超音速火焰喷涂 WC-12Co 涂层的高温摩擦磨损性能

WC-Co-Cr 是一类具有高硬度、 耐磨损、 耐腐蚀的金属陶瓷复合涂层材料, 常用于工业生产中苛刻服役环 境的工件表面防护。 本试验采用超音速火焰喷涂 (HVOF) 技术在 Q235 钢表面分别制备了 WC-12Co-4Cr 和 WC- 12Co 复合涂层。 使用 XRD、 光学显微镜、 SEM 以及附带的 EDS、 显微硬度计分别对比研究了两组涂层的物相、 微观形貌、 元素分布、 显微硬度和孔隙率。 采用球盘式摩擦试验机重点研究两组涂层在常温 (25 ℃ )、 300 ℃、 600 ℃ 下的摩擦磨损性能。 实验结果表明, 加入 Cr 元素的 WC-12Co-4Cr 复合涂层的硬度为 1050 HV0.5 比 WC- 12Co 涂层的 995 HV0.5 更高。 常温和 300 ℃ 下两组涂层的抗摩擦磨损性能基本相似, 其中常温下 WC-12Co-4Cr 复合涂层的摩擦系数和磨损率分别为 0.4、 2.61× 10-17 m3 (N·m)-1, 磨损机制为磨粒磨损。 而在高温 (600 ℃ ) 条 件下磨损机制转变为粘着磨损且抗磨损性能显著优于 WC-12Co 涂层; 摩擦系数为 0.62、 磨损率为 1.1× 10-15 m3 (N·m)-1, 相同条件下的 WC-12Co 涂层磨损率为 7.2× 10-15 m3 (N·m)-1。     

F92 阀芯件表面 HVOF 制备 NiCr-Cr3C2涂层高温摩擦磨损性能研究

采用超音速火焰喷涂技术 (HVOF) 在 F92 阀芯材料表面制备 NiCr-Cr3C2单层和 NiCr+NiCr-Cr 3C2双层涂层。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、维氏硬度计、高温摩擦试验机等探究了两类涂层的显微形貌、相结构、力学及高温摩擦学性能。结果表明：两种涂层成分均匀、结构致密。其中,单层涂层的表面硬度较低(810.19±22.74HV),且摩擦系数范围由低温的 0.4~0.9 到高温的 0.3~0.7,磨损率从 3.19×10 -6 mm3 /(N?m) 到 3.06×10 -5 mm3/(N?m),单层涂层在高温下 (630℃ ) 表现出更为优异的耐磨性能;双层涂层具有较高的表面硬度 (869.68±44.12 HV), 且摩擦系数受摩擦往复频率影响在0.4~0.8波动,磨损率维持在2.5×10 -5 mm 3 /(N?m)左右,受磨损频率因素影响较小,更能适用于频率频繁变换 (1 Hz~5 Hz) 的服役环境中。C 析出生成的 Cr7C3与高温氧化生成的 Cr 2O3之间的协同作用能够提高涂层的高温摩擦磨损性能,磨损机理分析表明：两种涂层的高温摩擦磨损形式相似,整个磨损过程由磨粒磨损、黏着磨损构成。     

微纳米 涂层在 介质中的抗泥沙冲蚀性能研究

采用超音速火焰喷涂 (HVOF) 工艺制备了微纳米、 纳米和普通结构 WC-10Co4Cr 金属陶瓷涂层， 测量了涂层的显微硬度、 孔隙率和开裂韧性， 分析了三种 WC-10Co4Cr 涂层在 3.5wt% NaCl 溶液中的腐蚀电位和腐蚀电流密度， 研究了喷涂层在 NaCl 介质中的抗泥沙冲蚀性能， 并探讨了涂层在 NaCl 介质中的泥沙冲蚀机理。 结果表明： 微纳米 WC-10Co4Cr 涂层具有最优异的电化学性能； 相比于纳米、 微米涂层， 微纳米涂层的抗泥沙冲蚀磨损性能分别提高了 38% 和 78%。 微纳米 WC-10Co4Cr 涂层致密的组织结构、 高显微硬度 (1126HV0.3) 和高开裂韧性 (4.66MPa·m1/2) 有效减弱了泥沙冲蚀过程中的机械冲刷作用和电化学腐蚀作用。     

