超音速等离子喷涂WC-10Co4Cr涂层的力学性能及冲蚀磨损失效分析

为改善水轮机表面的抗冲蚀磨损性能,采用超音速等离子喷涂微米WC-10Co4Cr粉末制备碳化物金属陶瓷涂层。对涂层的显微硬度、孔隙率、结合强度、抗冲蚀性能进行了测试,通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征和分析了WC-10Co4Cr涂层的物相组成、微观组织结构,并探讨了涂层在含沙水流中的冲蚀磨损失效机制。结果表明:获得的WC-10Co4Cr涂层的孔隙率为0.5%,平均显微硬度达1 226HV0.2,结合强度为70MPa,涂层的抗冲蚀磨损性能是基体的2.46倍,可有效提高基体的抗冲蚀性能,在含沙水流作用下的冲蚀磨损失效以犁削和剥落磨损为主。     

HVOF金属陶瓷涂层的冲蚀失效行为研究现状

超音速火焰喷涂具有粒子飞行速度高、涂层质量好、沉积速度快、材料选择性好以及与基体的结合强度高等优点。冲蚀是水轮机过流部件、轮船螺旋浆、泥浆泵及钻杆等的主要失效形式之一。HVOF技术制备的金属陶瓷涂层因其能显著提高金属零部件的耐冲蚀性能而受到广泛应用。本文对国内外HVOF喷涂金属陶瓷涂层的冲蚀失效行为进行综述,系统归纳了冲蚀颗粒粒径、冲蚀速度、攻角等外部因素及涂层的结合强度、孔隙率、涂层颗粒尺寸、碳化物颗粒的大小等内部因素对HVOF喷涂金属陶瓷涂层冲蚀失效行为的影响机制。并指出综合评价外部服役条件和自身性能参数对涂层冲蚀失效行为的作用机理是本领域今后研究的重点方向之一。     

CrAlN抗冲蚀涂层制备及性能研究

为提高钛合金材料抗冲蚀性能,利用真空阴极电弧沉积技术在TC11钛合金上沉积CrAlN涂层,研究靶电流、偏压和气压对涂层结构及性能的影响。采用扫描电镜观察膜层表面和截面形貌,金相显微镜对表面的大颗粒进行定量分析;显微硬度计测量膜层的维氏显微硬度;采用喷砂试验机对涂层的抗冲蚀性能进行测试,通过三维表面轮廓仪测量涂层厚度和侵蚀坑的深度;X射线衍射仪表征涂层中的晶体结构。结果表明:靶电流从70A增大到110A,虽可提高涂层的沉积速率,但会导致涂层表面大颗粒增加,从而降低涂层的抗冲蚀性能;气压从1Pa增大至4Pa,可有效地减少涂层表面颗粒的尺寸及数量,但也会一定程度降低沉积速率及硬度;偏压对CrAlN涂层的结构及性能影响最大,偏压在-50V时涂层呈(200)择优取向,-100V涂层呈(111)择优取向,-200V时,涂层择优取向不明显;且随着偏压的增加,涂层的硬度及抗冲蚀性能增大,在高冲蚀角下,冲蚀的失效机理为脆性失效。结论:工艺参数中靶电流对表面质量的影响最大;涂层的生长取向与偏压密切相关;CrAlN涂层的表面质量及硬度直接影响其抗砂粒冲蚀性能,偏压对涂层抗冲蚀性能影响最大。最终优化的工艺参数为:靶电流90A、偏压-100V、气压4Pa。     

爆炸喷涂涂层厚度及其过程控制对涂层性能的影响

本文介绍了爆炸喷涂工艺方法及其应用范围。优选了北京钢冶研究总院制备的碳化铬/镍铬粉末并对粉末进行测试研究,采用爆炸喷涂工艺进行碳化铬/镍铬耐磨涂层试验,通过调整爆炸喷涂涂层厚度及喷涂次数,并对涂层结合强度、热震、金相组织等性能进行检测及分析,确定爆炸喷涂工艺过程控制对涂层性能的影响机制。     

退火处理对含纳米陶瓷粉电弧喷涂层组织结构与高温冲蚀性能的影响

开发含纳米组分的粉芯丝材,采用超音速电弧喷涂技术获得复合涂层,对涂层进行退火处理,结合金相、硬度、X射线衍射、扫描电镜、透射电镜等分析方法对喷涂层的组织结构和高温冲蚀性能进行表征.结果表明:喷涂过程中粉芯丝材的表皮材料和芯粉材料能相互熔解和融合形成较均匀的固溶体;涂层中硬度分布较均匀;退火处理使涂层缺陷减少,应力消除,亚稳相分解,同时结晶度提高,从而显著提高涂层硬度;退火处理后涂层耐高温冲蚀性显著提高.     

