超音速等离子与超音速火焰喷涂WC-10Co4Cr涂层的性能及磨损机理

采用超音速等离子喷涂和超音速火焰喷涂分别制备了WC-10Co4Cr金属陶瓷涂层,表征和分析了WC-10Co4Cr涂层的物相组成、微观组织结构,进行了硬度、孔隙率、结合强度及560和1120 r/min下的磨损对比试验。结果表明,超音速等离子喷涂制备的涂层的综合性能与超音速火焰喷涂制备的涂层性能相当。在560 r/min下磨损10 h,超音速等离子喷涂制备的涂层与基体的磨损量比为1∶122.15,超音速火焰喷涂制备的涂层与基体的磨损量比为1∶138.36,涂层的磨损机制主要表现为磨粒磨损。在1120 r/min下磨损10 h,超音速等离子喷涂制备的涂层与基体的磨损量比为1∶109.53,超音速火焰喷涂制备的涂层与基体的磨损量比为1∶127.44,涂层的磨损机制主要表现为磨粒磨损和疲劳磨损。     

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。     

超音速火焰喷涂微、纳米结构WC-10Co4Cr涂层及其性能

采用超音速火焰喷涂技术（HVOF）在06Cr13Ni4Mo不锈钢基体上分别制备了微米结构、纳米结构WC-10Co4Cr涂层。通过X射线衍射仪（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）表征和分析了不同结构WC-10Co4Cr涂层的物相组成、微观组织结构,并对涂层的显微硬度、孔隙率、结合强度、抗冲蚀性能进行了对比,探讨了涂层泥沙冲蚀机理。结果表明：HVOF制备的纳米结构 WC-10Co4Cr涂层组织致密,孔隙率更低,涂层的显微硬度、结合强度高于微米涂层,冲蚀质量损失量也小于微米涂层;纳米结构细化了涂层晶粒,增强了涂层的显微硬度和韧性,提高了涂层的抗微切削和抗疲劳剥落性能,有利于涂层的抗泥沙冲蚀性能。     

印刷设备用Q235钢的表面喷涂处理研究

采用等离子喷涂和高速火焰喷涂工艺,对印刷设备用Q235钢表面进行喷涂处理,对比分析两种喷涂工艺下WC-12Co涂层的微观组织,并进行了孔隙率统计和磨损性能测试。结果表明,等离子喷涂和高速火焰喷涂涂层的孔隙率分别为3.9%和1.3%,涂层与基体之间为机械结合。高速火焰喷涂涂层的耐磨性要明显高于等离子喷涂涂层。     

HVOF喷涂WC-10Co4Cr涂层的性能及滑动磨损机理

目的研究WC-10Co4Cr涂层的耐滑动磨损性能及机理。方法在0Cr13Ni5Mo不锈钢基体上,采用超音速火焰喷涂(HVOF)制备了WC-10Co4Cr金属陶瓷涂层。分析了WC-10Co4Cr涂层的物相组成、显微组织,并测试了其硬度、结合强度、孔隙率及在560 r/min和1120 r/min转速下的滑动磨损性能。结果涂层的显微硬度为1325HV0.2,结合强度为72 MPa。涂层组织致密,孔隙率为0.76%。在560 r/min下磨损10h,涂层与基体的磨损失重比为1:138.36;在1120 r/min下磨损10 h,涂层与基体的磨损失重比为1:127.44。结论在滑动摩擦磨损的初期,涂层的磨损失效机制主要表现为磨粒磨损。随着滑动速度的增大,涂层的磨损失效机制主要表现为疲劳磨损。     

等离子喷涂WC-12Co涂层性能及其在航空发动机中的应用

介绍了WC-Co金属陶瓷复合涂层,并以WC-12Co为例,通过等离子喷涂方式在GH4169基体上进行了涂层的制备,开展了涂层外观、显微组织、硬度、结合强度的测试分析。结果表明,等离子喷涂制备WC-12Co涂层致密、硬度高,与基体结合强度高。最后,介绍了WC-12Co涂层在航空发动机上的应用。     

等离子喷涂沉积WC-10Co4Cr涂层的脱碳机制与腐蚀摩擦学特性

为提高不锈钢摩擦副在腐蚀环境中的服役寿命,利用等离子喷涂技术制备了WC-10Co4Cr涂层,研究了涂层的物相结构、腐蚀摩擦学特性与电化学特性。研究表明,等离子喷涂WC-10Co4Cr涂层中的WC脱碳产生少量W_2C、W以及η相,当喷涂电流为650A,电压为56V时,涂层孔隙率低、致密性好。涂层在中性溶液中的摩擦系数为0.3387~0.3682,呈现伴随(WC、W_2C)-CoCr电偶腐蚀的磨料磨损;在酸性溶液中摩擦系数为0.3224~0.3981,表现为CoCr相的点蚀磨损。等离子喷涂的WC-10Co4Cr涂层增强了1Cr18Ni9Ti基体的耐腐蚀能力,基体在3.5%NaCl溶液中腐蚀电位由-617mV提高到-335~-290mV;在酸溶液中将基体的腐蚀电位由-502mV提高到-206~-179mV。     

