曲面响应法在等离子喷涂WC-12Co涂层工艺优化中的应用

为了提高WC-12Co涂层质量,采用曲面响应法对等离子喷涂WC-12Co涂层的工艺参数进行优化,以涂层显微硬度为评价指标,设计了以电流、氩气流量和喷涂距离三因素的Box-Behnken实验模型.利用方差分析三因素的显著性及交互作用,采用BP神经网络建立3×9×1的神经网络模型,并与回归模型预测结果进行比较.通过实验方法对优化参数进行验证,同时分析了不同喷涂距离对涂层组织与性能的影响.研究表明:回归模型复相关系数R2为0.979 9,BP神经网络的复相关系数R2为0.999 1;神经网络的平均相对误差为0.46%,低于多项式回归模型的平均相对误差1.56%.喷涂距离对涂层显微硬度影响最为显著,最优工艺参数为:电流I=390 A,氩气流量QAr=2 500 L/h,喷距d=130 mm,能够预测的最大硬度为1 336.9HV0.5.     

等离子喷涂WC-12Co涂层的组织与性能

为了提高WC-12Co涂层的喷涂质量,采用大气等离子喷涂(APS)方法在Q235钢基体上制备WC-12Co复合涂层,探讨了不同工艺参数下涂层的组织与性能,用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和能谱仪(EDS)研究涂层形貌和微观组织及涂层成分演变规律,采用显微硬度计测试涂层显微硬度。结果表明:涂层主要由WC和W2C以及少量的Co3W3C和Co6W6C相组成;涂层主要以机械结合方式为主,厚度大约在300μm,粘结层厚度约为60μm。该试验最优工艺参数为电流300 A,送粉率50 g/min,喷涂距离110 mm;优化后涂层硬度为1 169HV0.5 N,孔隙率为3.6%。     

高硅铝基材表面爆燃喷涂WC-Co层的性能

为了拓展铝合金在汽车工业上的应用,基于“第聂伯Ⅲ”设备采用爆燃喷涂技术以不同氧燃比在喷射沉积制备的铝合金活塞材料表面制备了WC-12Co和WC-17Co涂层,比较了2种涂层的显微形貌、相结构、结合强度、孔隙率、开裂韧性及磨粒磨损性能.结果表明:与WC-17Co涂层相比,WC-12Co喷涂层中WC脱碳程度轻,粘结相Co的名义自由路径较小,磨粒对粘结相的刮削作用弱,最终WC颗粒抵抗了磨粒磨损,因而具有更好的抗磨粒磨损性能;WC-12Co喷涂层的结合力、硬度也优于WC-1 7Co喷涂层.     

正交试验设计优化等离子喷涂纳米Al2O3-13%TiO2涂层工艺参数

为了深入研究等离子喷涂纳米Al2O3-13%TiO2(质量分数)工艺参数与涂层性能之间的关系,采用正交试验设计法,针对等离子喷涂过程中喷涂距离、喷涂电流、主气压力及辅气压力等4个主要参数,选用L9(34)正交表,以涂层结合强度为指标开展制备工艺参数的优化。结果表明,影响涂层结合强度的因素主次顺序是喷涂电流、喷涂距离、主气压力、辅气压力;等离子喷涂纳米Al2O3-13%TiO2最佳工艺参数为:喷涂距离110mm,喷涂电流870A,主气压力0.31MPa,辅气压力0.97MPa,优化工艺喷涂的涂层结合强度达到31.5MPa。     

氧气流量对超音速火焰喷涂多尺度WC-17Co涂层组织结构与性能的影响

工艺参数对超音速火焰喷涂WC-Co涂层的组织结构、硬度、耐磨性影响较大,但相关研究较少。采用超音速火焰喷涂技术(HVOF)在4种氧气流量(322,402,482,543 L/min)下将多尺度WC-17Co粉末(含30%纳米WC和70%微米WC)喷涂在Q235钢基体表面制备WC-17Co涂层。采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析涂层的截面形貌和物相,测试了涂层的硬度值,通过销盘磨损试验机测试涂层的耐磨损性能,研究氧气流量对多尺度WC-17Co涂层组织结构与耐磨性能的影响。结果发现:4种氧气流量下所制备的涂层组织致密,孔隙率为0.306%~1.290%;随着氧气流量降低,涂层中WC分解更严重,当氧气流量为322 L/min时,涂层中分解相(W_2C、W和Co_3W_3C)最多;涂层的硬度随着氧气流量增加而增加,当氧气流量为543 L/min时,涂层的硬度[(933.8±29.3)HV_(3N)]是Q235钢[(183±7)HV_(3N)]的5倍;随着氧气流量增加,涂层磨损失重逐渐减小,当氧气流量为543 L/min时,涂层的磨损失重仅为(8.57±0.95)mg,耐磨损性能较基材明显提高。     

