高效能超音速等离子喷涂NiCr-Cr3C2涂层性能研究

采用自行研制的高效能超音速等离子喷涂系统(HEPJet)制备了NiCr-Cr3C2涂层,并对涂层性能进行测试.结果表明,喷涂粒子速度高达460 m/s,实现了低功率、小气体流量获得超音速涂层的目的;HEPJet制备的NiCr-Cr3C2涂层其结合强度为60 MPa,显微硬度为926 HV0.3,沉积效率为54％,其抗高温氧化性能是12CrMoV钢的17倍,其常规性能赶超JP5000制备的NiCr-Cr3C2涂层.涂层表面的Cr2O3氧化膜与碳化物硬质相组成连续、致密而均匀的保护层是NiCr-Cr3C2涂层抗高温氧化性好的主要原因.     

超音速等离子喷涂NiCr-Cr3C2涂层的结构及冲蚀磨损机理

目的改善流体机械部件的耐冲蚀磨损性能。方法采用超音速等离子喷涂(Supersonic Plasma Spraying)系统制备NiCr-Cr_3C_2涂层,通过X射线衍射仪(XRD)分析了喷涂粉末和涂层的物相结构。采用扫描电子显微镜(SEM)及配套的能谱分析仪(EDS)观察和分析了涂层的微观形貌及化学成分。采用透射电子显微镜(TEM)从超微观角度分析了涂层的晶粒结构。采用Image J2x孔隙率计算软件测定了涂层的孔隙率。采用显微硬度仪、纳米压痕仪及万能拉伸试验机分别测定了涂层的显微硬度、弹性模量和结合强度。采用动载磨料试验机进行了冲蚀试验,冲蚀角度为90°,砂浆比为5:8,冲蚀时间为3 h。结果获得的超音速等离子喷涂Ni Cr-Cr_3C_2涂层主要含有NiCr、Cr_3C_2、Cr_7C_3等物相,至少含有单晶、纳米晶、过渡区三个区域。涂层的显微硬度值为911HV0.3,约为基体的3倍,孔隙率为1.4%,结合强度为66 MPa,弹性模量为215.3 GPa。在90°攻角下,涂层的冲蚀磨损失效以疲劳剥落磨损为主。结论用超音速等离子喷涂系统在基体表面制备的Ni Cr-Cr_3C_2涂层具有较好的耐冲蚀磨损性能。     

超音速等离子喷涂NiCr-Cr3C2工艺的参数优化

采用四因素三水平正交试验,通过在线监测喷涂粒子的温度和速度,对电流、电压、喷涂距离和主气流量四个超音速等离子喷涂的主要参数进行优化设计.结果表明:四个因素对喷涂粒子温度的影响均较大,电压和主气流量对喷涂粒子速度的影响较大;优化的工艺参数为电压150 V、电流400A、喷涂距离85 cm、氩气流量4.2m3/h,采用该优...     

超音速火焰喷涂Cr3C2-25NiCr涂层高温摩擦磨损性能

在两种喷涂参数下,采用超音速火焰喷涂(HVOF)制备了两种Cr3C2-25％NiCr涂层,用金相显微镜和扫描电子显微镜(SEM)表征粉末和涂层的显微组织,用图像处理软件分析涂层孔隙率,并进行涂层维氏显微硬度测试,对涂层进行高温摩擦磨损试验,分析对比了两种涂层的耐磨性,并探讨了磨损机理.结果表明:两种Cr3C2-25％ NiCr涂层的孔隙率和硬度,CrC-1为0.90％和848.1 HV1,CrC-2为0.42％和884.6 HV1,涂层的高温磨损主要为粘着磨损伴有颗粒切削和剥落带来的磨粒磨损,其中CrC-2具有较好的耐磨性.     

