10Co-4Cr涂层,采用SEM、XRD表征了涂层的物相结构,在不同温度下进行了摩擦磨损试验,研究分析了晶粒对涂层微观结构与摩擦性能的影响。研究表明：相比较,纳米WC-10Co-4Cr涂层微观结构中包含WC、W₂C,还存在Co/Cr(W, C)的γ相,未发现微米涂层中析出的W2C将沿WC颗粒表面外延生长的包覆结构,而且纳米团聚粒子更容易沿扁平粒子边界收缩,明显减少了粒子内部的垂直贯穿裂纹。在室温和200℃时,纳米WC-10Co-4Cr涂层摩擦系数与平均磨损率均优于微米涂层。与微米涂层相比较,纳米WC-10Co-4Cr涂层在室温磨损的根源在于硬质颗粒诱发的犁削磨损,在200℃时为以粘着磨损为主的微域犁削相结合的磨损模式。并在3.5%NaCl溶液中将1Cr18Ni9Ti基体的腐蚀电位由-617mV提高到-335~-290mV,降低了腐蚀倾向。     

粉末结构对HVOF金属陶瓷涂层腐蚀冲蚀磨损性能的影响

采用3种不同NiCr粘结相含量和两种不同尺度WC颗粒的金属陶瓷粉末,运用超音速火焰喷涂（HVOF）方法制备了Cr3 C2-NiCr、WC-12%Co涂层,在5%H2 SO4、15%棕刚玉和水混合介质条件下,运用腐蚀冲蚀磨损试验机测定了涂层在45°冲蚀角下的失重量变化规律,研究了喷涂粉末NiCr含量和WC颗粒尺度对所沉积金属陶瓷涂层耐腐蚀冲蚀磨损性能的影响。结果表明,HVOF喷涂Cr3C2-NiCr、WC-12%Co涂层在5%H2SO4、15%棕刚玉和水混合介质条件下的腐蚀冲蚀率均低于低碳钢,并且Cr3 C2-NiCr涂层的抗腐蚀冲蚀性能要优于WC-12%Co涂层。Cr3 C2-40%NiCr和Cr3 C2-25%NiCr涂层其腐蚀冲蚀率低于Cr3 C2-10%NiCr涂层,与纳米尺度WC颗粒相比,微米尺度WC颗粒所制备的WC-12%Co涂层的抗腐蚀冲蚀性能较好。     

等离子喷涂WC-10Co-4Cr涂层的组织演变与抗腐蚀磨损性能

为提高不锈钢表面的抗腐蚀耐磨损性能,利用等离子喷涂的方法制备了2种晶粒尺寸的WC-10Co-4Cr涂层,采用SEM及EDS、XRD表征了涂层的组织和物相结构,进行了不同温度下的摩擦磨损试验,研究分析了晶粒尺寸对涂层组织与摩擦性能的影响。研究表明:WC-10Co-4Cr涂层微观结构中包含WC、W2C、W6Co6C,还存在Co/Cr(W,C)、W2(C,O)相;微米涂层中存在析出的W2C沿WC颗粒表面外延生长的包覆结构,而纳米WC涂层中,团聚粒子沿扁平粒子边界收缩,减少了扁平粒子内部的垂直贯穿裂纹。在室温和200℃时,纳米WC-10Co-4Cr涂层的摩擦系数与平均磨损率均优于微米涂层。纳米WC-10Co-4Cr涂层在室温磨损的机制为硬质颗粒诱发的犁削磨损,在200℃时为以粘着磨损为主与微域犁削相结合的磨损形式。在3.5%NaCl溶液中的电化学特性显示,WC-10Co-4Cr涂层将1Cr18Ni9Ti基体的腐蚀电位由–612m V提高到–317～–252 mV,腐蚀倾向得以减弱。     