等离子喷涂工艺参数对FeCrBSi合金涂层结合强度的影响

采用等离子喷涂工艺在Q235钢基体上直接制备了FeCrBSi合金涂层,使用正交试验法研究了喷涂工艺参数对涂层结合强度的影响,并对喷涂工艺参数进行了优化,同时在优化参数的基础上进一步研究了涂层厚度对结合强度的影响。结果表明：等离子喷涂制备FeCrBSi合金涂层的最佳工艺参数为喷涂电流900A,主气流量44．8L·min-1,辅气流量27．8L·min-1,喷涂距离110mm;采用最佳工艺制备的涂层与基体的结合强度为18．2MPa,内聚强度为33．5MPa;随着涂层厚度的增加,涂层与基体的结合强度明显下降,而涂层的内聚强度先上升后下降,较佳的涂层厚度为347．2μm。     

爆炸喷涂纳米WC-Co涂层的研究

为促进爆炸喷涂法替代常规喷涂工艺在工业上的应用,采用爆炸喷涂法制备了纳米和普通WC-12Co涂层.采用金相显微镜、扫描电镜分析比较了两种涂层的显微组织,用显微硬度计和磨料磨损试验机测试了两种涂层的显微硬度及耐磨料磨损性能,并利用扫描电镜对磨损形貌进行了分析.结果显示,纳米涂层具有比普通涂层更高的致密度和显微硬度,纳米涂层中WC颗粒的分布更均匀;纳米涂层的磨损机理为微观切削机制,其耐磨料磨损性能比普通涂层差.     

超音速火焰喷涂多尺度WC-17Co粉末制备的金属陶瓷涂层的组织结构与性能

在不同氧气流量(322 L/min、402 L/min、482 L/min和543 L/min)条件下,将多尺度WC-17Co粉末(60%(质量分数)纳米WC和40%(质量分数)微米WC陶瓷颗粒)通过超音速火焰(HVOF)喷涂技术在Q235钢基体上制备WC-17Co金属陶瓷涂层。采用扫描电镜(SEM)和X-射线衍射技术(XRD)分别对涂层的组织形貌和物相进行分析,并测试了涂层的硬度值和耐磨损性能。结果表明,随着氧气流量降低,涂层中WC颗粒分解更为严重,在氧气流量为322 L/min时,涂层中WC陶瓷相最少。HVOF喷涂过程中氧气流量对最终形成的涂层中W、W2C与Co3W3C相的含量及涂层的硬度值和耐磨损性能有重要影响,其与前者呈负相关,与后二者呈正相关。当氧气流量控制在543 L/min时,HVOF喷涂形成的涂层中主要物相仍为WC相;通过硬度测试发现,随着氧气流量增加,涂层的硬度值逐渐增加,在氧气流量为543 L/min时,涂层具有最高硬度值((979±52. 9) Hv0. 3)和仅为(6. 6±0. 57) mg的磨损失重量。     

等离子转移弧喷涂铁基非晶涂层的组织与耐蚀性能

为解决电弧喷涂铁基非晶涂层氧化严重等问题，采用等离子转移弧丝材喷涂(PTWS)在20NiCrMo基体上制备铁基非晶涂层，通过响应曲面法设计四因素三水平工艺参数优化实验，建立氩气流量、氢气流量、工作电流以及喷涂距离与孔隙率之间的数学模型关系。利用最佳工艺参数制备铁基非晶涂层，采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、硬度测试仪(HV-1000A)和电化学工作站(IM6ex)对涂层进行微观形貌、相组织、硬度及极化分析。结果表明：当工作电流不变时，氩气增大、喷涂距离减小或是氩气减小、喷涂距离增大都会导致孔隙率呈下降趋势。在最优工艺参数下，即Q_Ar=115 L/min,Q_H2=4 L/min,I=300 A,D=150 mm,d=12 mm,V_wire=60 mm/s,所获铁基非晶涂层的孔隙率为2.14%,平均硬度为960HV_0.1,腐蚀电势为-0.4841 V以及腐蚀电流为3.716×10^-5 A·cm^-2,表明涂层具有良好的耐腐...     

