超音速火焰喷涂316L不锈钢涂层性能研究

采用超音速火焰喷涂技术(HVOF)在高强钢表面制备了316L不锈钢涂层,利用扫描电镜、显微硬度仪、电化学测试系统等设备对涂层金相组织、硬度、结合性能和抗腐蚀性能等进行了测试,并分析了WC-CoCr中间层对316L不锈钢粉末涂层结合强度及涂层界面的影响。结果表明:超音速火焰喷涂316L不锈钢粉末颗粒在喷涂中变形充分,形成较致密的涂层,并具有超过400 HV0.1的显微硬度;涂层具有较高自腐蚀电位,耐蚀性优于高强钢;涂层结合强度随着涂层厚度的减小、基体硬度的增加而提高;WC-CoCr底层可改善涂层界面结合,从而改善316L不锈钢涂层的结合性能。     

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。     

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。     

热处理对超音速火焰喷涂FeAl-Al涂层组织结构的影响

目的通过超音速火焰喷涂(High Velocity Oxygen Fuel,HVOF)的粉末喂料设计,获取结构致密的铁铝金属间化合物涂层,并详细考察热处理对所制备涂层组织结构的影响。方法在铁铝合金粉末喂料中添加质量分数为5%的铝粉,改善喷涂效果,在316L不锈钢表面制备致密的FeAl-Al涂层,并进行真空热处理。采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)及维氏显微硬度计,详细分析了涂层在不同热处理温度下的微观组织、成分、结构与显微硬度的变化。结果喷涂态FeAl-Al涂层厚度约为150μm,物相为Fe2Al5,未检测到单质Al。随着热处理温度升高,Fe2Al5相的衍射峰逐渐增强。500℃热处理后,喷涂态涂层中扁平粒子间存在的细微孔隙大量消失,涂层致密性明显提高。但是800℃热处理后,涂层中产生了与界面平行的裂纹。喷涂态FeAl-Al涂层的硬度为465.06HV0.1,500℃热处理2 h后增加至472.06HV0.1,继续提高热处理温度,涂层的显微硬度则明显下降。结论在粉末喂料中引入质量分数为5%的Al粉,可明显改善超音速火焰喷涂效果,获得结构致密、与基体结合牢固的FeAl-Al涂层。合适的热处理能进一步消除喷涂缺陷,使涂层显微硬度增加,微观结构更加致密。     

超音速悬浮液火焰喷涂HA涂层的组织及力学性能

以纳米羟基磷灰石(HA)颗粒为原始粉末,通过超音速悬浮液火焰喷涂(HVSFS)法在316L不锈钢基体上制备纳米结构HA涂层。研究了丙烷流量对纳米结构HA涂层相结构、微观结构及力学性能的影响。结果表明:纳米结构HA涂层相结构与丙烷流量相关;该涂层表面由部分熔化粒子形成的粗糙多孔结构组成,涂层与基体界面结合良好;该涂层的显微硬度随丙烷流量(1000～1500 L/h)增加从40.9 HV0.025提高到133.3 HV0.025,弹性模量从3.9 GPa提高到4.9 GPa,涂层磨损率从0.67 mg/(N·m)降低到0.13 mg/(N·m),涂层磨损表面主要呈犁沟与剥落特征。超音速悬浮液火焰喷涂可获得相结构不分解的纳米结构HA涂层,且该涂层的力学性能随丙烷流量的增加而提高。     

超音速火焰喷涂原位制备MoB/NiCr金属陶瓷涂层的组织结构

通过机械球磨结合粘结破碎法制备了Mo-B-Ni-Cr复合粉末,然后采用超音速火焰喷涂方法在316L不锈钢基体上制备了MoB/NiCr涂层。采用扫描电镜、X-射线衍射仪、激光粒度、图像法和硬度计等手段观察并分析了粉末和涂层的组织结构。结果表明,复合粉末的组织形态呈近球形,复合粉末各粒子间结合良好;通过X-射线衍射发现,复合粉末的主要物相为Mo、Ni和Cr三相。原位制备的涂层组织致密性良好,孔隙率仅为0. 23%,且涂层扁平粒子间及涂层与基体界面之间结合良好。涂层中原位生成了Mo_2NiB_2三元硼化物。     