等离子喷涂纳米ZrO_2涂层的摩擦磨损性能研究

采用等离子喷涂法在钛合金(TC4)基体上制备纳米陶瓷涂层。研究了烧结型陶瓷、纳米陶瓷和纳米球化陶瓷涂层的微动摩擦磨损性能。结果表明:在微动磨损滑移区、不同载荷水平下,三种涂层均呈现相同的耐磨性规律,耐磨性能由好到差的顺序为纳米球化陶瓷纳米陶瓷烧结型陶瓷。     

HVOF喷涂Cr3C2-NiCr涂层的磨粒磨损性能

探讨了氧气流量、燃气流量和喷涂距离三个喷涂工艺参数对ＨＶＯＦ喷涂Ｃｒ３Ｃ２－ＮｉＣｒ涂层硬度和磨粒磨损性能的影响。结果表明,燃气流量、氧气流量和喷涂距离对涂层的显微硬度和磨粒磨损性能的规律有所不同。在较高的燃气流量、适中的氧气流量和喷涂距离条件下,涂层具有较高的显微硬度;而氧气流量和燃气流量对涂层的磨粒磨损性能影响较大,适中的燃气流量条件下,涂层的磨粒磨损失重量较低,高的氧气流量条件下,磨损失重量     

超音速等离子喷涂Mo涂层的载流摩擦磨损性能

采用超音速等离子喷涂技术在45CrNiMoVA钢表面制备Mo涂层，利用场发射扫描显微镜（SEM）、X射线能谱分析仪（EDS）观测涂层显微形貌与组织成分，分析了载流摩擦中的电接触模型及电弧成因，利用滑动式摩擦试验机研究了电流强度对涂层粗糙度、表面温升及摩擦磨损性能的影响。结果表明：制备的Mo涂层组织致密、氧化程度低，与基体结合方式为“机械铆合”；随电流增加，摩擦副间电弧能量急剧升高，起弧率与表面粗糙度先降低，后上升。其中收缩电阻和微电容产生的自感电动势促进了电弧形成；摩擦副表面的温升由摩擦热、焦耳热、电弧热共同决定，与电流强度呈正相关；摩擦因数受表面粗糙度、材料剪切强度、表面膜等因素共同影响，随电流增加呈下降趋势。此外，载流条件下会出现黏着磨损、氧化磨损、电弧烧蚀等磨损，加剧了涂层剥落与磨粒磨损，但形成的摩擦膜可以有效保护涂层，降低磨损率。     

NiCr-Cr3C2超音速火焰喷涂的涂层性能

为配合干熄焦余热锅炉(CDQ锅炉)的开发和制造,保证CDQ锅炉过热器受热面管子在含焦粉粒的烟气中长期安全使用,通过试验,采用超音速火焰喷涂NiCr-Cr3C2粉末对受热面管子表面进行喷涂加工,确认涂层各项性能及指标满足设计要求。为后续的CDQ锅炉制造作了技术准备,现制作的首台CDQ锅炉已投入使用,取得了较好的效果。     

等离子熔覆NiCr-Cr3C2复合涂层摩擦磨损性能的研究

目的研究碳化铬含量及磨损载荷力对复合涂层摩擦磨损性能的影响,探究不同磨损载荷下的磨损机制。方法采用5种Ni55和NiCr-Cr_3C_2的混合粉末(Ni Cr-Cr_3C_2质量分数分别为10%、20%、30%、40%、50%),通过等离子熔覆技术制备金属基复合涂层。采用XRD、SEM对涂层物相进行检测分析,使用Rtec万能摩擦磨损试验机对复合涂层表面进行不同载荷下的摩擦磨损性能测试。对涂层组织、摩擦系数、磨损体积及磨损表面微观形貌进行对比分析,探究碳化铬的含量以及摩擦载荷对复合涂层摩擦磨损性能的影响。结果 NiCr-Cr_3C_2在熔覆过程中发生熔化,XRD测得涂层中的碳化物主要以Cr_7C_3为主,其他主要物相包括Cr_3C_2、Cr_(23)C_6、Cr_5B_3、Ni_3Si。复合涂层的硬度及耐磨性能随着碳化铬含量的增加而增大,硬度最高达1500HV以上,耐磨性是基体Q235的2～16倍。当磨损载荷低于80 N时,主要发生磨粒磨损;当磨损载荷为100 N时,主要发生粘着磨损和磨粒磨损,其中S5的磨损机制为疲劳磨损和磨粒磨损。结论加入碳化铬,随着碳化铬含量增加,复合涂层的耐磨性不断提高,并且随着磨损载荷的增大,涂层磨损机制发生转变。     

