超音速火焰喷涂Fe基非晶合金涂层材料的摩擦磨损性能研究

目的通过优化涂层制备工艺,制备致密的Fe基非晶合金涂层,以提高非晶合金涂层的耐磨性。方法采用活性燃烧高速燃气超音速火焰喷涂(AC-HVAF)技术,通过工艺优化,制备了组织致密的Fe基非晶合金涂层。利用场发射扫描电子显微镜、X射线衍射仪、维氏显微硬度计、摩擦磨损试验机、三维光学轮廓仪等设备,对非晶合金涂层的组织结构、摩擦性能和磨损机制进行了深入分析。结果 Fe基非晶合金涂层呈现典型的非晶结构,涂层厚度在300μm左右,涂层的平均显微硬度值高达1000HV0.1。在干摩擦试验条件下,Fe基非晶合金涂层的磨损量远低于304不锈钢材料,磨损率是304不锈钢基体的1/3~1/2。Fe基非晶合金涂层的磨损机制以疲劳磨损为主,伴随着氧化磨损。氧化磨损主要是由干摩擦过程中产生的摩擦热导致,氧化磨损加速了片层剥落。结论 Fe基非晶合金涂层孔隙率的降低和非晶相含量的提高,有利于稳定摩擦系数和改善涂层的耐磨损性能。     

超音速火焰喷涂Cr3C2-25NiCr涂层高温摩擦磨损性能

在两种喷涂参数下,采用超音速火焰喷涂(HVOF)制备了两种Cr3C2-25％NiCr涂层,用金相显微镜和扫描电子显微镜(SEM)表征粉末和涂层的显微组织,用图像处理软件分析涂层孔隙率,并进行涂层维氏显微硬度测试,对涂层进行高温摩擦磨损试验,分析对比了两种涂层的耐磨性,并探讨了磨损机理.结果表明:两种Cr3C2-25％ NiCr涂层的孔隙率和硬度,CrC-1为0.90％和848.1 HV1,CrC-2为0.42％和884.6 HV1,涂层的高温磨损主要为粘着磨损伴有颗粒切削和剥落带来的磨粒磨损,其中CrC-2具有较好的耐磨性.     

超音速火焰喷涂TiB2-50Ni复合涂层的高温摩擦磨损性能

目的 研究环境温度对Ni质量分数为50%的TiB2-Ni复合涂层摩擦磨损性能的影响。方法 选用“壳核型”Ni包覆TiB2复合粉末,通过超音速火焰喷涂（HVOF）在304不锈钢基材表面制备TiB2-50Ni金属陶瓷复合涂层。采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析了粉末、涂层与摩擦磨损表面的显微结构和物相组成,并研究了TiB2-50Ni涂层和304不锈钢基材的高温摩擦磨损性能。结果 HVOF制备的复合涂层截面呈现明显的层片结构,涂层厚度、孔隙率、显微硬度、表面平均粗糙度及界面平均结合强度分别约300.8 μm、2.3%、766.1HV、2.3 μm及22.6 MPa。高温环境下,304不锈钢基材摩擦系数波动大,且随环境温度升高,其磨损率急剧增加,而TiB2-50Ni涂层的摩擦系数及磨损率波动较小。当环境温度达600 ℃时,涂层磨损率为(2.73±0.01)×10–5 mm3/(N?m),约为304不锈钢基材磨损率（(11.07±0.01)×10–5 mm3/(N?m)）的1/4。高温环境下,TiB2-50Ni涂层的磨损机理是磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损。结论 HVOF所制备TiB2-50Ni复合涂层受摩擦环境温度影响较小,具有优异的耐高温摩擦磨损性能。     