超音速火焰喷涂参数及粉末粒度对WC-12Co涂层弹性模量的影响

利用多功能超音速火焰喷涂(HVO-AF)焰流温度的特点(1400~2800℃)分别在三种条件下(HVOF,HVO-AF和HVAF)制备WC-12Co涂层。用Knoop压痕法对涂层的弹性模量进行测试,并测量涂层的显微硬度。采用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)探讨涂层的显微结构、成分和相组成。结果表明:与微米结构涂层相比,纳米结构涂层组织均匀、致密,孔隙率低,显微硬度与弹性模量均大幅提高,其中HVO-AF状态下制备的纳米结构WC-Co涂层平均硬度与弹性模量最高,分别为1515MPa和308GPa,而HVOF与HVAF状态下的纳米WC-Co涂层平均硬度与弹性模量分别为1390MPa,286GPa和1469MPa,270GPa;HVO-AF状态下的微米结构涂层平均硬度与弹性模量为1065MPa和242GPa。在HVO-AF状态下,焰流温度适中,可有效控制纳米WC-12Co粉末的分解,测得的涂层弹性模量最高。     

超音速电弧喷涂Ti-Al涂层抗滑动磨损性能研究

采用二次正交回归试验设计原理和钛铝双丝超音速电弧喷涂Ti-Al合金复合涂层方法，对LY12铝合金进行了表面强化研究，并采用金相、XRD、SEM、硬度和磨损试验方法，对涂层的组织结构及力学性能进行了表征，考察了喷涂工艺参数对涂层孔隙率、显微硬度和耐滑动磨损性能的影响，研究结果表明：在本文的实验条件下，涂层的体积磨损量、孔隙率、显微硬度与喷涂电压和喷涂距离之间的变化规律，可用回归模型进行描述；随喷涂电压的增大，涂层磨损量逐渐下降；喷涂距离小于220mm时，随喷涂距离的增大涂层磨损量逐渐增大；喷涂距离为220mm时，磨损量达到最大，继续增加喷涂距离，涂层的磨损量逐渐下降；在干摩擦条件下，Ti-Al合金涂层的磨损机制主要以化合物相剥落引起的磨粒磨损和氧化磨损为主。     

Ti-Al双丝超音速电弧喷涂涂层的滑动磨损特性研究

为了提高铝合金(LY12)的表面耐磨性,采用钛、铝金属丝材和SAS-Ⅰ型超音速电弧喷涂设备,利用二次回归正交试验方法、有润滑滑动磨损试验、涂层显微组织和磨损表面形貌观察、XRD分析,定量分析了喷涂电压和喷涂距离对涂层滑动磨损体积的影响规律,并进行了喷涂工艺参数的优化及其与基体滑动磨损的对比试验.结果表明:在特定的磨损和喷涂条件下,当喷涂距离较小时,随喷涂电压的增大,涂层的体积磨损量逐渐减小;随着喷涂距离的增加,涂层的体积磨损量随喷涂电压的升高逐渐增大,并且喷涂距离越大,涂层的体积磨损量随喷涂电压增大的速率愈大.当喷涂电压比较低时,涂层的体积磨损量随喷涂距离的增大而降低,但是,随喷涂电压的逐渐升高,涂层的体积磨损量随喷涂距离的增大逐渐上升,并且,喷涂电压愈高,其随喷涂距离而增加的速率越快.当喷涂电压和喷涂距离分别为26V和0 236m时,涂层具有最佳的耐滑动磨损性能,根据该工艺参数制成的涂层,其滑动磨损体积仅为LY12铝合金的1/38.84.即在适当的工艺条件下,Ti-Al双丝超音速电弧喷涂涂层对LY12铝合金具有显著的表面耐磨强化作用.     