HVOF喷涂NiCr-Cr3C2过程中Laval管壁结瘤成因的探讨

围绕超音速火焰喷涂NiCr-Cr3C2涂层时在Laval管内壁产生结瘤的问题，在分析结瘤产物显微结构的基础上探讨了形成结瘤的原因。研究发现，结瘤产物具有层状组织结构，说明结瘤的形成机制与涂层形成机制相似；在HVOF喷涂时，导致Laval管内壁结瘤的原因主要包括：喷涂材料、喷涂粉末颗粒粒度、喷涂工艺参数、Laval管的内表面粗糙度。     

CuCo2Be表面热喷涂制备Cr3C2-NiCr涂层的微观结构及高温摩擦磨损行为

选用等离子喷涂技术在CuCo2Be合金表面制备了Cr3C2-NiCr/NiAl复合涂层。以Al2O3陶瓷球为对偶材料运用UMT-2摩擦磨损试验机对基体和复合涂层进行高温摩擦磨损试验,并选用共聚焦激光扫描显微镜、扫描电镜、能谱仪、XRD等分析测试手段,详细研究了CuCo2Be合金表面等离子喷涂涂层物相组成、微观形貌及涂层和基体的高温滑动摩擦磨损行为,结果表明:CuCo2Be合金表面等离子喷涂获得的复合涂层致密,涂层为层状结构,物相组成呈现非晶态。通过高温摩擦磨损研究,结果表明:500℃摩擦磨损磨损过程中,涂层及CuCo2Be合金基体的磨损机制为:疲劳磨损和粘着磨损及少量氧化磨损的共同作用,从磨损的体积形貌来看涂层磨损量明显小于未喷涂之前的基体材料,等离子喷涂工艺制备的Cr3C2-NiCr/NiAl涂层质量优异,提高了材料的高温耐磨性。     

超音速火焰喷涂TiB2-50Ni复合涂层的高温摩擦磨损性能

目的 研究环境温度对Ni质量分数为50%的TiB2-Ni复合涂层摩擦磨损性能的影响。方法 选用“壳核型”Ni包覆TiB2复合粉末,通过超音速火焰喷涂（HVOF）在304不锈钢基材表面制备TiB2-50Ni金属陶瓷复合涂层。采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析了粉末、涂层与摩擦磨损表面的显微结构和物相组成,并研究了TiB2-50Ni涂层和304不锈钢基材的高温摩擦磨损性能。结果 HVOF制备的复合涂层截面呈现明显的层片结构,涂层厚度、孔隙率、显微硬度、表面平均粗糙度及界面平均结合强度分别约300.8 μm、2.3%、766.1HV、2.3 μm及22.6 MPa。高温环境下,304不锈钢基材摩擦系数波动大,且随环境温度升高,其磨损率急剧增加,而TiB2-50Ni涂层的摩擦系数及磨损率波动较小。当环境温度达600 ℃时,涂层磨损率为(2.73±0.01)×10–5 mm3/(N?m),约为304不锈钢基材磨损率（(11.07±0.01)×10–5 mm3/(N?m)）的1/4。高温环境下,TiB2-50Ni涂层的磨损机理是磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损。结论 HVOF所制备TiB2-50Ni复合涂层受摩擦环境温度影响较小,具有优异的耐高温摩擦磨损性能。     

Fe-Al/SiC复合涂层组织及摩擦磨损性能研究

利用高速火焰喷涂技术制备出Fe-Al／SiC复合涂层，在MM-Al立式磨损试验机上对涂层常温下的摩擦磨损特性进行研究。采用扫描电镜、能谱、金相显微镜和X射线衍射仪，对涂层的组织形貌和相组成以及磨损后的表面形貌进行观察分析。研究表明，涂层的基体为Fe-Al相，具有典型的层状结构、较高的结合强度和显微硬度，孔隙率低；SiC硬质相分布于涂层之中，对涂层起到了颗粒强化和弥散强化的作用；涂层在常温干摩擦条件下具有良好的耐磨损性能，磨粒造成的剥层磨损是涂层的主要磨损机理。     