等离子喷涂WC-12Co/NiCrAl复合涂层的摩擦磨损特性

以NiCrAl涂层为粘结层,用等离子喷涂工艺在TC4钛合金表面制备了WC-12Co/NiCrAl复合涂层。通过扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和显微硬度仪等手段分析了涂层微观形貌、化学成分和显微硬度,并用磨损试验考察了WC-12Co/NiCrAl复合涂层的摩擦磨损特性。结果表明:WC-12Co涂层表面未熔颗粒较多,涂层截面孔隙率为10.2%;WC发生部分分解,出现W2C、Co6W6C等新相;涂层与基体结合界面为机械结合+局部微冶金结合方式;显微硬度为双态Weibull分布,呈现不同位置结构的差异化。WC-12Co涂层表现出良好的减摩及耐磨性能,同载荷下摩擦因数低于基体,磨损失重为基体的1/10,磨粒磨损是其主要磨损机制。     

HVOF喷涂WC-12Co涂层性能及磨蚀机理

为提高水力机械表面抗磨蚀性能,采用超音速火焰喷涂(HVOF)喷涂微米粉末制备WC-12Co涂层,测试了涂层的显微硬度、孔隙率、结合强度及抗磨蚀性能。利用XRD表征了涂层的物相组成,并利用SEM分析了涂层的微观组织结构及磨蚀后的表面形貌,探讨了涂层在含沙水流中的磨蚀机理。结果表明,获得的WC-12Co涂层的孔隙率为0.83%,平均显微硬度达1189.7HV0.2,结合强度大于62MPa,其耐磨蚀性能是基体的3倍以上,有效提高基体的耐磨蚀性能。在含沙水流中的磨蚀主要是由沙粒冲蚀和气体气蚀所引起的。     

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。     

Cold gas dynamic spraying of aluminum: The role of substrate characteristics in deposit formation

Aluminum powder of 99.7 wt.% purity and in the nominal particle size range of −75+15 μm has been sprayed onto a range of substrates by cold gas dynamic spraying (cold spraying) with helium, at room temperature, as the accelerating gas. The substrates examined include metals with a range of hardness, polymers, and ceramics. The substrate surfaces had low roughness (R _a < 0.1 μm) before deposition of aluminum in an attempt to separate effects of mechanical bonding from other forms of bonding, such as chemical or metallurgical bonding. The cross-sectional area of a single track of aluminum sprayed onto the substrate was taken as a measure of the ease of initiation of deposition, assuming that once a coating had begun to deposit onto a substrate, its growth would occur at a constant rate regardless of substrate type. It has been shown that initiation of deposition depends critically upon substrate type. For metals where initiation was not easy, small aluminum particles were deposited preferentially to large ones (due to their higher impact velocities); these may have acted as an interlayer to promote further building of the coating. A number of phenomena have been observed following spraying onto various substrates, such as substrate melting, substrate and particle deformation, and evidence for the formation of a metal-jet (akin to that seen in explosive welding). Such phenomena have been related to the processes occurring during impact of the particles on the substrate. Generally, initiation of aluminum deposition was poor for nonmetallic materials (where no metallic bonding between the particle and substrate was possible) and for very soft metals (in the case of tin, melting of the substrate was observed). Metallic substrates harder than the aluminum particles generally promoted deposition, although deposition onto aluminum alloy was difficult due to the presence of a tenacious oxide layer. Initiation was seen to be rapid on hard metallic substrates, even when deformation of the substrate was not visible. The original version of this article was published as part of the ASM Proceedings, Thermal Spray 2003: Advancing the Sciences and Applying the Technology, International Thermal Spray Conference (Orlando, FL), May 5–8, 2003, Basil R. Marple and Christian Moreau, Ed., ASM International, 2003.     

Ni－Al底层对热喷涂层结合的作用

为了使热喷涂层有高的结合强度，一般要在基体上先喷一薄的底层，然后再喷工作层。Ｎｉ／Ａｌ是目前最广泛使用的底层材料。以Ａ３钢为基体，通过火焰粉末、火焰线材及等离子喷涂试验，考察Ｎｉ－Ａｌ底层的作用，发现在大多情况下强化效果是明显的，但对个别涂层作用也不大。     

A Method for Characterizing the Degree of Inter-particle Bond Formation in Cold Sprayed Coatings

The degree of bonding between particles within cold-sprayed deposits is of great importance as it affects their mechanical and physical properties. This article describes a method for characterizing the bonding between aluminum and copper particles following deposition by cold spraying. Aluminum and copper powders were blended in the ratio 1:1 by volume, deposited onto a copper substrate and subsequently heat treated at 400 °C for 15 min. An intermetallic layer formed along some regions of the aluminum-copper boundaries, believed to be where true metal to metal contact had occurred. In other regions, metal to metal contact was inhibited by the presence of oxide films. Image analysis was employed to measure the fraction of the aluminum-copper interface covered with intermetallic phases and to estimate intermetallic thicknesses. By increasing the primary gas pressure in the cold-spray process, an increase in the degree of inter-particle bond formation was observed.     