超音速火焰喷涂碳化物金属陶瓷涂层冲蚀磨损性能

采用超音速火焰喷涂技术喷涂不同工艺的两种粉末,得到Cr3C2-25NiCr和WC-12Co涂层;对涂层的冲蚀磨损性能进行了测试;采用扫描电镜对原始粉末以及冲蚀前后涂层的组织形貌进行了观察。结果表明,团聚烧结粉制备的涂层组织较致密。粘结相含量较多的涂层,其冲蚀磨损性能较差;致密度较高的涂层,其冲蚀磨损性能较好。     

超音速火焰喷涂含氟化物的碳化铬/镍铬涂层结构及性能

采用超音速火焰喷涂技术制备用于航空发动机刷式封严系统的含氟化钙、氟化钡的碳化铬/镍铬自润滑耐磨涂层。对涂层各项性能进行了检测和分析:涂层显微组织结构均匀,结合强度大于60 MPa,硬度值86～90 HR15N,680～720 HV0.3,耐风冷热震循环次数1000次以上,最大摩擦因数不超过0.15。结果表明,超音速火焰喷涂含氟化钙、氟化钡的碳化铬/镍铬自润滑耐磨涂层综合性能优异,可以作为刷式封严系统的封严涂层。     

不同热喷涂技术制备镍基涂层的摩擦磨损性能

利用超音速火焰喷涂技术和低压等离子喷涂技术，在铜基体上制备镍基涂层，研究涂层在室温下的摩擦磨损特性，探讨涂层的磨损机理。结果表明，HVAF制备的镍基涂层具有较好的耐磨性，主要原因是在涂层中存在Ni3B、M23C6、M7C3等硬质相，其磨损机理为磨粒磨损，而低压等离子喷涂技术制备的镍基涂层组织出现大量的非晶态，硬度低，磨损机理为磨粒磨损和疲劳磨损的综合作用，并以疲劳磨损为主。     

超音速火焰喷涂合成TiC-Ni涂层滑动磨损性能研究

采用二次正交回归试验方法得到了喷涂工艺参数与反应超音速喷涂合成涂层滑动磨损性能的定量关系,研究了涂层的磨损失效机制,并分析了氧气流量、燃气流量和喷涂距离对超音速火焰喷涂合成TiC-Ni涂层滑动磨损性能的影响。结果表明：涂层的磨损机制以粘结相的优先磨损以及硬质相的剥落引起的磨粒磨损为主。氧气流量、燃气流量和喷涂距离对涂层滑动磨损性能有较大影响。适中的氧气流量、燃气流量有利于获得耐磨性较好的涂层,喷涂距离较小时,涂层的磨损失重量变化不明显．喷涂距离较大时,失重量较高。     

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。     

超音速火焰喷涂包覆涂层的高温氧化性能

采用超音速火焰喷涂方法制备包覆涂层,进行空气中静态和循环氧化试验和扫描电镜分析,结果表明,涂层具有较好的抗静态高温氧化性能,在900℃×100h和1000℃×100h条件下,涂层无剥落现象发生,涂层具有良好的抗循环氧化性能.     

超音速等离子喷涂Mo涂层的载流摩擦磨损性能

采用超音速等离子喷涂技术在45CrNiMoVA钢表面制备Mo涂层，利用场发射扫描显微镜（SEM）、X射线能谱分析仪（EDS）观测涂层显微形貌与组织成分，分析了载流摩擦中的电接触模型及电弧成因，利用滑动式摩擦试验机研究了电流强度对涂层粗糙度、表面温升及摩擦磨损性能的影响。结果表明：制备的Mo涂层组织致密、氧化程度低，与基体结合方式为“机械铆合”；随电流增加，摩擦副间电弧能量急剧升高，起弧率与表面粗糙度先降低，后上升。其中收缩电阻和微电容产生的自感电动势促进了电弧形成；摩擦副表面的温升由摩擦热、焦耳热、电弧热共同决定，与电流强度呈正相关；摩擦因数受表面粗糙度、材料剪切强度、表面膜等因素共同影响，随电流增加呈下降趋势。此外，载流条件下会出现黏着磨损、氧化磨损、电弧烧蚀等磨损，加剧了涂层剥落与磨粒磨损，但形成的摩擦膜可以有效保护涂层，降低磨损率。     