激光等离子复合热源喷涂工艺沉积机理研究

目的提高涂层的结合强度和改善微观组织结构。方法选取WC-10Co4Cr喷涂材料,分别通过激光等离子复合热源喷涂工艺以及等离子喷涂工艺制备涂层,对涂层组织与基本性能进行检测,对两种不同喷涂工艺的沉积机理作对比分析研究。研究复合热源喷涂涂层微观组织结构以及涂层与基体间结合方式较等离子喷涂涂层的变化。利用高速摄像仪对激光等离子复合热源喷涂以及等离子喷涂的工艺过程进行跟踪监测和分析,研究复合热源沉积过程中,基体表面微熔池的形成及粉末粒子在不同沉积工艺过程中熔融状态的对比,分析等离子喷涂涂层和复合热源喷涂涂层的沉积机理。结果等离子喷涂WC-10Co4Cr涂层以机械结合方式为主,涂层结合强度为39.5 MPa,孔隙率为1.7%,而激光等离子复合热源喷涂WC-10Co4Cr涂层实现了冶金结合,其结合强度提升到91 MPa,孔隙率降低到0.86%。结论激光等离子复合热源喷涂工艺可以有效提升涂层的结合力,改善涂层组织致密性,更有利于涂层的耐磨耐腐蚀性能。     

AC-HVAF制备WC-10Co-4Cr涂层抗磨粒磨损性能研究

采用活性燃烧高速燃气(AC-HVAF)喷涂工艺制备了WC-10Co-4Cr涂层,测试了涂层的结合强度、显微硬度、气孔率以及抗磨粒磨损性能。并利用XRD对喷涂粉末及涂层进行了相结构分析,用扫描电子显微镜对喷涂粉末、磨粒磨损后的涂层表面形貌进行了观察。结果表明:在喷涂过程中,仅有很少量的WC发生合金化。涂层的结合强度和显微硬度高,组织结构致密。在相同的实验条件下,16Mn钢的磨粒磨损质量损失是WC-10Co-4Cr涂层的266倍,这表明HVAF制备的WC-10Co-4Cr涂层具有优异的抗磨粒磨损性能。     

步进距离对HVAF喷涂WC-10Co-4Cr涂层孔隙率和显微硬度的影响

采用超音速火焰喷涂HVAF技术以WC-10Co-4Cr为原料,在7A04铝合金表面制备WC-10Co-4Cr耐磨陶瓷涂层。通过扫描电镜对涂层形貌及孔隙率进行了研究,利用显微硬度仪对涂层硬度进行测量。通过以上实验分析了不同步进距离对HVAF喷涂WC-10Co-4Cr涂层孔隙率的影响。结果表明,通过HVAF技术加工的WC-10Co-4Cr涂层与7A04铝合金基材结合良好,且随步进距离的增加,涂层孔隙率随之增大,涂层硬度随之降低。     

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。     

铸铁轧辊表面Cr3C2-NiCr涂层的显微组织

研究分析了铸铁轧辊表面等离子喷涂Cr3C2-25NiCr复合涂层的组织结构。结果表明,Cr3C2-25NiCr涂层具有典型的层状结构;涂层质量较好,组织相对紧密,与基体结合尚可;由EDS和涂层物相分析可知,涂层与基体间没有发生元素扩散现象,涂层与基体呈机械结合。     

HVAF制备27SiMn钢WC涂层沉积机理研究

以经过喷砂预处理的27SiMn钢为原材料,采用活性燃烧高速空气燃料喷涂技术(AC-HVAF)制备WC-10Co-4Cr涂层。采用SEM与EDS对WC-10Co-4Cr涂层的微观形貌和涂层在基体结合处的沉积机理进行了研究。结果表明,采用HVAF制备的WC涂层十分致密,无明显的裂纹与孔洞缺陷,涂层整体孔隙率为1.4%左右。在HVAF喷涂超音速的作用下,少量WC颗粒直接进入到基体中并形成明显裂纹。涂层与基体主要以机械结合为主,伴随少量的微区冶金结合和扩散。