具备原位合成Al_2O_3的WC复合粉末与涂层的设计及制备

利用球磨法将Al粉添加到亚微米结构WC-12Co粉末中,设计并制备了具有Al2O3原位合成的纳米结构WC-Co-Al粉末。XRD分析显示球磨10、30和50 h后的粉末中WC平均晶粒尺寸为93.1、39.0和44.8 nm。超音速火焰(HVOF)喷涂时,WC-Co-Al粉末比未球磨的WC-12Co粉末扁平化更好,涂层孔隙率为0.57%,比WC-12Co涂层(1.62%)更低。粉末中的Al元素与氧气反应原位生成了Al_2O_3硬质陶瓷颗粒,有效抑制了WC的氧化脱碳。WC-Co-Al涂层HV_(0.1)显微硬度为12.98±0.73 GPa,比WC-12Co涂层提高约36%,这得益于Al_2O_3颗粒的增强效应,WC晶粒纳米化和孔隙率降低。     

AC-HVAF喷涂纳米结构WC-12Co耐磨涂层的微观结构和性能

本文采用含纳米WC颗粒的WC-12Co粉末,通过空气助燃超音速火焰喷涂系统（AC-HVAF）制备了耐磨涂层。研究了涂层相组成、微观结构、涂层硬度、断裂韧性和耐磨损性能。X射线衍射分析结果表明WC为涂层主相,未发现其他失碳分解产物。涂层孔隙率低于1%,晶粒尺寸为80-100nm,涂层磨光表面硬度平均值1940.3 HV0.3, 横截面平均硬度高达1662.1 HV0.3。使用WC硬质球为摩擦副,载荷1.5kg,工件转速1198r/min干磨条件下,纳米结构涂层的平均失重比微米结构涂层降低40%,且纳米结构涂层摩擦系数为0.26-0.28（微米结构涂层：0.25-0.4）,因此纳米结构涂层具有更加优异的耐磨性能。     

反应热处理技术制备纳米晶WC-6Co硬质合金复合粉末

对反应热处理技术（高能球磨＋热处理）合成纳米晶WC-6Co硬质合金复合粉末的可行性进行了研究。结果表明，元素粉末经球磨活化后可降低WC的形成温度；在800℃反应热处理时，复合粉末中存在WC和W2C两种碳化物；而高于950℃热处理时，W2C则完全转化为WC相。纳米晶WC-6Co复合粉末中WC的晶粒尺寸随热处理时间延长、温度的升高而增大；在950℃热处理保温30min的条件下可获得WC晶粒尺寸为33．3nm的纳米晶WC-6Co复合粉末。     

AC-HVAF喷涂纳米结构WC-12Co耐磨涂层的微观结构和性能（英文）

采用含纳米WC颗粒的WC-12Co粉末,通过空气助燃超音速火焰喷涂系统(AC-HVAF)制备了耐磨涂层。研究了涂层相组成、微观结构、涂层硬度、断裂韧性和耐磨损性能。X射线衍射分析结果表明WC为涂层主相,未发现其他失碳分解产物。涂层孔隙率低于1%,晶粒尺寸为80~100 nm,涂层磨光表面硬度(HV_(0.3))高达19 403 MPa,横截面硬度高达17 410 MPa。使用WC硬质球为摩擦副,载荷15 N,工件转速1198 r/min干磨条件下,纳米结构涂层的平均失重比微米结构涂层降低40%,且纳米结构涂层摩擦系数为0.26~0.28(微米结构涂层:0.25~0.4),因此纳米结构涂层具有更加优异的耐磨性能。     

球磨纳米NiCr/WC复合粉的微观组织

采用低温液氮高能球磨技术制备了（Ni-20％Cr）／35％WC（质量分数）纳米复合体系,研究了纳米材料的微观组织和热稳定性。结果表明,随着球磨时间的增加,粉末晶粒度在12h前下降较明显,然后呈缓慢下降的趋势;球磨21h后,NiCr合金粉末晶粒度达到10．02nm,WC粉末晶粒度达到20．2nm,且粉体粒度均匀,形状近似于球形,每个颗粒仍然是多晶结构;经过长时间球磨后,纳米粉末的结构没有发生变化,热稳定性良好;在1000℃保温0．5h后,NiCr合金粉末长大至74nm,WC粉末长大至28nm。     

化学包裹粉工艺制备粗晶粒WC-Co硬质合金

以费氏粒度为8.06μm的WC粉与Co(NO3)2·6H2O为原料,采用N(CH2CH2OH)3(TEA)为还原剂制备WC-12%Co(质量分数)包裹粉,以包裹粉为原料制备WC-12%Co硬质合金。采用扫描电镜观察包裹粉与合金中WC晶粒的立体形貌,采用X射线衍射仪分析粉末的物相组成,采用比表面积分析仪分析TEA还原产物多孔泡沫Co的比表面积,采用金相显微镜观察合金的组织结构。结果表明:包裹粉中Co为纯fcc高温相结构,呈多孔泡沫状纳米组装结构形式包裹在WC粉末表面;WC-12%Co合金组织结构均匀,平均晶粒度为4.8μm,WC晶粒结晶完整、呈规则多面体形状。     