电接触烧结增强NiCr-Cr3C2涂层的显微组织和摩擦磨损行为研究

目的在等离子喷涂的基础上,采用电接触烧结技术制备具有良好摩擦学性能的Ni Cr-Cr_3C_2涂层。方法采用等离子喷涂工艺将NiCr-Cr_3C_2涂层预置到GH4169合金试件表面,再经过电接触烧结工艺制备增强涂层。利用OM、SEM、XRD及EDS研究耐磨层的物相、显微组织及化学组成特征,并采用球盘式摩擦磨损试验机对涂层的摩擦学行为进行评价。结果通过电接触烧结过程中的瞬时热效应,促进了NiCr-Cr_3C_2等离子喷涂层界面的塑性变形及热扩散,使涂层的孔隙率由5%降到2%,结合强度由46MPa提升到210 MPa。在400℃和600℃时,摩擦表面可形成完整的摩擦层,共晶氟化物组分使涂层摩擦系数由室温至400℃条件下的0.8降低到600℃条件下的0.45。涂层在600℃条件下表现出氧化磨损的特征。结论电接触烧结工艺能实现等离子喷涂Ni Cr-Cr_3C_2涂层的性能增强,获得较高结合强度、较低孔隙率和摩擦系数,在600℃条件下表现出较好的摩擦磨损性能。     

煤油流量对HVOF喷涂FeCrMoSi-Ti3SiC2涂层高温摩擦磨损性能的影响

目的 提高燃煤锅炉四管的耐磨性能。方法 使用喷雾造粒技术制备FeCrMoSi/Ti3SiC2复合粉末,并利用超音速火焰喷涂技术(HVOF)在12CrMoV基体上制备煤油流量分别为26、28、30、32 L/h的复合涂层。使用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及其自带的能谱仪(EDS)、Raman、维氏显微硬度计和摩擦磨损试验机研究FeCrMoSi/Ti3SiC2粉末及其涂层相组成、组织结构,检测涂层的力学性能,并对涂层在800 ℃下的摩擦学性能和磨损机理进行系统分析。结果 粉末物相主要由Ti3SiC2、Fe-Cr和TiC组成,涂层的物相与粉末类似,但是新产生了SiC相,且随着煤油流量的升高,Ti3SiC2物相逐渐分解。当煤油流量为30、32 L/h时,涂层内Ti3SiC2物相大量分解。涂层的硬度和断裂韧性随着煤油流量的升高表现出先升高、后降低的趋势,孔隙率和磨损率呈现先减小、后增大的趋势。当煤油流量为28 L/h时,涂层磨损率最低,约为5.44 ´ 10^-15 m³/(N.m)。结论 煤油流量为28 L/h时,涂层表面生成的SiO2、TiO2和Fe2O3等氧化物均匀分布在磨痕和对偶球表面,有效阻挡了对偶球和涂层的直接接触,使得涂层显示出最优异的摩擦学性能。涂层的主要磨损机制为氧化磨损和黏着磨损。     

磁场环境中的Mo-W喷涂层摩擦磨损性能

采用超音速等离子喷涂技术在45CrNiMoVA钢表面制备了Mo-W合金涂层,并与6061铝合金组成摩擦副,进行了磁场环境下的摩擦磨损试验。通过场发射扫描电镜(SEM)、电子能谱仪(EDS)分析涂层组织;采用X射线衍射仪分析涂层相组成;在不同磁感应强度(B)下测试了涂层显微硬度、表面氧浓度和表面温度。结果表明:随着磁感应强度的增加,Mo-W涂层的摩擦因数降低,磨损量有小幅减小。摩擦副表面的温度比不加磁场时有10~20℃的温升。磁场的施加对Mo-W涂层显微硬度值不会造成影响。Mo-W涂层磨损表面的氧含量随B的增加而变大。磨屑主要由表面覆有Al_2O_3的Mo-W合金微粒和Al_2O_3微粒组成,磨屑粒径随着B的增加逐渐变小。磁场在Mo-W涂层与6061铝合金的摩擦中主要有两个作用:一是提高摩擦副间的氧浓度,促进氧化磨损;二是使磨粒细化,降低摩擦因数。