提高300M钢零件HVOF涂层结合力的方法

在飞机起落架制造上,超音速火焰喷涂代替镀硬铬工艺在中航飞机起落架有限责任公司燎原分公司的应用尚属国内首次。生产中某型飞机起落架300M钢活塞杆零件超音速火焰喷涂WC10Co4Cr后,涂层时有出现裂纹、起皮、剥落和剥离等结合力差的现象,成为制约交付的瓶颈因素。通过对影响HVOF涂层结合力的主要因素——表面状态、喷涂参数、喷涂过程控制(预热、喷枪清理及残余应力)及涂层的磨削参数进行分析,总结出了几种提高300M钢零件超音速火焰喷涂WC10Co4Cr涂层结合力的实用方法,经过实践的长期检验,其效果显著。同时对涂层结合力及结合强度的检测方法做了简要的介绍。     

Inconel690合金表面HVOF喷涂WC-10Co-4Cr和CoCrW涂层的微动磨损特性研究*

为了提高Inconel690合金管的耐磨性,采用超音速火焰喷涂技术（HVOF）在Inconel690合金管表面制备WC 10Co 4Cr和CoCrW两种涂层,在PLINT微动磨损试验机上考察其微动磨损性能。试验结果表明：载荷一定时,涂层的摩擦因数随着位移的增加而变大;相同试验条件下,在稳定阶段,WC 10Co 4Cr和CoCrW涂层的摩擦因数小于Inconel690;两种涂层的耐磨性均显著优于Inconel690合金,而WC 10Co 4Cr涂层的耐磨性略优于CoCrW涂层。磨损表面形貌分析表明,两种涂层的磨痕表面存在剥落坑和剥层现象,磨损机制以剥层和磨粒磨损为主。     

HVOF中喷涂距离对AZ91D镁合金WC涂层性能影响研究

采用Jp—5000音速火焰喷涂(HVOF)技术在AZ91D镁合金表面喷涂WC—10Co4Cr涂层。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计等设备和浸泡腐蚀实验来分析WC涂层的组织结构和性能。结果表明:WC涂层均匀、致密,孔隙较少,涂层与基体结合紧密,无裂纹,无剥离;经XRD检测分析,WC在高温环境中发生元素重组,生产了CW_3、W_2C,分解率与火焰作用时间有关;WC涂层提高了镁合金的耐腐蚀性。     

300M钢超音速火焰喷涂WC涂层的抗冲击性能

超音速火焰喷涂（HVO／AF）WC／17Co涂层因对基体的疲劳性能影响较小和涂层具有良好的耐磨性能而作为电镀硬铬的替代涂层，然而WC／17Co涂层的抗腐蚀性能较差，为此人们提出采用WC／10C04Cr涂层以提高涂层的耐腐蚀性能。两种涂层的最明显的区别是金属含量不同，这将对涂层的断裂韧性和抗冲击性能有着重大的影响。     

超音速火焰喷涂(HVOF)涂层的抗汽蚀性能研究

采用新型的超音速火焰喷涂（HVOF）技术,在铝青铜基体试件上喷涂了WC—Co、Ni60和NiCr三种抗汽蚀材料,通过振动汽蚀试验,研究涂层的抗汽蚀性能。试验表明,Ni60粉末喷涂层结构致密,与铝青铜基体结合较好,其抗汽蚀性能优于其它两种涂层。     

超音速火焰喷涂工艺及涂层质量控制

超音速火焰喷涂(HVOF)WC10Co4Cr合金以其优良的耐磨性和耐蚀性及对环境的友好性等优点,在飞机起落架轴类零件上已有取代镀硬铬之势;但是,实际生产中,HVOF涂层常常出现起皮、剥落、隆起、裂纹、崩裂和有开口于表面的孔洞及不连续等缺陷,严重影响了喷涂质量,制约了产品的正常使用。通过加强对工艺辅助材料、设备及维护、制造过程、工艺和人员等环节的控制,使某型号超高强度钢轴类零件涂层质量问题的发生率从20%降低到1%以下,经过长期的实践检验,验证了其对指导生产具有一定的现实意义。     

超音速火焰喷涂微米和纳米结构WC-12Co涂层及其性能

以纳米和微米级WC-12Co粉末为原料,采用超音速火焰喷涂(HVOF)方法在16Mn基体上制备了两种涂层.利用X射线衍射仪对喷涂粉末及涂层进行了相结构分析,用扫描电镜对喷涂粉末、磨粒磨损前后的涂层表面形貌进行了观察,探讨了粉末结构、涂层的组织和结构以及抗磨粒磨损的性能.结果表明:WC-12Co粉末结构对涂层的组织结构影响非常显著,微米WC-12Co粉末中的WC的分解基本上得到了抑止,而纳米结构的粉末由于出现了WC的部分分解,导致了纳米涂层的抗磨粒磨损性能相对于微米涂层提高不多,但是与基体16Mn相比,两种涂层均表现出优异的抗磨粒磨损性能.     