WC/FeAl金属间化合物基金属陶瓷涂层的冷喷涂制备

采用WC/Fe/Al混合粉末,通过机械合金化制备40v0l％ WC/Fe(Al)固溶体复合粉末,利用冷喷涂沉积涂层并结合热处理原位反应制备了WC/FeAl金属间化合物基金属陶瓷涂层.研究了球磨时间对复合粉末相结构、晶粒尺寸及组织结构的影响,并分析了冷喷涂WC/FeAl金属间化合物基金属陶瓷涂层的组织和显微硬度.结果表明,机械合金化可获得WC陶瓷颗粒呈微/纳米多尺度分布的WC/Fe(Al)金属陶瓷复合粉末,球磨36 h的复合粉末基体相平均晶粒尺寸约为90 nm,冷喷复合涂层组织致密、多尺度WC颗粒在基体中均匀弥散分布,涂层显微硬度约为1060 HV0.3,涂层在650℃热处理后发生Fe(Al)固溶体向FeAl金属间化合物的原位转变,制备出了WC/FeAl金属间化合物基金属陶瓷涂层.     

Al2O3弥散强化Ni-Cr合金粉的微束等离子喷涂

用行星式球磨技术制备了Al2O3弥散强化Ni-Cr合金粉末.为改善球磨后粉末的流动性,对粉末进行了喷雾造粒,并利用微束等离子喷涂(MPS)技术制备涂层.采用XRD、SEM等方法研究弥散强化粉末及其喷涂层的微观组织结构.试验结果表明,球磨加工后,Al3O3颗粒尺寸为微纳米级,并弥散分布于Ni-Cr基体粉末中.经微束等离子喷涂后,涂层结构较致密,孔隙率低(<2%).涂层经650 ℃高温耐冲蚀试验后,发现微纳米结构涂层的耐冲蚀性良好,这与Al2O3陶瓷对涂层的增韧机理有关.     

Ni3Al添加量对WC-Co硬质合金中WC晶粒形状的影响

采用粉末冶金制备技术,以粗WC粉末、Co粉和WC＋Ni3Al预合金粉末为原料制备出WC-40vol％（Co—Ni,Al）硬质合金。利用扫描电镜和透射电镜研究了不同NbAl含量对WC-40vol％（Co—Ni3Al）硬质合金中WC晶粒形状的影响规律。结果表明：W在Co粘结相中的固溶度接近25．4wt％,而W在Ni,Al粘结相中的固溶度接近9．5wt％,随着NbAl含量的增加,粘结相对W的固溶度减小,合金中的WC晶粒圆钝和细小;WC晶粒表面上出现明显的台阶。相应的,延长烧结时间,WC—Co—Ni3Al硬质合金具有与WC—Co硬质合金相同的WC生长行为,WC-40vol％（Co—Ni3Al）硬质合金中的WC晶粒表面上的台阶处出现明显的刻面。     

纳米晶WC-6Co复合粉合成及特性研究

使用喷雾转化、煅烧和原位还原碳化技术制备了纳米晶WC-6Co复合粉末。通过XRD研究相组成发现,经过喷雾转化处理后粉末为无定形相、经煅烧后的粉末为WO3与Co3O4相、经还原碳化工艺后的物相是WC与Co相;由于Co对碳化过程的催化作用,将煅烧后的粉末置于氢气气氛中加热至900度还原碳化1个小时,即可将粉末碳化完全,制备出WC与Co相共存的纯净复合粉。文章还研究了还原碳化温度（700-900 ℃）对粉末相组成的影响,并通过SEM和HRTEM观察粉末形貌与微观组织。结果表明：制备的粉末具有球形结构,WC晶粒约0.36 μm,亚晶尺寸约为56 nm,说明WC晶粒是多晶体。同时发现粉末中的WC单颗粒被Co相互粘结在一起,且在WC与WC颗粒的接触部位发现存在烧结颈。文章还讨论了复合粉球形结构的形成过程和机理。     

Influence of Powder Porous Structure on the Deposition Behavior of Cold-Sprayed WC-12Co Coatings

The limited deformation of hard cermet particles and impacted coating makes it difficult for conventional thermal spray powders to continuously build up on impact in cold spraying. In this study, three nanostructured WC-12Co powders with different porous structure and apparent hardness were employed to deposit WC-Co coatings on stainless steel substrate by cold spraying. The deposition characteristics of three powders of porosity from 44 to 5% were investigated. It was found that WC-Co coating is easily built-up using porous powders with WC particles bonded loosely and a low hardness. The microhardness of WC-12Co coatings varied from 400 to 1790 Hv with powders and spray conditions, which depends on the densification effects by impacting particles. With porous WC-Co powders, the fracture of particles on impact may occur and low deposition efficiency during cold spraying. The successful building up of coating at high deposition efficiency depends on the design of powder porous structure.     

