超音速火焰喷涂制备WC-Co系涂层缺陷形成机理与组织结构调控研究概述

近年来,超音速火焰喷涂作为表面工程中的一项重要技术,在表面工程领域中的研究和应用取得巨大进展的同时,也为延长零件的服役寿命和提高零件的综合性能做出重要的贡献。采用超音速火焰喷涂技术制备的WC-Co系涂层在零件的耐磨、抗腐蚀方面发挥着重要作用。本文重点归纳了超音速火焰喷涂制备WC-Co系涂层过程中缺陷形成的机理、缺陷对涂层性能的影响以及涂层微观组织结构的调控方法,为提高超音速火焰喷涂WC-Co系涂层的质量、拓宽该涂层的应用领域提供一定的参考。     

超音速火焰喷涂Ni基涂层性能的研究

采用超音速火焰喷涂技术方法制备三种镍基涂层，并研究了涂层的显微组织和性能。结果表明：使用烧结粉末Ni60制备的涂层结合强度、显微硬度均高于包覆粉末Ni包C、Ni包MoS2制备的涂层，Ni包C涂层中产生大量的气体并含有许多的未熔软质相，使得其结合强度、显微硬度最4g；镍在涂层中起粘结作用，镍含量的增加能显著提高涂层的结合强度和显微硬度；涂层中的MoS2和C相明显降低涂层的摩擦系数。     

超音速火焰喷涂微米碳化物涂层的组织与性能

WC-Co,NiCr-Cr3C2喷涂层耐冲蚀、耐磨性优良,但耐盐酸腐蚀报道较少.为此,采用超音速火焰喷涂(HVOF)工艺制备了WC-Co和Cr3C2-NiCr涂层,测定了涂层的孔隙率和结合强度,用XRD分析了涂层腐蚀前后的相结构及在1 mol/L HCl溶液中浸泡涂层材料的失重情况,分析了涂层的均匀腐蚀机理.结果表明:WC-Co和Cr3C2-NiCr涂层组织较为致密,孔隙率分别为2.67%,4.39%,结合强度分别为49.576,41.023 MPa.Cr3Cr2-NiCr涂层中相结构复杂,涂层中Cr3C2少量分解且含有非晶相;经1 mol/L HCl溶液浸泡后WC-Co涂层和Cr3C2-NiCr涂层失重较少.涂层的腐蚀机理为选择性腐蚀.缺陷越少涂层的耐蚀性越好,减少涂层中的孔隙、显微裂纹和夹杂等缺陷是提高涂层耐蚀性的关键.     

超音速火焰喷涂纳米结构WC—Co涂层研究进展

WC—Co纳米结构涂层具有很多优点,主要表现在其结合强度、硬度、韧性和耐磨性能均优于传统材料的涂层,因此备受研究者关注。然而,由于WC的热稳定性比较差,以致制备的涂层的性能下降。超音速火焰技术由于低温高速的特点,喷涂的WC--Co涂层具有良好的涂层性能,为制备纳米结构涂层开辟了新途径。结合国内外文献,阐述了纳米结构WC—Co涂层的形成与机理,总结了纳米涂层制备中存在的问题,重点概述了超音速火焰喷涂纳米结构WC—Co涂层的研究现状和发展趋势,并对其应用和发展前景作了展望。     

超音速火焰喷涂CoCrMoSi涂层的组织与性能

利用超音速火焰喷涂(HVOF)技术在连铸结晶器(CrZrCu合金)表面喷涂CoCrMoSi合金涂层,通过金相显微镜、扫描电镜考察涂层的微观组织,并利用显微硬度计、磨损试验机等研究了涂层的耐磨性能.结果表明:利用HVOF技术制备的CoCrMoSi涂层均匀致密,边界氧化物含量较少,孔隙率为2.83%,涂层平均硬度为840 HV,是基体材料的4倍以上;加载150 N、磨损3 min后,未喷涂试样表面为黏着磨损,磨屑体积为256.594 mm3,摩擦系数为0.802 7;已喷涂试样表面为磨粒磨损,磨屑体积为1.607 mm3,摩擦系数为0.612 5;由此可见,CoCrMoSi合金涂层提高了基体硬度,降低了摩擦系数,显著地改善了CrZrCu基体的耐磨性能.     