H_2对等离子喷涂-物理气相沉积热障涂层的结构和抗冲刷性能的影响

改变用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)工艺制备热障涂层时等离子工作气体中H2组分的流量,制备出不同的ZrO_2-7%Y_2O_3(7YSZ)热障涂层并研究了H_2对PS-PVD热障涂层的影响。结果表明:等离子工作气体中的H_2对PS-PVD热障涂层的表面形貌、微观结构、孔隙率、硬度和抗冲蚀性能等性质有显著的影响。H_2流量分别为0、5、10 SLPM时制备的PS-PVD热障涂层,其孔隙率分别为16.7%、20.4%、7.7%;显微硬度分别为224.2 HV0.025、236.6 HV0.025、394.4 HV0.025;固体颗粒冲蚀25 s后的失重量分别为78.5 mg、65.0 mg、17.3 mg。随着H_2组分流量的增大热障涂层的孔隙率先增加后减小,柱状结构逐渐变化,硬度和抗冲蚀性能提高。     

等离子喷涂铝硅聚苯酯封严涂层的组织及抗冲蚀性能

抗冲蚀磨损性能是封严涂层最重要的性能指标之一.采用铝硅聚苯酯(Alsi-ployester)粉末和PARXAIR-3710等离子喷涂系统制备了可磨耗封严涂层.采用磨粒冲蚀试验研究了不同冲蚀角度、冲蚀时间、冲蚀颗粒尺寸和冲蚀速度对涂层抗冲蚀性能的影响,并用SEM观察冲蚀表面形貌.结果表明:在相同冲蚀条件下,Alsi-ployester涂层冲蚀率随冲蚀颗粒速度的增加而增加;涂层的冲蚀率受冲蚀角的影响,90°时的冲蚀率大于30°的;30°时涂层损失主要以刮削为主,90°时以凿削为主;涂层失重与冲蚀时间存在良好的线性关系;涂层冲蚀率随着冲蚀颗粒尺寸增加成波动变化,当颗粒尺寸为250μm时,冲蚀率达到最大.在实际工程应用中,Alsi-ployester涂层展示了良好的抗冲蚀性能.     

超音速等离子与HVOF喷涂WC-Co涂层的冲蚀磨损性能研究

用超音速等离子喷涂(HEPJet)和两种进口高速氧燃气火焰喷涂(HVOF)设备(JP-5000 和DJ-2700)制备WC-Co涂层,进行了孔隙率、显微硬度、结合强度及30°和90°攻角的冲蚀磨损对比实验,分析了涂层的SEM磨损形貌.结果表明,超音速等离子喷涂WC-Co涂层综合性能与JP-5000喷涂WC-Co涂层相当,优于DJ-2700;在30°冲蚀磨损条件下,WC-Co涂层的失效行为表现为疲劳剥落和微切削两种特征;在90°冲蚀磨损时,涂层的失效主要是垂直表面的磨粒冲击力导致涂层疲劳剥落.     

高硬度耐磨损电弧喷涂涂层研究

采用电弧喷涂方法制备的高硬度耐磨损JCW-B涂层可广泛应用于工业零部件耐磨表面.对涂层的组织、孔隙率、硬度、结合强度及耐磨粒磨损性能进行分析,对比研究该涂层与Ni60喷熔层的耐冲蚀性能.结果表明JCW-B涂层组织致密,孔隙率低于4%,显微硬度HV0.1高于1200,平均结合强度大于50MPa.研究了涂层的耐磨损机理,XRD结果显示涂层中主要含有Fe3B硬质相,对涂层起到弥散强化的作用.     

