非标准齿形超音速火焰喷涂WC-10Co4Cr层的均匀性分析

异形面或非常复杂的曲面上的涂层的均匀性对其性能和使用寿命影响很大,而目前此类研究非常少.采用超音速火焰喷涂(HVOF)技术在6061铝非标准齿形件表面制备了WC-10Co4Cr涂层,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、光学显微镜和显微硬度计测试分析了涂层的微观组织、厚度分布和硬度分布,并探讨了齿形参数对涂层均匀性的影响.结果表明:所得涂层致密,与基体之间结合良好,但厚度和硬度分布不均匀;齿槽底涂层厚度偏大,硬度最低,齿顶位置涂层硬度最高,啮合面涂层硬度介于二者之间;全齿高h对齿槽底和齿顶处涂层的厚度和硬度均匀性影响不大,但h增大会导致啮合面涂层沉积厚度大幅降低,硬度略微降低;根据提出的简化齿形喷涂参数可以预测热喷涂齿形工件获得均匀涂层的可能性.     

超音速火焰喷涂WC-10Co-4Cr涂层的微观组织与摩擦磨损性能

采用超音速火焰(High Velocity Oxygen Fuel,HVOF)喷涂技术在Q235钢基体上制备WC-10Co-4Cr涂层。利用透射电子显微电镜、扫描电子显微电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、摩擦磨损试验机等手段对涂层的微观组织结构和摩擦磨损性能进行研究。结果表明:采用HVOF喷涂技术制备的WC-10Co-4Cr涂层结构致密,与基体结合良好,孔隙率为0.67%。涂层中的物相以WC为主,此外还含有少量W2C相和非晶相。涂层的平均显微硬度为1230HV0.3。WC-10Co-4Cr涂层具有良好的耐摩擦磨损性能,累计磨损量(14.4mg)仅为Cr12MoV冷作模具钢的2/5。磨粒磨损为WC-10Co-4Cr涂层的主要磨损机制。     

WC粒度对WC-10Co-4Cr涂层磨粒磨损性能的影响

为了弄清WC粒度对WC-10Co-4Cr涂层磨粒磨损性能的影响,以超音速火焰喷涂(HVOF)技术,采用2种WC粒度的WC-10Co-4Cr合金粉末在300M钢表面制备了涂层。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计等对2种粉末及其涂层的本征性能进行了测定及分析,通过橡胶轮磨粒磨损试验研究了WC粒度对涂层磨粒磨损性能的影响。结果表明:粉末及涂层的WC相分解率对WC-10Co-4Cr涂层的磨粒磨损性能影响较为显著,而WC粒度对WC相分解率的影响较为显著,所以,WC-10Co-4Cr颗粒中WC粒度对涂层的磨粒磨损性能影响较为显著;粒度较大的A粉末及涂层的WC相分解率分别为2.74%和14.45%,WC粒度较小的B粉末及涂层的WC相分解率分别为4.12%和19.86%;WC-10Co-4Cr颗粒中WC粒度对2种涂层的显微硬度影响不大,A涂层和B涂层的显微硬度分别为1 167 HV和1 218 HV;磨粒磨损30 min后,A涂层和B涂层的磨粒磨损失重量分别为116 mg和147 mg,WC粒度较大的WC-10Co-4Cr粉末制备的WC-10Co-4Cr涂层的磨粒磨损性能较好。     

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.     

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%。     

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。     

3种磨料对超音速火焰喷涂WC-12Co层形貌及冲蚀磨损性能的影响

目前,就冲蚀粒子性质对超音速火焰喷涂(HVOF)WC-Co层的外观、硬度及冲蚀磨损性能的影响研究不多。采用HVOF技术在Q235钢表面制备WC-12Co涂层,并以棕钢玉砂、石英砂和黄砂为磨料,采用常温干砂冲蚀磨损试验机对涂层的冲蚀磨损性能进行了测试。采用显微维氏硬度计测试不同磨料的硬度,采用扫描电镜对磨料形貌、涂层显微结构及涂层冲蚀后的表面形貌进行了观察。结果表明:WC-12Co涂层为典型的层状组织结构,扁平化粒子间结合紧密,涂层内部孔隙较均匀。冲蚀过程中,冲蚀角度从30°增加到90°,涂层的冲蚀率增加。棕刚玉砂和石英砂表面形貌呈不规则多角状,硬度较大的棕刚玉砂对涂层冲蚀磨损较大大。石英砂和黄砂硬度相近,形貌规则的黄砂对涂层的冲蚀磨损较小。不规则的多角状磨料冲蚀的涂层,表面留下不规则坑洞及较深的切痕;规则的近圆外形黄砂冲蚀的表面留下近圆形的坑洞,同时粘结相的切痕较浅。     

超音速火焰喷涂Cr3C2-NiCr涂层和WC-10Co-4Cr涂层的组织与性能

为提高汽轮机低压末级叶片抗水蚀性能,采用超音速火焰喷涂技术在基体材料1Cr12Ni2W1Mo1V不锈钢表面分别制备了Cr₃C₂-Ni Cr涂层和WC-10Co-4Cr涂层;研究了这2种涂层的显微组织、结合强度、显微硬度分布和涂层开裂韧性,测试分析了基体和2种涂层的抗水蚀性能。结果表明:Cr₃C₂-Ni Cr涂层和WC-10Co-4Cr涂层都与基体材料结合紧密,平均结合强度分别为69.2 MPa和76.4 MPa;涂层组织致密,孔隙率分别为0.50%和0.07%;2种涂层的平均显微硬度较基体有显著提升,分别达到960.6 HV_{3 N}和1 314.0 HV_{3 N};WC-10Co-4Cr涂层的韧性更好,其开裂韧性平均值达到5.08 MPa·m^1/2,而Cr₃C₂-Ni Cr涂层仅4.11 MPa·m^1/2。总体而言,2种涂层与基体材料相比均具有较好的抗水蚀性能,尤其是WC-1...     