超音速火焰喷涂研究与应用

综述了超音速火焰喷涂技术的发展历史和基本工作原理。介绍了粉末粒度、喷涂距离等喷涂材料参数及工艺参数对涂层组织和性能的影响。分析评述了超音速火焰喷涂工艺在喷涂材料选择、经济适用性等方面的优缺点。随着经济发展及超音速火焰喷涂技术自身的革新,该技术必将应用于越来越多的领域。     

Al合金超音速等离子喷涂WC/Co涂层的组织结构

采用超音速等离子喷涂技术制备了WC/Co涂层,利用扫描电镜、X射线衍射、显微硬度计对涂层的组织结构和硬度进行了表征。结果表明,超音速等离子喷涂层微观组织为多边形WC硬质相分布于Co基体中,未见WC分解现象。在涂层同基体结合界面处,部分区域喷涂粒子嵌入Al合金基体之中。与Al合金基体相比,超音速等离子喷涂层硬度显著提高,达到876HV0.2。     

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。     

超音速火焰喷涂Ni基涂层组织与性能的研究

采用超音速火焰喷涂技术(HVOF)制备了3种镍基涂层,并研究了涂层的显微组织和性能.结果表明:使用烧结粉末Ni60制备的涂层结合强度、显微硬度均高于包覆粉末Ni包C、Ni包MoS2制备的涂层,Ni包C涂层中产生大量的气体并含有许多的未熔软质相,使得其孔隙率最大,结合强度、显微硬度最低;镍在涂层中起粘结作用,镍含量的增加能显著提高涂层的结合强度和显微硬度;涂层中起减磨作用的MoS2和C相会明显降低涂层的结合强度.     

超音速等离子与HVOF喷涂WC-Co涂层的冲蚀磨损性能研究

用超音速等离子喷涂(HEPJet)和两种进口高速氧燃气火焰喷涂(HVOF)设备(JP-5000 和DJ-2700)制备WC-Co涂层,进行了孔隙率、显微硬度、结合强度及30°和90°攻角的冲蚀磨损对比实验,分析了涂层的SEM磨损形貌.结果表明,超音速等离子喷涂WC-Co涂层综合性能与JP-5000喷涂WC-Co涂层相当,优于DJ-2700;在30°冲蚀磨损条件下,WC-Co涂层的失效行为表现为疲劳剥落和微切削两种特征;在90°冲蚀磨损时,涂层的失效主要是垂直表面的磨粒冲击力导致涂层疲劳剥落.     

超音速火焰喷涂Fe基非晶合金涂层的性能研究

利用超音速火焰喷涂(HVOF)技术,在0Cr13Ni5Mo不锈钢基体上制备了Fe基非晶合金涂层,结果表明,采用超音速火焰喷涂工艺成功制备了一种高非晶含量的Fe基非晶合金涂层.涂层各个区域的组织均匀,孔隙率小,呈典型的层状分布;其孔隙率约为2.2%,具有很高的硬度,平均显微硬度为1065.0HV50.并且所获得的非晶合金涂层具有较高的热稳定性,在596.0℃以下使用,不会发生晶化过程.     

高速电弧喷涂Fe-Al/WC复合涂层的组织和性能

采用粉芯丝材和高速电弧喷涂技术（HVAS）原位合成了Fe-Al/WC金属间化合物基复合涂层，并研究了涂层的显微组织和性能。结果表明，铁铝涂层的成分为Fe-13.87Al-17.27C-3.35W-2.59Ni-1.27Cr-18.140(原子分数，%），主要相是Fe3Al,FeAl和α-Fe相，还有少量WC，W2C和Al2O3。TEM观察的涂层的扁平颗粒内是微晶组织，在一些区域还发现有非晶组织，说明在高速电弧喷涂过程中达到了很高的冷却速度。涂层具有相对较高的结合强度和显微硬度，以及较低的密度和孔隙率。     

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%。     

超音速火焰喷涂NiCr金属陶瓷涂层的高温硫腐蚀性能

超（超）临界机组锅炉管在硫含量较高的烟气环境中常遭受严重的高温硫酸盐及硫化腐蚀,成为锅炉安全的隐患。在2Crl3不锈钢表面利用超音速火焰喷涂（HVOF）制备了NiCr金属陶瓷涂层（1375VM和TPRI—A）,并用超音速电弧喷涂（SWAS）制备传统45CT涂层以作比较,研究了各涂层在700℃,H2—1％H2s环境中的硫...     