HVOF喷涂纳米结构WC-12Co涂层的组织结构分析

纳米结构WC-12Co涂层的研究目前已受到了广泛重视,对其组织结构及影响因素的研究有利于提高涂层性能.采用HVOF工艺制备了纳米结构、多峰结构及普通微米结构3种WC-12Co金属陶瓷复合涂层,并采用SEM、XRD等对粉末及涂层的显微形貌、组织结构进行了分析;探讨了粉末在喷涂过程中的氧化脱碳机理,并指出了与之相关的影响因素.结果表明:纳米结构WC-12Co涂层结构致密,孔隙率低,与基体结合状态良好;纳米粉末在喷涂过程中比微米粉末氧化失碳严重,并发生了不同的纳米晶粒的长大;纳米粉末在喷涂过程中的氧化脱碳程度不仅与喷涂工艺有关,还在很大程度上取决于粉末本身的结构特性.     

Ti6Al4V合金表面超音速火焰喷涂WC-12Co涂层组织及相分析

采用超音速火焰喷涂在Ti6Al4V合金表面制备WC-12Co涂层,用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、能谱(EDS)对涂层的组织形貌、物相结构、成分进行试验分析。结果表明:涂层中无层状分布,涂层整体致密,孔隙率低,与基体结合良好;涂层中呈团聚状的粒子与粒子之间结合紧密,颗粒为弥散分布。这是因为超音速粒子的速度高能弥补堆垛不规则造成的孔隙,降低孔隙率,提高致密度;高速粒子变形充分,利于提高活性区域的面积,利于粒子与基体、粒子与涂层的结合。涂层中组成相除WC外,有少量Co3W3C和微量的W2C,未见金属Co,Co在涂层中变成非晶态。分析认为:W2C的产生是在喷涂过程中由于WC热分解,脱碳而生成的产物;Co3W3C是Co和WC在有氧环境下的反应产物,Co3W3C含量少是由于粉末在燃烧室中停留时间短。     

HVAF喷涂WC-12Co涂层的应用研究

WC-12Co涂层的组织结构主要取决于喷涂工艺,采用活化燃烧一超音速火焰喷涂(HVAF)工艺喷涂WC-12Co涂层。结果表明:HVAF涂层孔隙率为0.6%,表面粗糙度为Ra1.5,HVAF过程中,粉末粒子的扁平化程度高,涂层组织结构均匀;HVAF焰流中WC基本不发生分解,涂层韧性好,HVAF涂层平均硬度达到1 400 HV0.3。     

Effects of Rare Earth Elements on the Microstructure and Mechanical Properties of HVOF-Sprayed WC-Co Coatings

Rare earth has been widely used in materials manufacturing to improve hardness and toughness. In this paper, conventional, nanostructured, and rare earth CeO₂-doped WC-12Co powders were sprayed by using HVOF spraying technology. Microstructure, hardness, elastic modulus, and fracture toughness of the three coatings were investigated. The results showed that nanostructured WC-12Co coatings possessed the densest microstructure and excellent combination of strength and toughness. The WC particles with the size ranging from 50 to 500 nm distributed uniformly in the nanostructured WC-12Co coating. The average free path of Co matrix in rare earth-doped WC-12Co coating was shorter than that of conventional WC-12Co coating. XRD results showed no obvious decarburization in all three coatings. The addition of rare earth could improve the mechanical properties of the coating compared with that without rare earth. The hardness value of nanostructured WC-12Co coating (12.2 GPa) was similar to that of rare earth-doped WC-12Co coating (12.2 GPa), which was 15.1% higher than that of conventional WC-12Co coating. The elastic modulus and fracture toughness of nanostructured WC-12Co coating were the highest, and that of conventional WC-12Co coating was the lowest.     