制备参数对等离子喷涂热障涂层高温冲蚀性能的影响

燃机热端部件热障涂层实际服役过程中不可避免发生高温冲蚀,引起涂层失效。采用等离子喷涂工艺制备不同喷涂距离、不同喷涂功率的热障涂层,并对其进行1 000℃/60°高温冲蚀试验,研究制备参数对热障涂层耐高温冲蚀性能的影响规律。结果表明:42 kW功率制备涂层,随喷涂距离的增加(110,120,130 mm),涂层耐高温冲蚀性能降低,冲蚀率显著增大(31.40,45.11,76.79 mg/g);110 mm喷涂距离下制备涂层,随喷涂功率的增加(39,42 kW),涂层耐高温冲蚀性能提高,冲蚀率减小(58.86,31.40 mg/g);涂层力学性能是影响其高温冲蚀性能的重要因素。     

氮气钻井过程中的耐冲蚀涂层

将多功能四通制造材料30CrMo钢作为基体材料,使用氩弧焊制备钴基合金HS113,625,Co-112堆焊层,采用喷焊方法制备Ni60涂层,使用超音速火焰喷涂(HVOF)方法制备WC-12Co涂层。对该5种涂层的冲蚀行为使用自制的冲蚀试验机进行了研究,分析了显微组织与显微硬度对冲蚀性能的影响及涂层冲蚀后的表面形貌。结果表明:涂层的冲蚀失重与减薄均随冲蚀时间线性增加,HS113涂层的耐冲蚀性要优于其他4种涂层的耐冲蚀性;显微组织、硬度等均会影响涂层的耐冲蚀性能。     

钢表面TiC/Ni3Al复合涂层及其冲蚀性能

采用钨极氩弧焊熔覆技术在钢表面原位合成金属间化合物基复合涂层TiC/Ni3Al。研究了复合涂层的组织和抗冲蚀性能,探讨了涂层的形成及抗冲蚀机理。结果表明:采用钨极氩弧焊熔覆技术在钢表面制得的TiC/Ni3Al复合材料无杂质相,颗粒分布均匀;随着预置层中(Ti+C)含量的提高TiC颗粒的数量增加,材料的硬度提高;涂层与基体之间呈现良好的冶金结合,从熔合线到涂层外表面TiC颗粒的形态逐渐从细小球形转变为等轴状、树枝状;Al、Ni、Fe元素呈梯度变化,而Ti元素主要以TiC颗粒物的形式存在于涂层中。在不同冲蚀角度下复合涂层的冲蚀量均显著小于H13钢和0Cr17Ni7Al钢,表现出优异的抗冲蚀性能。     

超音速等离子喷涂制备水力机械耐冲蚀涂层的研究

SQC-100新型超音速等离子喷涂系统既有HVOF的高速度和涂层致密性,又有等离子的高沉积效率,能够在保证涂层质量的前提下有效降低成本。采用SQC-100型超音速等离子喷涂技术喷涂WC-10Co-4Cr涂层,并研究其耐冲蚀性能。结果表明,孔隙率为0.77%,硬度为1 210HV0.2,结合强度达到72 MPa,涂层性能基本达到超音速火焰喷涂同等水平。此外,获得的涂层具有良好的耐泥沙冲蚀性能,涂层耐冲蚀性是ZG0Cr13Ni4Mo不锈钢的3.88倍,并研究了涂层内部裂纹主要以穿晶断裂形式扩展。研究表明WC-10Co-4Cr涂层在高含沙水流中的水力机械零部件领域有广泛的应用前景。     

抗固体粒子冲蚀物理气相沉积涂层的研究进展

压气机是航空发动机核心部件之一,其叶片常用钛合金制成。但钛合金本身质地较软,抗击固体粒子冲蚀能力较弱,空气中固体粒子在高速气流作用下将对压气机前级叶片造成严重冲蚀,从结构及航空动力学上降低发动机性能。同时,也使得发动机的寿命大幅下降。为提高压气机叶片的抗固体粒子冲蚀能力,通常在叶片上沉积具有一定硬度和韧性的抗冲蚀涂层。本文综述了国内外近年来抗固体粒子冲蚀物理气相沉积涂层的研究进展。指出多组元、多层膜结构涂层在拥有较高硬度的同时,可以获得较高韧性,具有良好的综合机械性能,是抗冲蚀涂层的理想选择。     