高速电弧喷涂FeCrNi/CBN复合涂层的组织与性能

采用高速电弧喷涂技术成功地制备出FeCrNi/CBN复合涂层,对涂层的结合强度、硬度、抗热震性能和磨损性能进行了测试,并利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)等手段观察分析了涂层的形貌、成分和涂层截面组织.结果表明,FeCrNi/CBN涂层具有典型的层状结构特征;综合力学性能优异,具有较高的结合强度、高致密度、较好的耐热震性能和耐磨损性能.     

冷喷涂WC-Co涂层的组织结构和性能研究

以微米WC-12Co、纳米WC-17Co和WC-23Co三种团聚烧结粉末为原料,进行冷喷涂沉积涂层实验,通过扫描电镜、X射线衍射仪分别分析了涂层的组织结构和相结构,运用压痕法测定了涂层的显微硬度、弹性模量和断裂韧性,并通过销-盘磨损实验测定了涂层的耐磨损性能.实验表明,三种粉末所沉积的WC-Co涂层均具有致密的组织结构,涂层保持与原始粉末相同的相结构,黏结相Co由于强烈塑性变形发生了同素异构转变,涂层组织无传统层状结构,WC硬质相发生了局部流动和再分布.对于纳米WC-Co涂层,随着黏结相含量增加,涂层硬度和弹性模量降低、断裂韧性增加,相对于316L不锈钢,冷喷涂WC-Co涂层表现出了优异的耐磨损性能,涂层磨损失效机理主要为磨粒对涂层的切削作用.     

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。     

多功能超音速火焰喷涂WC10Co4Cr涂层磨损性能研究

应用自行研制的多功能超音速火焰喷涂设备,在HVOF、HOV/AF、HVAF不同工况下成功制备WC10Co4Cr涂层,并测试了涂层性能.分析表明,HVAF工况下,碳化物几乎没有分解,涂层的显微硬度明显较高;二种工况中,涂层的磨粒磨损机制主要为碳化物颗粒的剥落,冲蚀磨损的失效行为主要表现为脆性材料的冲蚀磨损机制.相比之下,随着燃气温度的降低,涂层的耐磨粒磨损性能增强,涂层的抗冲蚀磨损性能与燃气流量和温度有关.     

等离子喷涂纳米莫来石基复合吸波涂层性能研究

应用喷雾造粒技术制备了Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂、C与莫来石复合吸波粉末, 并采用等离子喷涂技术制备了复合吸波涂层. 在涂层沉积过程中, 吸收剂相的C发生反应, 滑石相高温氧化、分解, 生成原顽辉石. 实验结果表明, 结合强度随涂层厚度增加而降低, 0.8mm时达到2MPa. 并用小波分析方法得出涂层断裂源为晶界玻璃相. 涂层中新生成相的成分增加了涂层的介质损耗性能, 使得涂层的电磁波反射性能下降, 并向高频部分偏移, 随涂层厚度的增加, 反射率曲线向低频移动, 所制备涂层在0.8mm时在15～18GHz之间均小于-5dB.     

工艺参数对HVOF喷涂WC-Co涂层磨损性能的影响

采用滑动磨损试验机对不同工艺参数下HVOF喷涂WC-Co涂层进行滑动磨损试验,并分析了涂层的表面失效行为。氧气流量和燃气流量对涂层磨损性能的影响呈不同的变化规律,较小的氧气流量、适中的燃气流量和喷涂距离条件下制备的涂层磨损率较低。涂层滑动磨损失效具有解理断裂特征。失效过程中碳化物颗粒的剥落对涂层磨损起关键作用,涂层中的粘结相、孔隙对疲劳裂纹的扩展有很大的影响。