Cr3C2-NiCr涂层的高温抗氧化和热耐腐蚀性

采用大气等离子喷涂技术制备Cr3C2-NiCr复合涂层,并对制备的Cr3C2-NiCr涂层试样进行800 ℃×100 h氧化和熔盐（Na2SO4+25 wt%NaCl）热腐蚀试验。利用X射线衍射仪（XRD）和带能谱的扫描电镜(SEM/EDX)分析氧化、腐蚀涂层表面和截面的成分及结构变化,探讨其高温氧化、腐蚀机理。结果表明：等离子喷涂Cr3C2-NiCr涂层具有层状组织结构,喷涂过程中无明显相分解或氧化。高温氧化后的Cr3C2-NiCr涂层表面及层片界面形成了连续、致密的Cr2O3保护膜,涂层表现出优异的抗高温氧化性能。在热腐蚀过程中,腐蚀盐破坏了涂层表面及层片界面形成的氧化膜,腐蚀性元素沿着涂层中的孔洞及层片界面扩散到涂层内部,涂层发生“活化氧化”,耐腐蚀性较差。     

粉末结构对HVOF金属陶瓷涂层腐蚀冲蚀磨损性能的影响

采用3种不同NiCr粘结相含量和两种不同尺度WC颗粒的金属陶瓷粉末,运用超音速火焰喷涂（HVOF）方法制备了Cr3 C2-NiCr、WC-12%Co涂层,在5%H2 SO4、15%棕刚玉和水混合介质条件下,运用腐蚀冲蚀磨损试验机测定了涂层在45°冲蚀角下的失重量变化规律,研究了喷涂粉末NiCr含量和WC颗粒尺度对所沉积金属陶瓷涂层耐腐蚀冲蚀磨损性能的影响。结果表明,HVOF喷涂Cr3C2-NiCr、WC-12%Co涂层在5%H2SO4、15%棕刚玉和水混合介质条件下的腐蚀冲蚀率均低于低碳钢,并且Cr3 C2-NiCr涂层的抗腐蚀冲蚀性能要优于WC-12%Co涂层。Cr3 C2-40%NiCr和Cr3 C2-25%NiCr涂层其腐蚀冲蚀率低于Cr3 C2-10%NiCr涂层,与纳米尺度WC颗粒相比,微米尺度WC颗粒所制备的WC-12%Co涂层的抗腐蚀冲蚀性能较好。     

CuNiCoBe合金表面等离子弧喷涂Cr3C2-NiCr涂层

利用等离子弧喷涂技术在结晶器CuNiCoBe基体上制备了Cr3C2-NiCr涂层,采用正交试验法研究了喷涂工艺参数对涂层与基体结合强度的影响,对拉伸断面的形貌和涂层的显微结构进行了观察和分析.结果表明,影响Cr3C2-NiCr涂层与CuNiCoBe基体结合强度的主次因素依次为:送粉速率＞主气流量＞喷涂距离＞喷涂功率;经正交试验优化后的喷涂工艺参数为:喷涂距离90mm,主气流量56.6L/min,送粉速率20 g/min,喷涂功率25 kW;优化后,涂层与基体的结合强度可达18.5 MPa;涂层截面的显微硬度分布符合正态分布.     

Cr23C6–NiCr涂层制备及其高温氧化行为

针对传统高温防护涂层在长期服役环境中可靠性不足等问题,设计了新型Cr23C6-NiCr金属陶瓷体系,并采用超音速火焰喷涂(High Velocity Oxy-fuel Spraying,HVOF)技术制备了相应复合结构涂层。利用XRD、SEM和高温电阻炉等设备,对比研究了其与传统Cr3C2-NiCr金属陶瓷涂层的微观组织结构特征及高温氧化行为。结果表明,复合涂层具有HVOF喷涂涂层典型的致密层状结构,喷涂过程中无明显相分解或氧化物生成。两种涂层在经过800℃循环氧化后具有相似的氧化动力学曲线,表面生成均匀致密的Cr2O3钝化膜阻止了氧原子向涂层内部的扩散,起到了较好的隔离防护作用,呈现出较为优异的抗高温氧化性能。     