Erosion, Abrasive, and Friction Wear Behavior of Iron Aluminide Coatings Sprayed by HVOF

Iron aluminides have been proposed lately as promising materials for wear applications. Many authors have focused their investigations on the friction behavior of FeAl coatings, emphasizing the role of this intermetallic phase as a new matrix to embed ceramic particles and replace the extensively studied WC-Co cermet system for high temperature. However, few of these studies deal with the evaluation of the different tribological properties and their relationship with the coating microstructure. In the present study, the near stoichometric Fe40Al was successfully sprayed by means of high velocity oxy-fuel using different particle size distribution and the tribological behavior was assessed through solid particle erosion, abrasive and dry sliding tests. The wear mechanisms of the deposited coatings are discussed with regard to the observed results. In addition, oxidized samples were tested to evaluate the role of the oxide top layer; also, the powder was previously annealed to produce a coating with an almost fully ordered FeAl structure.     

超音速火焰喷涂WC-CrNi涂层的滑动磨损特性研究

采用超音速火焰喷涂技术制备WC-CrNi涂层,研究了自配副磨损和三体磨损条件下,涂层的滑动磨损性能,并分析了涂层磨损前后的形貌及成分变化。结果表明:WC-CrNi涂层组织致密、结构均匀;两种磨损条件下,涂层的摩擦系数相差较大,三体磨损时,涂层损伤严重,由于配副接触面间第三体存在增加了摩擦阻力,使得摩擦系数稳定性变差;涂层在两种磨损条件下的磨损机制有所不同,自配副时的磨损机制为WC层状剥离,三体磨损下则以微切削并伴随塑性变形为主。     

HVOF喷涂纳米WC-12Co涂层的性能研究

为促进HVOF喷涂纳米WC-12Co涂层在工业上的应用,采用HVOF喷涂法分别制备了纳米和微米结构WC-12Co涂层.研究了涂层的结合强度,测试了两种涂层的显微硬度及耐冲蚀磨损性能,并利用扫描电镜对喷涂粉末、涂层显微组织、冲蚀表面形貌进行了分析.研究结果表明：两种涂层中纳米涂层显微硬度是普通涂层的1.5倍,最高达到1610 HV,纳米涂层中W C颗粒的分布更均匀,冲蚀率是微米级涂层的1/2左右,性能更优越.     

煤油流量对HVOF喷涂FeCrMoSi-Ti3SiC2涂层高温摩擦磨损性能的影响

目的 提高燃煤锅炉四管的耐磨性能。方法 使用喷雾造粒技术制备FeCrMoSi/Ti3SiC2复合粉末,并利用超音速火焰喷涂技术(HVOF)在12CrMoV基体上制备煤油流量分别为26、28、30、32 L/h的复合涂层。使用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及其自带的能谱仪(EDS)、Raman、维氏显微硬度计和摩擦磨损试验机研究FeCrMoSi/Ti3SiC2粉末及其涂层相组成、组织结构,检测涂层的力学性能,并对涂层在800 ℃下的摩擦学性能和磨损机理进行系统分析。结果 粉末物相主要由Ti3SiC2、Fe-Cr和TiC组成,涂层的物相与粉末类似,但是新产生了SiC相,且随着煤油流量的升高,Ti3SiC2物相逐渐分解。当煤油流量为30、32 L/h时,涂层内Ti3SiC2物相大量分解。涂层的硬度和断裂韧性随着煤油流量的升高表现出先升高、后降低的趋势,孔隙率和磨损率呈现先减小、后增大的趋势。当煤油流量为28 L/h时,涂层磨损率最低,约为5.44 ´ 10^-15 m³/(N.m)。结论 煤油流量为28 L/h时,涂层表面生成的SiO2、TiO2和Fe2O3等氧化物均匀分布在磨痕和对偶球表面,有效阻挡了对偶球和涂层的直接接触,使得涂层显示出最优异的摩擦学性能。涂层的主要磨损机制为氧化磨损和黏着磨损。     