超音速火焰喷涂Cr3C2-NiCr涂层腐蚀冲蚀磨损特性

在腐蚀冲蚀磨损试验机上,用5%H2SO4和质量分数15%棕刚玉组成的腐蚀-冲蚀磨损介质,对不同燃气流量下HVOF喷涂Cr3C2-25%NiCr涂层腐蚀冲蚀磨损性能进行了试验研究,测定了涂层单位面积失重量随腐蚀冲蚀磨损时间和冲蚀角度的变化,用扫描电镜观察了涂层断面组织形貌,分析了涂层腐蚀冲蚀磨损机制.研究表明,涂层的腐蚀...     

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。     

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。     

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.     

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。     

超音速等离子喷涂制备纳米结构梯度功能热障涂层

开发了国内外独创的“双通道、双温区“超音速等离子喷涂的新工艺,分别将高熔点陶瓷粉末和低熔点合金粉末送入喷枪内孔等离子弧的不同温区,保证两种粉末都能在各自的熔点附近获得充分熔融,再均匀混合后以超音速喷射到基体形成涂层,克服了传统的“金属/陶瓷混合法“喷涂过程中高熔点陶瓷熔化不足,低熔点合金过熔、氧化、脆化的难题;同时,由于粒子超音速飞行,在射流中停留时间缩短,晶粒来不及长大,从而使得制备出的CeO_2-Y_2O_3部分稳定的ZrO_2陶瓷涂层仍保留了纳米晶尺寸;由此获得的CeO_2-Y_2O_3/NiCoCrAlY纳米结构梯度功能热障涂层中,陶瓷与金属组份呈连续梯度分布,组织均匀、致密,涂层的韧性、抗氧化性和抗热冲击性能都有明显提高。     

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.     

等离子喷涂镍基可磨耗封严涂层抗腐蚀及耐磨性能分析

采用高效能超音速等离子喷涂沉积Ni-C及NiCrAl-BN可磨耗封严涂层, 对比研究两种涂层的抗冲蚀磨损、耐腐蚀及摩擦磨损性能。结果表明: 两种涂层中的润滑相均匀分布在金属连续相之中, 但与Ni-C涂层相比, NiCrAl-BN涂层中的润滑相尺寸较为细小, 表面硬度较高。当冲蚀角度由30°增加到90°后, 两种涂层冲蚀磨损失重量明显提高。NiCrAl-BN涂层的相对冲蚀速率约为Ni-C涂层的50%, 表明NiCrAl-BN涂层具有较为优良的抗冲蚀性能。Ni-C涂层在稀盐酸中(1vol%)发生了明显的电化学腐蚀, 在石墨片周围容易形成腐蚀产物; 酸液会沿NiCrAl-BN涂层中的孔隙渗入, 从而造成金属的局部腐蚀, 但腐蚀程度明显较Ni-C轻。随着环境温度的升高, 以BN为主的第二相润滑组元的塑性和流动性增强, 使摩擦表面原本较小的、不连续的润滑型保护膜逐渐铺展开来, 形成面积较大且呈连续分布的鳞片状自润滑保护膜。原来在较低温度下润滑膜中存在的裂纹、疏松或剥离等缺陷明显减少, 导致NiCrAl-BN涂层摩擦系数大幅度降低, 从而显示出优异的高温自润滑性能。     

超音速等离子喷涂PZT涂层的结构与性能研究

锆钛酸铅(PZT)是一种应用广泛具有优良压电性能的功能材料,采用超音速等离子喷涂的方法在45#钢基体表面制备了PZT陶瓷涂层,采用X射线衍射(XRD)对烧结粉末和PZT涂层相组成进行了检测,利用场发射扫描电子显微镜(SEM)对粉末和喷涂层形貌进行了观察,利用TEM透射电子显微镜对涂层的微观结构进行了分析,并对涂层的显微硬度以及介电性能进行了测试。结果表明,超音速等离子喷涂制备的PZT涂层表面平整,结构致密,孔隙率为1.6%,平均显微硬度为562.3 Hv,居里温度为370℃。     

超音速火焰喷涂Cr3C2-NiCr层激光重熔后的冲蚀性能

利用激光重熔技术对超音速火焰喷涂(HVOF)涂层进行改性处理,可改善涂层质量.采用HVOF技术在低碳钢表面喷涂Cr3C2-NiCr层,然后对其进行激光重熔处理,考察了熔覆后涂层的冲蚀性能.结果表明:HVOF层激光重熔后以不同角度冲蚀,30°冲蚀时冲蚀率最大,表现为塑性材料的冲蚀性能;激光重熔HVOF层在冲蚀初期冲蚀率较大,随着冲蚀次数的增加,冲蚀率降低,冲蚀性能最终优于低碳钢和HVOF层;HVOF层激光重熔后致密性提高.