亚微米WC添加对超音速火焰喷涂WC–Co涂层磨损性能影响

采用湿法球磨将亚微米WC（~300 nm）和WC–12Co粉末混合均匀并使亚微米WC均匀粘附于WC–12Co粉末的表面,采用超音速火焰喷涂方法（HVOF）在304不锈钢基体表面制备WC和WC–12Co的WC–Co复合涂层,研究亚微米WC的添加对涂层相组成、显微硬度、耐磨性能和表面形貌的影响。利用X射线衍射分析涂层相组成,压痕法测试涂层的显微硬度,通过往复式摩擦磨损实验测试磨损性能,扫描电子显微镜（SEM）对涂层磨损表面和断面进行微观形貌观察,并分析涂层的磨损过程和机制。结果表明,添加质量分数5%的亚微米WC颗粒显著提高了涂层的显微硬度（16.3%）;增强了涂层的耐磨性,磨损率从6.09×10-7 mm3/Nm减小到5.15×10-7 mm3/Nm（减小13.8%）;亚微米WC颗粒喷涂后在涂层中保持了WC相,并主要存在于WC–Co扁平粒子界面和孔隙。基于涂层中扁平粒子的结合特性与磨损失效特征,建立强化模型,分析亚微米WC颗粒对涂层扁平粒子界面的强化机制。     

超音速火焰喷涂低碳WC/12Co涂层的组织及性能研究

采用离心雾化干燥法制得团聚颗粒,经连续高温烧结成两种不同松装密度的热喷涂粉末。采用以C3H8/O2为燃料的超音速火焰喷涂（HVOF）工艺制备了WC/12Co涂层。对粉末及涂层做了显微组织观察和XRD分析,测定了涂层的厚度、显微硬度和粉末沉积效率。结果表明,在1120℃、1180℃烧结的粉末中主要有WC和W6Co6C,但无Co相;涂层有脱碳,有Co6W6C相,但未出现单质Co。涂层组织均匀致密,沉积效率可达65%。     

Microstructures and erosion resistance of plasma-sprayed WCp/NiCrBSi composite coatings

WCp/NiCrBSi composite coatings have been deposited by plasma spraying with the mixed powders of WC-12Ni and NiCrBSi. The coatings consist mainly of WC, γ-Ni, Ni3B, CrB, Cr2B, M7C3, M23C6 and W2C phases. The W2C content increases with increasing WC mass fraction in the powders. The porosity and microhardness of the coatings are related to the coating WC content. The excessive WC results in decreasing the microhardncss due to increasing the porosity. The WCp/ NiCrBSi coating with 35 % WC mass fraction powder has more excellent erosion resistance. With an increase of impact angles from 15°to 90°the erosion rate of the coating increases, the erosion rate at 15°impact angle being approximately two times lower than that at 90°impact angle. Based on the wear morphology of the coatings at different impact angles, the wear mechanisms were discussed.     

超音速等离子喷涂WC-17Co涂层的工艺及性能分析

以低成本压缩空气和丙烷作为工作气体,采用超音速等离子喷涂制备了WC-17Co涂层,研究了喷涂功率对涂层组织、孔隙率和相组成的影响,测试了涂层的抗压性和耐磨性.结果表明,喷涂功率显著影响粉末的熔化和脱碳程度,功率过小时,WC颗粒熔化程度低;功率过大时,WC严重脱碳生成W₂C甚至W相.喷涂功率为65 kW制备的涂层孔隙率最低（0.87%）,未出现严重脱碳产物钨,涂层具有很强的抗压入变形能力,由于高硬度WC颗粒的存在,涂层的耐磨性显著提高,其磨损量仅为基体的15%,磨损形式由基体的严重磨粒磨损+粘着磨损变为涂层的轻微磨粒磨损.     

氧燃比对爆炸喷涂WC-12 Co涂层组织和力学性能的影响

目的提高直升机旋翼系统连接件的耐微动磨损疲劳寿命,解决传统镀铬工艺引起的环境污染问题。方法采用爆炸喷涂工艺,通过调节氧气和乙炔混合气体氧燃比,在35Ni4Cr2MoA高强合金钢基体上制备不同的WC-12Co涂层,研究氧燃比对涂层组成、结构和力学性能的影响规律。结果随着氧燃比的提高,涂层C含量逐渐降低,硬度、致密性、弹性模量和结合强度则先升后降。氧燃比低于1.1时,粒子飞行速度低和熔融不充分是涂层硬度和致密性下降的主要原因;氧燃比高于1.3时,爆炸焰流为氧化气氛,WC粒子的氧化和分解加剧了C元素的流失,使得涂层性能下降;氧燃比为1.2时,涂层无明显氧化和脱碳,截面维氏显微硬度(HV0.3)达到12.9 GPa,孔隙率为0.86%,与基材间的结合强度达到148 MPa。结论爆炸喷涂中高速飞行的粒子对35Ni4Cr2MoA高强合金钢基体具有一定的表面强化作用,喷丸试棒经爆炸喷涂工艺沉积WC-12Co涂层后,疲劳寿命提高107.4%。氧燃比对爆炸喷涂沉积WC-12Co涂层的组成、结构和力学性能影响较大,氧燃比为1.2时,涂层的综合力学性能最佳。