Investigation of Properties and Wear Behavior of HVOF Sprayed TiC-Strengthened Fe Coatings

High-velocity oxyfuel (HVOF) sprayed carbide based coatings (such as Cr₃C₂/NiCr) are industrially well established for wear protection applications. Due to their high carbide content of typically 75 wt.% and more, they provide very high hardness and excellent wear resistance. Unfortunately, costs for matrix materials such as nickel underlie strong fluctuations and are normally well above the prices for iron. Therefore an alternative concept to conventional carbides is based on TiC-strengthened low-cost Fe-base materials, which are already used for sintering processes. Depending on the carbon content, the Fe-base material can additionally offer a temperable matrix for enhanced wear behavior. The sprayability of TiC-strengthened Fe-powders with a gaseous and a liquid fuel driven HVOF system was investigated in this study. The resulting coatings were analyzed with respect to microstructure, hardness, and phase composition and compared with galvanic hard chrome, NiCrBSi, and Cr₃C₂/NiCr (80/20) coatings as well as with sintered Fe/TiC reference materials. Furthermore, the Fe/TiC coatings were heat treated to proof the retained temperability of the Fe matrix after thermal spray process. Tribometer tests (pin-on-disk tests) were conducted to determine wear properties.     

亚微米WC添加对超音速火焰喷涂WC-Co涂层磨损性能影响

采用超音速火焰喷涂方法(HVOF)在304不锈钢基体表面制备WC和WC-12Co的复合涂层WC-Co,研究亚微米WC的添加对涂层相组成、显微硬度、耐磨性能和表面形貌的影响。利用X射线衍射、压痕法、往复式摩擦磨损实验和扫描电子显微镜(SEM)分别对涂层的相组成、显微硬度、磨损性能和表面形貌进行分析测试,并分析涂层的磨损过程和机制。结果表明,添加质量分数5%的亚微米WC颗粒显著提高了涂层的显微硬度(16.3%);增强了涂层的耐磨性,磨损率从6.09×10-7 mm3/Nm减小到5.15×10-7 mm3/Nm(减小13.8%);亚微米WC颗粒喷涂后在涂层中保持了WC相,并主要存在于WC-Co扁平粒子界面和孔隙。基于涂层中扁平粒子的结合特性与磨损失效特征,建立强化模型,分析亚微米WC颗粒对涂层扁平粒子界面的强化机制。     

Microstructure and Wear Performance of Arc Sprayed Fe-FeB-WC Coatings

Two Fe-FeB-WC coatings were deposited on the Q235 steel substrate by arc spraying. The microstructure and the abrasive wear performance of the coatings were characterized by x-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscope (SEM). The wear mechanisms of the coatings were examined. It was found that Fe-Cr alloy and Fe₂B are present in the coating as the main phases. The results showed that adding hard particle powders could obviously increase the hardness and wear resistance of the coatings. The average microhardness of the coatings was about 870 to 920 HV_0.1. The coatings exhibited excellent abrasive wear resistance, being 3.3 to 4.8 times higher than that of arc sprayed 3Cr13 coating.     

大气等离子喷涂WC和Cr2C3基涂层

等离子喷涂技术能有效延长工件的服役寿命,具有重要的工程应用价值.主要研究了喷涂电流对涂层性能的影响,并观察了涂层的组织形貌,测试了摩擦学特性.结果表明,WC基涂层与Cr2C3基涂层相比具有更高的硬度和更低的摩擦因数.当喷涂电流在500～600 A变化时,两种材料的涂层硬度相当;但是当喷涂电流为450A,WC-12Co涂层呈现出最高硬度.随着电流的变化,Cr2C310(Ni20Cr)涂层的摩擦因数变化不大;当电流为600A时,WC基涂层的摩擦因数最小.