电弧超声提高电弧喷涂铬涂层的结合强度

提出了用电弧超声方法提高电弧喷涂铬涂层结合强度的新方法.作为电弧喷涂的热源,在对其施加高频调制之后,喷涂电弧可以作为超声发射源.电弧超声改善了喷涂材料的雾化效果,提高了涂层的结合强度,而且结合强度随着超声频率和激励电压的提高而提高.     

等离子喷涂镍基合金涂层的工艺优化

采用等离子喷涂工艺在GCr15钢基体上制备Ni60B合金涂层.通过正交试验法分析了喷涂工艺参数对涂层的结合强度的影响.其影响顺序自强至弱依次为功率、送粉速率、主气流量、喷涂距离.在功率为30 kW、送粉速率为30 9·min-1、主气流量为75 L·min-1、喷涂距离为105 mm时,涂层结合强度最高,达到59.311MPa.相结构分析结果表明,涂层材料未发生明显改变,保持了原始粉末性能.SEM观察结果表明,优化后的涂层组织更加紧密,质量明显提高.     

纳米和微米ZrB_2-SiC粉末对涂层高温抗氧化性能的影响

选用纳米团聚粉末和常规微米商用ZrB_2-SiC粉末,利用超音速等离子喷涂在310S耐热不锈钢基体上制备高温抗氧化ZrB_2-SiC复合涂层。采用XRD、SEM、EDS分析涂层组织结构;拉伸法测定涂层结合强度;静态高温氧化法表征涂层抗高温氧化性能。优化了喷涂距离,研究纳米和微米ZrB_2-SiC粉末对涂层形貌、组织结构及性能的影响。结果表明:纳米团聚粉末(n-ZS)涂层表面孔隙和微裂纹较微米商用粉末(m-ZS)涂层大幅减少,涂层更为致密;n-ZS涂层结合强度达到44.6 MPa,较m-ZS涂层提升了约67%;经过1 100℃、50 h的高温氧化试验,n-ZS涂层增重明显低于m-ZS涂层,氧化倾向低,具有更好的高温抗氧化能力。     

不同电弧喷涂工艺对3Cr13钢涂层结合强度的影响

研究了喷涂电压、喷涂电流、表面预处理、预热、后热处理对电弧喷涂3Cr13钢涂层结合强度的影响.结果表明：电弧喷涂φ2 mm的3Cr13钢丝材的适宜电压、电流为28～35 V、170～180 A;喷砂处理是提高涂层与基体结合强度的最佳表面预处理工艺;采用合适的表面预处理、喷涂打底层、严格控制基体的热量输入是提高涂层结合强度的有效途径.     

CuCrZr合金表面亚音速与超音速等离子喷涂NiAl涂层的组织结构与结合强度

分别用亚音速和超音速等离子喷涂方法在CuCrZr合金表面制备了NiAl涂层,通过正交试验对工艺参数进行优化,测定了涂层与基体的结合强度。利用SEM、EDS、XRD等设备研究了涂层的组织结构、物相变化及涂层与基体间的结合方式。结果表明,超音速等离子喷涂制备的NiAl涂层粒子变形充分、组织致密,涂层与基体间的结合强度明显高于亚音速喷涂层;两种方法制备的涂层与基体的界面处均主要为Al,界面的局部区域Cu-Al发生反应生成了Cu₃Al₂、CuAl₂、CuAl等新相,形成了1～3 µm宽的“微冶金结合”层。     

基体表面形貌对Ni/Fe热喷涂及结合强度影响的原子模拟

通过分子动力学方法模拟了基体表面形貌对热喷涂的影响。研究了柱状粗糙表面和光滑表面对团簇展平、基体缺陷演化、应力分布、涂层与基体结合强度的影响。结果表明,基体表面形貌对热喷涂结合强度影响显著,粗糙表面不仅增加了团簇与基体的实际接触面积,提高了附着力,而且在界面结合处形成锚固效应,从而提高了界面结合强度。同时,基体表面形貌改变了界面区域的应力分布,柱状粗糙表面可以减小应力集中效应,降低临界应力,减轻对基体的损伤。此外,粗糙表面会阻碍团簇的滑移,减小了展平比。     

冷喷涂技术的最新研究现状

鉴于目前冷喷涂新技术受到国内外越来越多学者的关注,简述了冷喷涂技术的潜在应用类型及应用领域,包括保护涂层、功能涂层、喷涂成型、零件修复等方面,重点探讨了目前冷喷涂研究领域两个重要研究方向--冷喷涂粒子结合机理和冷喷涂制备金属基复合材料的研究情况,并结合实际研究经验和当前的研究报道指出了其存在的问题.