WC-10Co-4Cr 含量对HVOF 制备WC-10Co-4Cr/Ni60涂层性能的影响

为改善农业机械工作部件的耐磨性和耐腐蚀性能,提高其使用寿命,采用超音速火焰喷涂的技术,在45 # 钢表面制备WC-10Co-4Cr/Ni60 涂层。在Ni60 粉末中分别添加质量分数为0、10 %、20 % 和30 % 的WC-10Co- 4Cr 粉末,探究WC-10Co-4Cr 含量对WC-10Co-4Cr/Ni60 涂层性能的影响。结果表明,制备的WC-10Co-4Cr/ Ni60 涂层组织均匀致密,涂层主要由γ ( NiCr ) 相和WC 相组成,含有少量的W2C、Ni3Fe 和Cr3Si 相,没有明显 的氧化脱碳现象。30 %WC-10Co-4Cr/Ni60 涂层的硬度达到9.35 GPa,是Ni60 涂层的1.23 倍,该涂层的耐磨性能最好, 在摩擦115 m 后,单位面积的总磨损量47.2 mg/cm2,比Ni60 涂层减少了35.3 %。20 %WC-10Co-4Cr/Ni60 涂层 的断裂韧性最高为6.04 MPa·m1/2,相较于Ni60 涂层提高了24.3 %,此外,该涂层在酸性环境中的耐腐蚀性能均 最佳。     

WC基涂层材料和制备工艺对其组织结构与性能的影响

本文采用超音速火焰(HVOF)喷涂工艺制备了二种微米结构WC-10Co-4Cr及一种纳米结构WC-12Co金属陶瓷复合涂层;采用SEM、XRD等分析了涂层的组织结构;测量了涂层的显微硬度、孔隙率及开裂韧性;采用超声振动空蚀装置研究了涂层的抗空蚀性能,探讨了涂层空蚀机理。结果表明:由燃油型HVOF工艺制备的纳米WC-12Co涂层孔隙率最低,组织最细小,开裂韧性明显高于燃油型和燃气型HVOF工艺制备的微米WC-10Co-4Cr涂层;燃油型HVOF工艺制备的微米结构WC-10Co-4Cr涂层显示了最优异的抗空蚀性能,空蚀率仅为纳米WC-12Co涂层的1/3左右。     

HVAF 喷涂超细 WC-10Co-4Cr 粉末涂层的耐腐蚀性研究

对比研究超细和常规粒度 WC-10Co4Cr 粉末喷涂制备涂层的性能,根据显微形貌、力学性能与电化学特 性比较两种涂层的耐腐蚀性并分析机理。在 304 不锈钢基体上,利用空气助燃高速 (High Velocity Air Fuel, HVAF) 热喷涂技术制备 WC-10Co-4Cr 涂层。采用 SEM 和 XRD 分析了涂层的物相组成和显微形貌,采用维氏硬度仪和 万能拉伸试验机分别测试了涂层的显微硬度与结合强度以表征力学性能,在质量分数为 3.5% 的 NaCl 溶液中对 涂层进行电化学分析。结果表明：两种 WC-10Co-4Cr 粉末涂层均具有优异的耐腐蚀性能,超细粉末涂层自腐蚀 电位 (-0.199 V) 高于常规粉末粒径涂层 (-0.267 V);超细粉末粒径涂层腐蚀电流密度 (1.996×10-7 A/cm2 ) 小于常规 粉末粒径涂层 (3.123×10-6 A/cm2 ),对基体能起到良好的保护作用。超细粉末与常规粉末 WC-10Co-4Cr 涂层电位 腐蚀的机理主要是 WC 与粘结相的电偶腐蚀、Cl - 对涂层表面钝化膜的破坏引起的孔蚀,腐蚀机理基本一致,主 要差异在于,超细粉末涂层的致密度更高,组织更加均匀提高了涂层的耐腐蚀性。     

HVAF 喷涂 WC-10Co-4Cr 涂层的气体喷砂冲蚀性能研究

采用空气助燃超音速火焰喷涂 HVAF(High Velocity Air Fuel) 在 304 不锈钢基材上制备三种粉末粒径不同 WC-10Co-4Cr 涂层。 利用光学显微镜 (OM)、 X 射线衍射仪 (XRD)、 扫描电子显微镜 (SEM)、 维氏显微硬度仪、 万能拉伸试验机、 抗冲蚀试验机对涂层的孔隙率、 微观形貌、 力学性能、 断裂韧性以及气体喷砂冲蚀性能进行研 究分析。 结果表明, HVAF 喷涂的 WC-10Co-4Cr 涂层孔隙率低, 硬度与结合强度高、 断裂韧性好, 涂层抗冲蚀 性能优异。 WC-10Co-4Cr 涂层在 30° 冲蚀角下, 涂层的气体喷砂冲蚀磨损主要为微切削产生的犁沟。 在 90° 冲蚀 角度下, 涂层的气体喷砂冲蚀磨损主要表现为疲劳剥落特征     

