基于灰色关联分析与回归分析WC-12Co涂层工艺参数的多目标优化

以Q235钢为基体,采用等离子喷涂法制备了高质量WC-12Co涂层,对WC-12Co涂层显微硬度、沉积厚度和结合强度进行综合评价。基于主气流量、电流和喷涂距离工艺参数设计了Box-Behnken实验模型,利用层次分析确定评价指标的权重,用灰色关联分析和回归分析对工艺参数进行优化。研究结果表明,层次分析后评价指标的权重矩阵为W_j=[0.44,0.17,0.39]。通过灰色关联分析法得到最优参数为气流量2 500L/h、电流350A、喷涂距离130mm,回归分析得到最优参数为主气流量2 500L/h、电流349.08A、喷涂距离129.18mm。两种方法优化结果基本一致,可以应用于工艺参数的多目标优化。     

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.     

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。     

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。     

超音速等离子喷涂WC-10Co4Cr涂层的力学性能及冲蚀磨损失效分析

为改善水轮机表面的抗冲蚀磨损性能,采用超音速等离子喷涂微米WC-10Co4Cr粉末制备碳化物金属陶瓷涂层。对涂层的显微硬度、孔隙率、结合强度、抗冲蚀性能进行了测试,通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征和分析了WC-10Co4Cr涂层的物相组成、微观组织结构,并探讨了涂层在含沙水流中的冲蚀磨损失效机制。结果表明:获得的WC-10Co4Cr涂层的孔隙率为0.5%,平均显微硬度达1 226HV0.2,结合强度为70MPa,涂层的抗冲蚀磨损性能是基体的2.46倍,可有效提高基体的抗冲蚀性能,在含沙水流作用下的冲蚀磨损失效以犁削和剥落磨损为主。     

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。     

喷涂轨迹对齿柱表面耐磨涂层沉积均匀性的影响

设计和采用不同的喷涂轨迹,通过超音速火焰喷涂技术在铝齿柱表面制备了WC-10Co4Cr涂层,利用金相显微镜(OM)、SEM和显微硬度测试等进行了涂层的微观组织观测和厚度、硬度均匀性分析。结果表明:涂层致密,与基体结合非常好。涂层厚度和硬度分布不均匀,齿槽底沉积率高,厚度偏大,啮合面和齿顶位置厚度在160～210μm之间,数值分散性较小,齿槽底涂层硬度低,HV0.3≈700～800,啮合面和齿顶位置涂层硬度高,HV0.3在1150～1300范围内。齿形件的喷涂轨迹参数2 H影响齿顶面、啮合面和齿槽等不同位置的喷涂角度和沉积环境,导致涂层形貌、沉积率和硬度均有差别。2 H=55mm时,不同齿形位置的涂层厚度和硬度分布更均匀,但齿槽底涂层存在孔隙,硬度偏低。     

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...     

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。     

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。     

微束等离子喷涂Al2O3陶瓷涂层特性

采用轴向中心送粉式微束等离子喷涂系统在2kW级的小功率条件下制备了Al2O3陶瓷涂层.研究了电弧功率、工作气体流量和喷涂距离对粒子速度与涂层组织结构和性能的影响.采用光学显微镜观察涂层的组织结构,采用X射线衍射分析涂层的相结构,采用磨粒磨损质量损失表征涂层的性能,用热辐射粒子速度温度测量系统测试工艺参数对喷涂粒子速度的影响.结果表明,电弧功率、工作气体流量和喷涂距离对粒子速度的影响都比较明显,粒子速度随着电弧功率和工作气体流量的增加而增加,随着喷涂距离的增加而下降.涂层的磨粒磨损质量损失随电弧功率的增加而减少,而随工作气体流量和喷涂距离的增加而增加.分析表明粒子的温度对涂层磨粒磨损质量损失有较大的影响.采用微束等离子喷涂可以制备磨粒磨损性能与传统等离子喷涂在38kW下制备的涂层相当的Al2O3涂层.     

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。     

等离子喷涂法纳米结构WC-12Co涂层的微结构与形成机理的研究

使用独特的雾化干燥结合固定床技术合成WC-12Co纳米复合粉体,利用等离子喷涂法制备纳米结构WC-12Co涂层,通过X射线衍射、扫描电镜、透射电镜等分析手段对等离子喷涂纳米结构WC-12Co涂层进行显微结构分析.结果表明涂层中除了WC相,不仅有W2C,W等非WC/Co相的产生,还出现了CoxWyCz(Co3W9C4,Co3W3C),Co3C等相及非晶和孪晶组织,在此基础上本工作将对等离子喷涂纳米结构WC-12Co涂层的形成机理作初步的研究与讨论.     

等离子喷涂碳化硼涂层相组成和电学性能研究

采用大气等离子喷涂,在不同喷涂距离下制备了碳化硼涂层,研究了喷涂距离对碳化硼涂层的显微结构、相组成和电导率的影响．用EDS和XPS分析了涂层的相组成;扫描电镜观察涂层的显微结构;标准四探针法测量涂层的电导率．结果表明,喷涂距离不仅会影响碳化硼涂层的显微结构,而且会改变碳化硼涂层的相组成;等离子喷涂碳化硼涂层的表面电导率随温度的增加而增加,表现出明显的半导体特性;涂层表面电导率同相组成和显微结构密切相关,涂层中B₂O₃相含量越高,气孔率越大,则涂层的电导率越低．     

等离子喷涂-物理气相沉积的气相沉积机理

以等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)喷涂团聚的 ZrO₂-7wt%Y₂O₃(7YSZ)粉末在五个喷距下制备了热障涂层。通过场发射-扫描电镜(FE-SEM)和X射线衍射(XRD)分析了五个涂层样品的微观结构和相成分差异。另外, 通过发射光谱(OES)诊断研究了射流中7YSZ粉末气相浓度随喷距的变化。最后, 阐述了3种不同的气相沉积涂层生长机制, 说明了射流中粉末的状态和气相浓度对涂层结构的影响。研究表明：(1)350 mm和1800 mm喷距下形成的均是致密结构涂层, 而650~1250 mm喷距下形成的是典型的PS-PVD柱状结构涂层。(2)350 mm喷距下制备的涂层由四方相(t’)和单斜相(m)氧化锆构成; 当喷距大于650 mm时, 涂层以四方相(t’)氧化锆为主。(3)350 mm喷距下涂层是由高浓度气相过饱和自发形核形成的新核和液/固粒子共同作用形成的; 喷距650~1250 mm下, 涂层生长以气相沉积于基体进行非自发形核为主, 气相在射流中的自发形核为辅; 喷距1800 mm下涂层由气相过冷凝固的粒子堆积而成。     

等离子沉积氧化锆涂层显微组织及性能研究

目的以氧化锆粉末作为喷涂材料,使用等离子喷涂的方式制备出性能优异的氧化锆涂层。方法通过不同的工艺参数来对涂层的显微组织及性能进行优化,分别利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射分析仪(XRD)等方法,研究了工艺参数对涂层显微组织影响,并通过高温氧化测试来研究涂层的抗高温性能。结果在其他喷涂条件固定的情况下,涂层的厚度与喷涂时送粉量有关,送粉量越高则涂层厚度越大;当改变喷涂距离时,涂层的致密度则随着喷涂距离的增加而降低;在高温氧化40h后,涂层表面没有发生明显变化。结论通过等离子喷涂制备的氧化锆涂层具有较好的致密度,孔隙率最低仅为3.24%;涂层具有良好的热稳定性,能够长时间在高温下稳定使用。