NiCrAlY合金粉添加量对超音速火焰喷涂WC-10Co4Cr涂层组织及性能的影响

在WC-10Co4Cr金属陶瓷粉中添加不同质量分数(0,6.5%,10.0%,20.0%)NiCrAlY合金粉,采用超音速火焰喷涂技术在316L不锈钢基体表面制备NiCrAlY/WC-10Co4Cr金属陶瓷涂层,研究了合金粉添加量对涂层显微组织、显微硬度和耐腐蚀性能的影响。结果表明:不同合金粉添加量下所得涂层的显微组织均主要由WC相组成;随着合金粉添加量的增加,涂层中的镍和Ni3Al相含量增多,孔隙率和硬度下降,耐腐蚀性能先增后降;当合金粉质量分数为6.5%时,涂层的硬度分布最均匀,耐腐蚀性能最好。     

基于超音速火焰喷涂WC-12Co涂层的显微及性能的研究

重点分析超音速设备制备WC-12Co涂层及其机械性能、摩擦学特性与显微组织特征的关系。利用超音速火焰喷涂来研究其工艺参数对WC-12Co涂层显微结构和摩擦学性能的影响。通过涂层的观察、分析显微组织和利用基于神经网络计算的加强型统计工具研究摩擦力矩,得出超音速火焰喷涂工艺参数对WC-12Co涂层的相结构的组成、硬度和孔隙率有很大的影响;喷涂工艺参数和涂层质量的关系在稳态机制下是完全可以进行预测的。     

超音速火焰喷涂制备WC-10Co-4Cr涂层工艺参数的优化

采用超音速火焰喷涂(HVOF)系统在Q235钢表面制备了WC-10Co-4Cr涂层,用正交试验方法研究了喷涂距离、氧气流量、煤油流量等工艺参数对涂层孔隙率和显微硬度的影响。结果表明:氧气流量是影响涂层孔隙率和显微硬度的最显著因素,煤油流量和喷涂距离的影响较小;最佳工艺参数为氧气流量897L·min-1、煤油流量0.38L·min-1、喷涂距离300mm,在此工艺参数下制备涂层的孔隙率为0.31%,显微硬度为1 323HV。     

超音速火焰喷涂WC-10Co4Cr涂层的力学性能及断裂机理

采用超音速火焰喷涂技术(HVOF)在不锈钢基体上制备了WC-10Co4Cr涂层,测试了涂层的显微硬度和结合强度,研究了涂层的物相组成和横截面、断裂面的形貌,分析了涂层的断裂方式和断裂机理。结果表明:WC-10Co4Cr涂层的平均显微硬度达1 147.6HV,结合强度为70MPa;涂层的拉伸断裂为典型的脆性断裂,没有明显的塑性变形过程;涂层中颗粒间的孔隙和微裂纹在外应力的作用下形成裂纹,裂纹沿颗粒与颗粒间的界面扩展并伴随扩展方向的偏转,最终导致涂层的断裂。     

超音速火焰喷涂制备铝基复合制动盘工艺及力学性能研究

基于超音速火焰喷涂(High Velocity Oxygen Fuel, HVOF)技术,在7075高强铝合金表面制备出碳化钨(WC)颗粒来增强镍基合金的耐磨层,分别利用光学显微镜、扫描电镜对喷涂层及界面过渡区(Interface Transition Zone, ITZ)微观组织进行表征,技术制造分别使用显微硬度仪和万能试验机对喷涂层的显微硬度和抗剪强度进行测试,探求铝基复合制动盘超音速火焰喷涂工艺。结果表明,超音速火焰喷涂制备铝基复合制动盘的工艺参数为铝基合金表面WC颗粒含量为35%,氧油比约为3∶1,送粉量为80 g/min,喷涂距离为330 mm,入射速度为450 m/s,制动盘转速为7 r/min,氮气流量为10 L/min;铝基复合制动盘喷涂层微观组织为奥氏体基体上弥散分布着大量WC颗粒,致密度高达94%;喷涂层显微硬度约为1 500HV,剪切强度约为147.3 MPa,满足制动盘力学性能要求。     

空气助燃超音速火焰喷涂WC涂层的性能及应用

采用空气助燃超音速火焰喷涂(HVAF)技术制备了WC涂层,对该涂层的耐磨性、耐腐蚀性、韧性、涂层结合强度等性能进行了研究,并与电镀硬铬层进行了性能与实际使用寿命对比。结果表明:采用HVAF制备的WC涂层的耐磨性是电镀硬铬层的10倍,涂层的耐腐蚀性和韧性明显优于电镀硬铬层的;以WC涂层在瓦楞辊中的应用为例,采用上中下位置喷涂方法制备的WC涂层厚度均匀,控制喷涂角度大于60°和基体硬度小于60 HRC对WC涂层的结合强度有利,WC涂层瓦楞辊的使用寿命是电镀硬铬瓦楞辊的4~6倍。     