超音速火焰喷涂WC-10Co4Cr涂层在含Cl~-环境中的腐蚀行为

在Q235钢表面,采用超音速火焰喷涂(HVOF)技术制备了WC-10Co4Cr金属陶瓷涂层。利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、万能试验机、显微维氏硬度计等设备对涂层的显微组织、成分、力学性性能进行研究。采用盐雾试验和电化学极化测试技术研究了WC-10Co4Cr涂层在含Cl~-环境中的腐蚀行为与电化学特性。结果表明,WC-10Co4Cr涂层组织均匀致密,涂层力学性能优异,结合强度平均值为71.03MPa,涂层平均显微硬度为1290.74HV0.3。盐雾试验384h后WC-10Co4Cr涂层表面生成了致密的腐蚀产物层,有效阻止了腐蚀介质的侵入,具有良好的长期防护效果。电化学测试结果表明,在含Cl~-环境中,WC-10Co4Cr涂层具有优异的耐腐蚀性能,能够对基体起到有效的保护作用。     

大气等离子喷涂WC-12Co涂层的组织结构与性能研究

采用大气等离子喷涂(APS)方法在45钢基体上制备了WC-12Co涂层。用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对涂层的微观形貌和成分进行了分析;采用显微硬度计和万能试验机分别测定了涂层的显微硬度和结合强度;并用SRV-Ⅳ摩擦磨损试验机测试了涂层的摩擦磨损性能。结果表明:WC-12Co涂层组织均匀致密,在喷涂过程中仅少量的WC发生了氧化分解,生成W_2C和Co_3W_3C相。涂层力学性能优异,结合强度平均值为50.63 MPa,涂层表面平均硬度为85.7 HR15N,截面平均显微硬度为1 053.8 HV0.3。相对于304不锈钢,等离子喷涂WC-12Co涂层具有十分优良的耐磨损性能,在室温(25℃)至300℃范围内,WC-12Co涂层的磨损机制为磨粒磨损。     

热等静压工艺对硬质合金性能的影响

应用烧结加热等静压和烧结-热等静压两种工艺制备了粗晶WC-15Co、WC-22Co和微晶WC-12Co-1Cr3C2、中等晶粒WC-12Co硬质合金,从原理、经济性论述了这两种工艺的差异及其对WC-Co硬质合金组织和性能的影响。结果表明,烧结-热等静压制作的硬质合金孔洞消除了,并且硬质合金的抗弯强度和弯曲疲劳寿命也大幅度提高。     

The Corrosion and Wear Performance of Microcrystalline WC-10Co-4Cr and Near-Nanocrystalline WC-17Co High Velocity Oxy-Fuel Sprayed Coatings on Steel Substrate

The study of near-nanocrystalline cermet composite coating was performed by depositing near-nanocrystalline WC-17Co powder using the high velocity oxy-fuel spraying technique. The WC-17Co powder consists of a core with an engineered near-nano-scale WC dispersion with a mean grain size 427 nm. The powder particle contains 6 wt pct of the ductile phase Co matrix mixed into the core to ensure that the reinforcing ceramic phase WC material is discontinuous to limit debridement during wear, while the remainder of the binding phase (11 wt pct) is applied as a coating on the powder particle to improve the ductility. The tribological properties of the coating, in terms of corrosion resistance, microhardness, and sliding abrasive wear, were studied and compared with those of an industrially standard microcrystalline WC-10Co-4Cr coating with a WC mean grain size 3 μm. Results indicated that the WC-17Co coating had superior wear and corrosion resistance compared to the WC-10Co-4Cr coating. The engineered WC-17Co powder with a duplex Co layer had prevented significant decarburization of the WC dispersion in the coating, thereby reducing the intersplat microporosity necessary for initiating microgalvanic cells. The improved wear resistance was attributed to the higher hardness value of the near-nanocrystalline WC-17Co coating.     