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。     

粉末结构对HVOF喷涂Cr3C2-25%NiCr涂层组织及磨粒磨损性能的影响

以团聚烧结和烧结包覆两种工艺制备的Cr3C2-25%NiCr粉末为原料,运用超音速火焰喷涂(HVOF)技术制备了Cr3C2-NiCr涂层,分析比较了两种涂层的显微组织、孔隙率和硬度,运用橡胶轮磨损试验机测定了涂层在不同磨损条件下的耐磨粒磨损性能,研究了粉末制备工艺和磨损工艺条件对涂层磨损质量损失的影响。结果表明,烧结包覆粉末所沉积的涂层具有高的致密度、硬度和良好的耐磨性,而团聚烧结粉末所形成的涂层耐磨粒磨损性能较差。磨损工艺条件对涂层的磨损质量损失有很大影响,在大载荷或粗磨粒作用的工况下,涂层的磨损质量损失最大。     

燃气工艺参数对超音速火焰喷涂Cr3C2-NiCr涂层性能的影响

研究了燃气工艺参数对超音速火焰喷涂Cr3 C2-NiCr涂层性能的影响规律.在不同的燃气工艺参数下制备了超音速火焰喷涂Cr3 C2-NiCr涂层,观察了涂层的显微组织结构和X射线衍射图谱,并分析了腐蚀试验结果、冲蚀磨损试验结果、结合强度试验结果和孔隙率.根据以上试验结果研究了燃气工艺参数对涂层性能的影响规律.     

等离子喷涂与超音速火焰喷涂NiCr-Cr3C2涂层组织与摩擦磨损性能研究

目的 研究等离子喷涂与超音速火焰喷涂NiCr-Cr3C2涂层的组织、力学性能和摩擦磨损性能。方法 采用等离子喷涂与超音速火焰喷涂工艺制备NiCr-Cr3C2涂层,并采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、万能试验机、显微硬度计和高速往复摩擦磨损试验机,系统地分析了两种工艺所得涂层的物相、组织、结合强度、硬度及摩擦磨损性能。结果 两种工艺制备的NiCr-Cr3C2涂层与基体界面结合效果良好。等离子喷涂NiCr-Cr3C2涂层为层片状组织,层间可见微裂纹,孔隙率较高;超音速火焰喷涂NiCr-Cr3C2涂层组织均匀,无明显微裂纹,可见少量微小孔隙。物相分析表明,等离子喷涂涂层由NiCr、Cr3C2和Cr7C3相组成,而超音速火焰喷涂涂层由NiCr和Cr3C2相组成。超音速火焰喷涂NiCr-Cr3C2涂层的耐磨性优于等离子喷涂涂层,等离子喷涂涂层和超音速火焰喷涂涂层的稳态摩擦系数分别为0.4和0.6。随载荷升高,两种工艺制备的NiCr-Cr3C2涂层摩擦系数均显著下降。磨损后,等离子喷涂NiCr-Cr3C2涂层表面具有明显的凹痕和剥落,而超音速火焰喷涂NiCr-Cr3C2涂层磨痕表面较光滑,未见明显剥落。两种工艺制备的涂层磨损机制均为磨粒磨损和疲劳磨损。结论 超音速火焰喷涂NiCr-Cr3C2涂层较等离子喷涂涂层组织更为致密,具有更为优良的综合力学性能和耐磨性,等离子喷涂制备的NiCr-Cr3C2涂层的减摩性较好。     

Cr3C2-NiCr/TiSiN-CrAlN复合涂层制备及高温摩擦学行为研究

目的 基于表面耐高温薄膜和高承载金属陶瓷涂层性能优势协同的设计思想,制备Cr3C2-NiCr/ TiSiN-CrAlN复合涂层,提高硬质薄膜机械性能和不同温度下的摩擦学性能。方法 采用超音速火焰喷涂(HVOF)和电弧离子镀(AIP)技术制备Cr3C2-NiCr/TiSiN-CrAlN复合涂层,通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、纳米压入仪、划痕仪和高温摩擦磨损试验机等对复合涂层的微观结构、机械性能和不同温度下的摩擦磨损行为进行系统研究。结果 Cr3C2-NiCr/TiSiN-CrAlN复合涂层微观结构致密,界面结合良好,其顶层耐高温薄膜由CrAlN结合层和TiSiN-CrAlN交替多层构成,总厚度约6.7 μm,低于不锈钢表面直接沉积TiSiN-CrAlN薄膜的厚度(约9.6 μm)。Cr3C2-NiCr支撑层微观结构和形貌影响其表面沉积TiSiN-CrAlN薄膜的结晶性。Cr3C2-NiCr/TiSiN-CrAlN复合涂层具有优异的机械性能,其纳米硬度和弹性模量分别高达(37.3±2.6)GPa和(506.1±10.6)GPa,结合力相比不锈钢表面TiSiN-CrAlN多层膜显著提高。得益于Cr3C2-NiCr支撑层的引入,复合涂层在不同温度下的摩擦因数和磨损率均比单一薄膜的低,其摩擦因数在900 ℃下可稳定保持在0.44左右,磨损率约为3.13×10^?5 mm³/(N.m),表现出良好的高温摩擦学性能。此外,磨损机制分析表明,500 ℃以下主要为磨粒磨损和黏着磨损,摩擦因数较大、不稳定,但磨损率基本不变;700 ℃时由于Cr3C2-NiCr层的支撑作用而无明显的疲劳磨损,氧化磨损发生;900 ℃时氧化磨损主导,摩擦界面生成主要成分为TiO2、Cr2O3的摩擦反应膜。结论 采用HVOF和PVD相结合的方法在不锈钢表面制备的Cr3C2-NiCr/TiSiN-CrAlN复合涂层具有良好的机械性能和优异的高温摩擦学性能,可进一步改善耐高温薄膜的综合性能,具有良好的应用前景。     