大气等离子喷涂和超音速火焰喷涂WC-Ni涂层组织结构和性能的对比研究

采用大气等离子喷涂和超音速火焰喷涂技术在不同工艺参数下制备WC-Ni涂层。涂层的相结构和显微组织结构分别采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)进行表征。涂层的显微硬度、弹性模量和断裂韧性采用显微维氏硬度计进行表征。采用销盘磨损试验对涂层的磨损性能进行表征。结果表明,较大功率下等离子喷涂的涂层较致密,WC相脱碳程度较大。超音速火焰喷涂距离较小时,制备的涂层较致密,脱碳分解程度较小。相比等离子喷涂技术,超音速火焰喷涂制备的涂层中WC相的分解更少,涂层组织结构相对致密,力学性能相对较高,耐磨粒磨损性能较好。致密度相近,但脱碳程度较小的涂层耐磨性能较好。     

先进喷涂技术制备316L不锈钢涂层的结构与性能研究

相较于铝、铜等有色金属涂层,316L不锈钢涂层具有较高硬度和耐磨性、良好的耐腐蚀等特性,在诸多工业领域均有迫切需求。本文采用冷喷涂和大气等离子喷涂技术制备了316L不锈钢涂层,分别借助扫描电镜、显微硬度和磨损试验等检测手段研究了涂层的微观结构、显微硬度和磨损特性,对比探讨了涂层的磨损机理。试验结果表明,大气等离子喷涂制备的316L不锈钢涂层层状结构明显,存在大量的孔隙。而冷喷涂316L不锈钢涂层非常致密,且无明显氧化。冷喷涂涂层较低的孔隙率和沉积过程中的加工硬化现象,使得冷喷涂316L不锈钢涂层的硬度明显高于大气等离子喷涂涂层,具有更好的耐磨性。冷喷涂涂层在摩擦过程中的摩擦磨损机理主要为磨粒磨损,而大气等离子喷涂制备的316L不锈钢涂层的磨损机理为磨粒磨损和疲劳磨损的复合磨损形式。     

Al2O3弥散强化316L不锈钢粉末的高速火焰喷涂

采用高能球磨工艺制备了Al2O3弥散强化316L不锈钢喷涂粉末,并进行高速火焰喷涂(HVOF)试验.研究了弥散强化粉末及其喷涂层的微观组织结构和硬度.采用销-盘磨损试验机测试了涂层的耐磨性能.结果表明,球磨加工后,Al2O3颗粒尺寸大多小于1 μm,由微米级、亚微米级及纳米级粒子组成并均匀分布在316L不锈钢基体粉末中.随着球磨时间的增加,粉末的显微硬度提高.喷涂后球磨粉末的微观组织结构基本不变,喷涂层的硬度比对应球磨粉末硬度低,其耐磨性明显优于单纯不锈钢粉末涂层.     

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。     

TiAlNb intermetallic compound coating prepared by high velocity oxy-fuel spraying

Ti_28.35Al_63.4Nb_8.25 (at.%) intermetallic compound coatings were sprayed onto 316 L stainless steel substrates by HVOF processes using various parameters. By varying the grit blasting pressure between 0.11 and 0.55 MPa, the effects of substrate roughness on the adhesion of TiAlNb thermal sprayed coatings were investigated. The microstructure, porosity and microhardness of the coatings were characterized by SEM, XRD, Image Analysis and Vickers hardness analysis. The tensile adhesion test (TAT) specified by ASTM C 633-79 was used to measure the tensile bonding strength of the coating. The results show that the coatings with substrate roughness of 8.33 μm displayed the best combined strength. TiAlNb coatings had a lamellar microstructure with different spraying parameters. The porosity, bonding strength, microhardness of coatings were assessed in relation to the spraying processes. The thickness of bond coat on the bond strength of coatings was also discussed.     