HVAF 制备 WC 基涂层结构与滑动摩擦磨损性能研究

采用HVAF超音速火焰喷涂制备三种WC基金属陶瓷复合涂层以及金属涂层Ni60,对比分析了各涂层的微观形貌、硬度、沉积速率、滑动摩擦磨损性能。结果表明:HVAF超音速火焰喷涂制备的各涂层与基体结合良好、涂层结构致密,孔隙率1.5%;随着复合涂层中碳化物陶瓷增强颗粒的增加,各涂层的显微硬度增大,沉积速率降低;摩擦磨损试验显示WC-10Co-4Cr、WC-12Co涂层磨损量仅为金属涂层Ni60的1/20,表现出优异的耐滑动磨损性能。     

超音速火焰喷涂WC-10Co4Cr涂层对30CrMnSiA钢防护性能的影响

为增强30CrMnSiA钢的耐磨与防腐性能,采用超音速火焰喷涂制备WC-10Co4Cr防护涂层,并与传统硬铬镀层进行性能对比。扫描电镜观察显示,WC-10Co4Cr涂层孔隙率低,结构均匀致密。显微硬度与摩擦磨损测试表明,WC-10Co4Cr涂层较硬铬镀层硬度提高了1.4倍,耐磨性提高4倍以上;耐蚀性测试表明,WC-10...     

超音速等离子喷涂WC-Co涂层的冲蚀磨损机理研究

用超音速等离子喷涂(HEPJet)和两种进口高速氧燃气火焰喷涂设备(JP-5000和DJ-2700)制备WC-Co涂层,进行了30(°)和90(°)攻角的冲蚀磨损对比试验,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涂层抗冲蚀性能与JP-5000相当,要优于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2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。     

Influence of Fracture Toughness and Microhardness on the Erosive Wear of Cermet Coatings Deposited by Thermal Spray

An evaluation of the relationship between the microhardness and fracture toughness with resistance to erosive wear of WC10Co4Cr, WC-12Co, and Cr3C2-25NiCr coatings was conducted. Powder and flexible cored wire feedstock materials were applied by high-velocity oxygen fuel (HVOF) and flame spray (FS), respectively. The erosive wear mechanism prevailing in the coatings was found to be brittle, which also explains the higher erosion rate for the experimental condition using the particle impact angle of 90 deg and impact velocity of 9.33 m/s. The best wear performance was for the coatings applied by HVOF that attains 1.83 mm³/kg for the 90 deg/3.61 m/s test condition. The coating obtained with the WC-10Co4Cr material using the FSFC method showed tungsten carbide decarburization, justifying its poor mechanical properties and poor performance in the erosive wear test. Flame-sprayed flexicords proved to be a promising alternative to HVOF in obtaining coatings with low porosity and acceptable mechanical properties, especially in applications where the use of the HVOF technique is inadequate because of inaccessibility or excessively high cost. Values of K _c for the coatings obtained by HVOF (7.35 to 10.83 MPa.m^1/2) were between two and three times greater than the values obtained for the coatings resulting from FSFC (2.39 to 3.59 MPa.m^1/2), in a similar manner as with the microhardness.

     

面向工程机械绿色再制造的超音速火焰喷涂碳化钨硬面涂层的性能

绿色再制造工程在上世纪八十年代国际上兴起,并成为发展最快的新型研究领域和新兴产业之一。本文利用超音速火焰喷涂技术制备WC-12Co涂层,探讨了该涂层在磨损失效的ZL50C型装载机驱动桥差速器的十字轴领域的应用可能性。通过光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线、显微硬度计和拉伸测试对所制备的涂层进行了评定,以硬度为目标,所获的优化工艺参数为:丙烷压力为0.45MPa,流量为17L/min,氧气压力为0.65MPa,流量为167L/min,喷涂距离为275mm。通过优化工艺参数制备的WC-12Co涂层致密,孔隙率低于1%,涂层由WC、Co和部分分解的W2C等组成;涂层的显微硬度为1100HV0.1左右,结合强度超过63.7MPa。通过在十字轴的表面制备了厚度约500μm的WC-12Co涂层,恢复了轴的直径尺寸,并大大改善了十字轴的耐磨性,该类涂层适用于十字轴等耐磨工程机械零部件的再制造。     

Ag含量对WC-12Co/Ag涂层高温摩擦性能的影响

采用超音速火焰喷涂技术制备了三种不同Ag含量(10%,15%和20%)的WC-12Co/Ag涂层,将其高温摩擦性能与WC-12Co涂层进行对比。通过微观检测手段分析了Ag在涂层中的分布形态;检测了500℃,不同载荷(50N,100N,150N和200N)条件下,WC-12Co/Ag涂层摩擦因数随摩擦行程增加而变化的情况;并观察了涂层高温摩擦试验后磨痕微观形貌以及Ag元素的分布状态。试验结果表明:Ag元素在涂层中均匀分布,涂层中的Ag主要以单质的形式存在;在500℃条件下,当Ag含量大于15%时,Ag元素在磨损界面处形成一定厚度的连续润滑膜,起到良好的自润滑作用。