硅酸盐封孔剂对热喷涂304不锈钢涂层高温冲蚀磨损性能的影响

采用热喷涂工艺制备的涂层常存在不少孔隙。为了弥补孔隙带来的抗腐蚀、冲蚀性能下降等问题,采用高速电弧在Q235钢基体上热喷涂304不锈钢涂层,采用封孔剂来处理热喷涂工艺带来的涂层孔隙,用碱金属硅酸盐基料、云母粉和SiO₂纳米颗粒为填料制备封孔剂,并用刷涂法对涂层进行封孔处理,研究了封孔层和喷涂层的抗高温冲蚀磨损性能。采用扫描电镜（SEM）和能谱仪（EDS）分别对喷涂层、封孔层的微观形貌和成分进行分析,研究喷涂层、封孔层在25,650℃温度下的冲蚀磨损性能和机理,并利用试验冲蚀磨损量估算了封孔层、喷涂层的冲蚀磨损寿命。结果显示：封孔层未见内部裂纹,与喷涂层结合紧密,但内部存在较多孔洞。封孔层在低攻角下的冲蚀磨损性能要好于未封孔的喷涂层。随着冲蚀温度由25℃升高至650℃,封孔层的冲蚀磨损量提高约20%,降低了封孔层的冲蚀磨损性能。封孔层、喷涂层的冲蚀磨损机理为低攻角下的犁沟、切削共同作用,以及高攻角下的挤压破坏。在冲蚀低攻角下,封孔层相比喷涂层具有更好的抗冲蚀磨损性能,在一定程度上封孔层能有效增强喷涂层的抗冲蚀磨损性能。     

多功能超音速火焰喷涂WC10Co4Cr涂层磨损性能研究

应用自行研制的多功能超音速火焰喷涂设备,在HVOF、HOV/AF、HVAF不同工况下成功制备WC10Co4Cr涂层,并测试了涂层性能.分析表明,HVAF工况下,碳化物几乎没有分解,涂层的显微硬度明显较高;二种工况中,涂层的磨粒磨损机制主要为碳化物颗粒的剥落,冲蚀磨损的失效行为主要表现为脆性材料的冲蚀磨损机制.相比之下,随着燃气温度的降低,涂层的耐磨粒磨损性能增强,涂层的抗冲蚀磨损性能与燃气流量和温度有关.     

常规和纳米陶瓷等离子喷涂层抗冲蚀性能的对比

纳米陶瓷具有高韧性和超塑性等独特的性能,用于制备涂层可极大地提高其耐冲蚀性能.以常规和纳米团聚体Al2O3-13%TiO2(质量分数)陶瓷粉末为原料,采用等离子喷涂工艺在TiAl合金表面制备了2种陶瓷涂层.比较了2种涂层的微观结构、结合强度和抗冲蚀性能,探讨了涂层的冲蚀破坏机理.结果表明:常规涂层呈典型的层状堆积特征,...     

轴向送粉等离子喷涂纳米氧化铬涂层的结构与性能

普通等离子喷枪外径向送粉,粉末利用率低,采用轴向送粉等离子喷涂系统在不锈钢上制备了纳米氧化铬涂层.测试了涂层的硬度及结合强度;应用SRV振动摩擦磨损试验机研究了涂层的摩擦磨损性能;通过金相、场发射扫描电子显微镜及X射线衍射对涂层的形貌及组织结构进行了研究.结果表明,与普通氧化铬涂层相比,纳米氧化铬涂层的硬度及结合强度更高、摩擦系数更低、抗摩擦磨损性能更好.     

等离子喷涂TiC-N i-M o 金属陶瓷涂层 成分对组织与性能影响的研究

用XRD 和带能谱仪的SEM 等手段研究了两种不同成分配比的等离子喷涂TiC-Ni-Mo 金属陶瓷涂层的组织结构与性能; 提出在等离子喷涂的金属陶瓷涂层中, 硬质相与粘结相之间存 在通过Mo 扩散固溶实现的扩散结合机制, 由此而在TiC 颗粒周围形成(Ti、Mo )C 固溶体包复结 构; 适当控制这种包覆结构的厚度可以增加硬质相与粘结相之间的结合力和涂层的结合强度。研 究结果表明, 喷涂混合粉粒中,Ni 与TiC 的重量配比为1∶1 时比5∶3 时所形成涂层的硬度和结 合强度更高。      

超音速火焰喷涂合成(Ti,Mo)C-Ni涂层组织和性能的研究

利用超音速火焰喷涂合成技术制备了4种不同成分含量的(Ti,Mo)C-Ni金属陶瓷涂层,并对涂层的组织和性能进行了研究.结果表明,对于不含Mo的3种涂层(1号、2号、3号)来说,1号涂层的显微硬度值最高,3号涂层的显微硬度值又较2号涂层高,且2号涂层的耐冲蚀磨损性能优于1号和3号涂层;对于Ni含量均为40%的2号和4号涂层来说,4号涂层由于加入了5%的Mo,显微硬度值较2号涂层大大提高,且4种涂层中,4号涂层的耐冲蚀磨损性能最好.