超音速火焰喷涂WC-10Co-4Cr和CoCrW涂层的微动磨损特性研究

为提高Inconel690合金管的耐磨性,在Inconel690合金管外表面,采用超音速火焰喷涂技术(HVOF)制备WC-10Co-4Cr和Co Cr W两种涂层,管状试样与1Cr13圆柱体配副件以"十"字交叉接触方式,位移幅值为100~200μm;法向载荷为30~90 N;频率为2 Hz;循环次数为3×104次;环境温度为室温,在PLINT微动磨损试验机上进行微动磨损试验。试验结果表明:载荷一定时,涂层的摩擦系数随着位移的增加而变大。两种涂层的耐磨性均显著优于Inconel690合金;WC-10Co-4Cr涂层的耐磨性略优于Co Cr W涂层。清洗后的磨痕表面存在剥落坑和剥层现象,两种涂层的磨损机制主要是剥层和磨粒磨损为主。     

添加CeO2对超音速火焰喷涂微纳米结构WC-10Co4Cr涂层组织和性能的影响

采用超音速火焰(HVOF)喷涂技术制备了微纳米结构WC-10Co4Cr涂层和质量分数1%CeO₂改性微纳米结构WC-10Co4Cr涂层,研究了CeO₂的添加对涂层显微组织、力学性能和耐磨粒磨损性能的影响。结果表明：CeO₂的添加对粉末烧结过程中Co₃W₃C相的形成有抑制作用,同时能够减少喷涂过程中W₂C相的生成;CeO₂改性涂层的孔隙率为未改性涂层的72%;CeO₂的添加会加剧涂层的铬元素聚集程度,不利于CoCr黏结相的生成;CeO₂改性涂层的力学性能和耐磨粒磨损性能均低于未改性涂层,显微硬度和断裂韧度分别降低了11%和7%,经过15 600 r磨损后,其磨损质量损失率比未改性涂层高36%。     

第一讲 装备再制造技术（七）

（3）超音速等离子喷涂技术制备微米、纳米结构涂层 装备再制造技术国防科技重点实验室采用自行研制的高效能超音速等离子喷涂系统喷涂Al2O3/TiO2和WC／Co纳米结构喂料,制备了纳米结构热喷涂涂层。表9为其超音速等离子喷涂工艺参数。     

Inconel690合金表面WC-10Co-4Cr和CoCrW涂层的微动磨损特性

为了提高Inconel690合金管的耐磨性,采用超音速火焰喷涂技术(HVOF)在Inconel690合金管表面制备WC-10Co-4Cr和CoCrW两种涂层,在PLINT微动磨损试验机上考察其微动磨损性能。试验结果表明:载荷一定时,涂层的摩擦因数随着位移的增加而变大;相同试验条件下,在稳定阶段,WC-10Co-4Cr和CoCrW涂层的摩擦因数小于Inconel690;两种涂层的耐磨性均显著优于Inconel690合金,而WC-10Co-4Cr涂层的耐磨性略优于CoCrW涂层。磨损表面形貌分析表明,两种涂层的磨痕表面存在剥落坑和剥层现象,磨损机制以剥层和磨粒磨损为主。     

近疲劳强度载荷下WC/Co涂层对300M钢疲劳性能的影响

研究了在近疲劳强度载荷下超音速火焰喷涂WC/Co涂层和电镀铬层对300 M低合金钢疲劳性能的影响.结果表明：WC/Co涂层、电镀铬层试样和300 M钢基体的疲劳强度分别为753,600和720 MPa.在近疲劳强度载荷下,WC/Co涂层试样的疲劳寿命分别为基体和电镀铬层试样的1.5～2和5～10倍.三者的主裂纹源均为基体内部的Al2O3和SiO2夹杂物.电镀铬层中的次裂纹穿过界面并向基体中扩展,在基体表面形成新的次裂纹源,加快了基体中主裂纹源的形成和主裂纹的扩展;而WC/Co涂层中的次裂纹经过界面时向界面方向偏转,形成无支撑涂层,并最终使涂层剥落.     

超级不锈钢涂层在风机主轴修复上的应用研究

为了解决风机主轴因磨损带来的尺寸超差问题,采用超音速火焰喷涂（HVOF）技术制备超级不锈钢涂层试样,并对试样的截面形貌、硬度、结合强度、耐磨性开展检测研究。结果表明,超级不锈钢涂层致密,孔隙率为1.26%,与基体的结合强度达到73.33Mpa,涂层具有与比基体1Cr13更高的硬度和更好的耐磨性能。由此,提出用HVOF技术喷涂超级不锈钢涂层进行零件尺寸修复,制定了工艺技术路线,并在风机主轴的尺寸恢复上成功应用。     

ZrO2热障涂层耐高温冲刷性能研究

采用等离子喷涂工艺制备了NiCoCrAlY／ZrO2热障涂层，利用超音速火焰喷涂（HVOF）ZrO2粒子高速冲刷涂层表面，考察ZrO2热障涂层的耐高温冲刷性能。结果表明，等离子喷涂NiCoCrAlY／ZrO2热障涂层具有较好的耐高温冲刷性能，经高温高速粒子冲刷20s后，涂层与基体结合良好，涂层完整，未出现大面积的剥落。等离子喷涂ZrO2热障涂层高温冲刷的主要磨损机理为脉动冲击作用造成的裂纹扩展、涂层颗粒变形磨损和微切削。涂层的耐高温冲刷性能主要取决于涂层的硬度。