WC-10Co-4Cr涂层在不同温度酸与NaCl溶液中的耐腐蚀性能

为提高1Cr18Ni9Ti不锈钢在NaCl和酸溶液环境中的耐磨损性能,利用等离子喷涂制备两种晶粒WC-10Co-4Cr涂层,研究其在3.5%(质量分数,下同)NaCl溶液与酸溶液(pH=5.0)中的耐腐蚀性能。结果表明:涂层中含有WC,W_2C,W以及η相(Co_xW_xC)。两种涂层在3.5%NaCl溶液中的腐蚀电位均高于1Cr18Ni9Ti基体的腐蚀电位。在不同温度酸溶液(pH=5.0)中,纳米WC-10Co-4Cr涂层的电位差随温度的变化最小。涂层在NaCl和酸溶液中腐蚀机制分别为:WC-10Co-4Cr涂层表面吸附氧粒子与涂层中的Co和WC在3.5%NaCl溶液中形成电偶;在酸溶液中(pH=5.0),涂层中的Co溶解形成Co²⁺离子,和WC相直接形成电偶腐蚀,导致涂层表面出现孤立的WC颗粒。     

基于粒子飞行特性及铺展行为的WC-10Co4Cr涂层孔隙形成机理研究

采用超音速等离子喷涂设备制备WC-10Co4Cr涂层, 通过调整喷涂功率得到了具有不同孔隙结构特征的涂层, 以液氮为冷却介质收集不同熔化状态下的飞行粒子, 并通过镜面钢收集熔滴撞击铺展之后所形成的扁平粒子, 采用扫描电子显微镜观察涂层、收集的飞行粒子及扁平粒子形貌, 采用透射电镜观察涂层显微组织结构。结果表明: 随着喷涂功率的增大, 涂层的大孔隙含量逐渐降低, 而当喷涂功率上升到60 kW时, 涂层内部出现较多的热裂纹, 涂层的显微硬度则随着功率的增加而先增大后减小, WC扁平粒子主要有四种类型, 包括熔化不佳、破碎型、气泡型及花瓣型, 孔隙的形成主要是由于“遮蔽效应”、微区气体作用、熔滴不充分润湿及气孔迁移等。     

多功能超音速火焰喷涂粒子速度的计算机仿真

超音速火焰喷涂粒子焰流速度对涂层的性能影响极大,但其实际速度很难确定,根据射流动力学原理,建立了多功能超音速火焰喷涂的焰流和粒子速度模型,并对焰流、WC-17Co和NiCrBSi喷涂粒子的速度进行了计算机仿真计算.结果表明:随喷涂距离增大,超音速焰流速度、温度不断下降,直至形成亚音速焰流;粒子的速度分布在300～800...     

Effect of liquid phase on densification in electric-discharge compaction

The effect of liquid phase on densification in electric-discharge compaction (EDC) was explored in the present work. The temperature at contact area of particles in EDC was estimated from random packing model incorporated with electric current distributions. Consolidation of cemented carbide and tungsten heavy alloys was conducted under varying current densities. WC-11Co/Fe/WC-11Co sandwich powder compacts were designed to investigate the effect of liquid phase flow. It is found that the densification occurred only when liquid phase formed, and relative density increased with the increasing of liquid phase volume. In the case of WC-11Co powders, the faceted grain evolution occurred but the significant grain growth was hardly observed, which meant the densification was mainly induced by particle rearrangement. The depth of liquid penetration of Fe in WC-11Co/Fe/WC-11Co sandwich compact also agreed with that caused by particle rearrangement processing. The possible effects of electric current on densification were also discussed.     

超音速火焰喷涂WC-17Co涂层微观结构与性能研究

采用超音速火焰喷涂技术喷涂了两种不同WC颗粒尺寸的WC-17Co粉末.对制备的两种涂层的硬度、孔隙率、断裂韧性、结合强度和电化学腐蚀行为进行了测试.结果表明:具有亚微米结构WC颗粒的粉末制备的涂层,在硬度、孔隙率、断裂韧性方面具有一定优势,而含有大颗粒WC相的粉末制备的涂层在结合强度、腐蚀行为方面优势明显,这说明WC颗...