316L不锈钢表面NbC涂层的制备与性能评价

目的探究NbC涂层作为惰性涂层在模拟体液中的耐腐蚀性能及血液相容性能,并为NbC涂层作为生物惰性涂层改善316L不锈钢心血管支架的表面性能提供参考依据。方法采用物理气相沉积法制备NbC涂层,并通过优化工艺参数改善涂层性能。采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射仪(XRD)、纳米压痕仪和原位纳米划痕仪,对涂层的微观结构及性能进行研究。采用循环伏安法对涂层的耐腐蚀性能进行表征。采用血小板粘附实验对涂层的血小板粘附行为进行了评价。结果制备的涂层具有结合性能强和致密度高等优点。随着基体温度的升高,NbC涂层的力学性能、耐腐蚀性能及血小板粘附特性均得到明显改善,硬度及弹性模量分别由(12.5±0.2)GPa和(213±0.8)GPa上升到(24.5±0.4)GPa和(275±1.1) GPa,自腐蚀速率优化明显,由8.76×10~(-6)A/cm~2降到1.98×10~(-8)A/cm~2。结论 NbC涂层在模拟体液中具备与316L不锈钢相当的稳定性,但其腐蚀速率远低于316L不锈钢,血小板粘附数量及变形较基体316L不锈钢得到显著改善,有望成为改善316L不锈钢表面性能的惰性涂层。     

等离子喷涂TiO2基涂层工艺参数优化研究

目的对TiO_2基涂层的等离子喷涂工艺参数进行优化。方法采用正交实验、基材温度采集并结合涂层微观形貌分析、能谱分析、结合强度试验、显微硬度测试等方法,研究了喷涂电流、喷涂距离、主气流量对涂层组织及性能的影响规律,并获得了优化的喷涂工艺参数。结果涂层分熔融区和部分熔融区,呈现双模结构的混合微观结构特征,截面形貌凹凸不平,并以机械结合为主。拉断后,涂层断裂面呈韧窝状,由陶瓷层到粘结层呈台阶状过渡,陶瓷层整体的内聚结合强度优于陶瓷层与粘结层结合界面的结合强度。涂层条带状夹杂随着粉末流到达基板的温度的增加而减少,对结合强度影响不显著,但对硬度影响较显著。等离子喷涂过程中,粉末流到达基板的温度在一定范围内时,涂层性能随着粉末流到达基板的温度的增加而增加,但粉末流到达基板的温度过大,涂层性能降低。结论获得最优涂层必须采用最优工艺参数,工艺参数对涂层综合性能的影响主次顺序为喷涂电流、喷涂距离、主气流量,得到的优化工艺参数为:喷涂电流350 A,喷涂距离110 mm,主气流量2100 L/h。     

高含沙水流用水轮机叶片表面热喷涂WC/Co涂层的性能

通过高速火焰喷涂技术(高速氧-燃气喷涂,HVOF)在水轮机叶片用06Cr13不锈钢表面喷涂WC/Co涂层。采用金相显微镜、硬度计、万能试验机分析了WC/Co涂层的孔隙率、显微硬度及其与基体的结合强度;并在高含沙水流环境中通过冲蚀、汽蚀试验测试WC/Co涂层的耐冲蚀性能和耐汽蚀性能。结果表明:WC/Co涂层的孔隙率、显微硬度及其与基体的结合强度分别为0.68%、1211HV、70MPa;WC/Co涂层具有优良的耐冲蚀性能,冲蚀后其磨损量仅为06Cr13不锈钢基体的0.18倍;WC/Co涂层具有良好的致密度、结合力及强韧性,因此涂层也具有优良的耐汽蚀性能。     

非对称HA/316L不锈钢梯度生物材料的制备与表征

采用干粉铺叠法和热压工艺制备了非对称HA/316L不锈钢功能梯度生物材料,并测定了其相对密度和抗弯强度,采用X射线衍射仪、扫描电镜、金相显微分析技术等对材料进行了物相和显微组织分析.结果表明:非对称HA-316L不锈钢生物FGM在宏观上呈现明显的梯度分布,微观上则各成分分布连续、均匀,各梯度层之间没有明显的宏观界面,界面结合紧密;随着316L不锈钢含量的增大,材料的相对密度增加,抗弯强度提高,平均抗弯强度达450 MPa左右,体现出FGM的热应力缓和行为;此外,在生物FGM中,HA和316L不锈钢两相在热压过程中发生了不同程度的固溶,表明HA和316L不锈钢能够形成好的结合.     

Characterization of plasma sprayed Fe-17Cr-38Mo-4C amorphous coatings crystallizing at extremely high temperature

A Fe-17Cr-38Mo-4C alloy powder was plasma sprayed by three processes: an 80 kW low-pressure plasma spray (LPPS), a 250 kW high-energy plasma spray (HPS), and a 40 kW conventional plasma spray (APS). The as-sprayed coating obtained by the LPPS process is composed of only amorphous phase. As-sprayed coatings obtained by the HPS and APS processes are a mixture of amorphous and crystalline phases. The three as-sprayed coatings exhibit a high hardness of 1000 to 1100 DPN. The amorphous phase in these coatings crystallizes at a high temperature of about 920 K. A very fine structure composed of hard ϰ-phase and carbides is formed after crystallization. The hardness of the coating obtained by LPPS reaches a maximum of 1450 DPN just after crystallization on tempering and retains a high hardness more than 1300 DPN after tempering at high temperatures of 1173 or 1273 K. The corrosion potential of the amorphous coating is the highest among the three coatings and higher than that of a SUS316L stainless steel coating. The anodic polarization measurements infer that the corrosion resistance of the amorphous coating is superior or comparable to SUS316L stainless steel coating in H₂SO₄ solution.     

Thermal-sprayed Fe-10CM3P-7C amorphous coatings possessing excellent corrosion resistance

An alloy of Fe-10Cr-13P-7C was thermally sprayed by three different processes: (1) 80 kW low-pressure plasma spraying (LPPS), (2) high-velocity oxyfuel (HVOF) spraying, and (3) 250 kW high-energy plasma spraying (HPS). The as-sprayed coating obtained by the LPPS process was composed of an amorphous phase. In contrast, the as-sprayed coatings obtained by the HVOF and HPS processes were a mixture of amorphous and crystalline phases. The as-sprayed coatings showed a high hardness of 700 DPN. A very fine structure composed of ferrite, carbide, and phosphide was formed, producing a maximum hardness of greater than 1000 DPN in the LPPS coating just after crystallization on tempering. The corrosion re-sistance of the amorphous coating was superior to a SUS316L stainless steel coating in 1N H₂SO₄ solution and 1N HC1 solution. Furthermore, the amorphous coating underwent neither general nor pitting corro sion in1NUCI solution and 6% FeCl₃ 6H₂O solution containing 0.05N HCl, whereas the SUS316L stain less steel coating was attacked aggressively.     

Fracture behavior of 304 stainless steel coatings by cold gas dynamic spray

304 stainless steel coating was deposited on the Interstitial-Free steel substrate by cold gas dynamic spraying (CGDS).Three-point bending test of the cold sprayed 304 stainless steel coating was tested by SHIMADZU electro-hydraulic servo-controlled fatigue testing machine and the fracture morphology was examined by scanning electron microscopy.The results showed that the fracture behavior of the cold sprayed 304 stainless steel coating was brittleness fracture.The crack in the coating occurred in the interfaces between particles and the crack extended to the internal of the coating with the increase of the load.When the crack has extended to the combination interface between coating and substrate,the crack extended to the two sides.The microstructure and mechanical property of the cold sprayed 304 stainless steel coating have been optimized after heat treatment.     

基体材料对Cr/CrN多层涂层在海水环境中磨蚀性能的影响

目的 讨论海水环境下不同基体材料对Cr/CrN交替的多层复合涂层磨蚀性能的影响,为海水环境下耐磨蚀材料基体的选择和应用提供参考。方法 采用多弧离子镀技术在316L不锈钢和TC4钛合金基体上沉积Cr/CrN多层复合涂层,通过XRD、SEM等技术对涂层材料的微观结构进行表征,通过硬度测试、结合力测试、电化学分析、摩擦磨损试验等技术对涂层材料的力学性能、电化学性能以及摩擦学性能进行分析,比较不同基体对Cr/CrN多层涂层在海水环境中磨蚀性能的影响。结果 以TC4钛合金为基体的Cr/CrN多层涂层的硬度为1727.2HV0.3,虽略小于以316L不锈钢为基体的涂层硬度（2241.5HV0.3）,但其在膜-基结合力、海水环境下电化学性能和摩擦学性能等方面均优于以316L不锈钢为基体的涂层。结合力测试中,以TC4为基体的多层涂层初始裂纹出现在31 N,扩展裂纹出现在42 N,大于316L基体涂层的22 N和35 N。电化学测试中TC4基体涂层的腐蚀电位为?0.20 V,大于316L基体涂层的腐蚀电位（?0.21 V）。海水环境下TC4基体涂层的平均摩擦系数和磨损率分别为0.35和2.9950×10?5 mm3/(N?m),均小于316 L基体涂层的平均摩擦系数（0.36）和磨损率（4.9895×10?5 mm3/(N?m)）。结论 TC4钛合金更适合作为海水环境用Cr/CrN多层涂层耐磨蚀材料的基体材料。