燃气流量对超音速火焰喷涂Cr3C2-NiCr涂层组织与冲蚀性能的影响

在氧气流量和喷涂距离一定的条件下,揭示了燃气流量对超音速火焰喷涂Cr3C2-NiCr涂层显微结构及冲蚀性能的影响,并探讨了冲蚀角度对Cr3C2-NiCr涂层冲蚀性能的影响.结果表明: 在相同冲蚀角度下,高燃气流量制备的涂层损耗率小;随着冲蚀角度的增加,涂层的损耗率逐渐增加;在90°时,损耗率达到最大.     

超音速火焰喷涂Cr3C2-NiCr涂层在NaOH 溶液中的腐蚀及冲蚀腐蚀磨损性能

目的 分析超音速火焰喷涂制备的Cr3C2-NiCr涂层在碱性环境中的腐蚀及冲蚀腐蚀磨损性能,揭示涂层腐蚀及冲蚀腐蚀磨损失效机制。方法 利用超音速火焰喷涂技术在45#钢表面制备Cr3C2-NiCr金属陶瓷涂层,采用光学显微镜、显微硬度仪、碱性环境腐蚀性能试验台、电化学分析仪、冲蚀腐蚀磨损试验机、电子天平、扫描电子显微镜,分别对组织结构、显微硬度、碱性环境下耐蚀性能、耐冲蚀腐蚀磨损性能、冲蚀腐蚀磨损损失质量及表面形貌进行测试。结果 Cr3C2-NiCr涂层呈典型层状结构,内部随机分布着孔隙及氧化物,涂层孔隙率及显微硬度平均值分别为1.3%和817HV0.1。在pH=11的NaOH溶液中,涂层的电化学腐蚀电位为-0.38 V,腐蚀反应生成的氧化物可有效阻止腐蚀继续进行,长期浸泡过程中,腐蚀介质通过裂纹或穿透性孔隙渗入涂层内部直至基体表面,并发生腐蚀反应,形成的腐蚀产物逐渐累积并排出至涂层表面,最终形成体积较大且呈团絮状的腐蚀产物。在碱性腐蚀环境下,腐蚀介质加剧冲蚀磨损中的材料消耗。相同条件下,涂层腐蚀冲蚀磨损损失质量明显小于基体材料,涂层的冲蚀腐蚀磨损失效机制主要有腐蚀产物脱落、硬质颗粒剥落、粘结相磨耗、缺陷处因疲劳裂纹整体脱落。结论 在碱性环境中,Cr3C2-NiCr涂层具有较强的耐腐蚀性能,腐蚀介质能加快涂层冲蚀磨损进程,磨损后表面为非光滑表面,使涂层具有较优的抗冲蚀磨损性能,故Cr3C2-NiCr涂层可显著改善基体表面的综合使用性能。     

超音速火焰喷涂金属陶瓷涂层与电镀硬铬在盐雾气氛下的腐蚀-磨损机制研究

航空和海洋工程的关键部件在遭受磨损的同时受到海洋苛刻气氛的腐蚀破坏,而采用超音速火焰喷涂（HVOF）金属陶瓷涂层已成为一种新兴防护技术。为考察碳化物类金属陶瓷涂层的在海洋气氛下的抗腐蚀与抗磨损性能,采用超音速火焰喷涂技术制备了WC-10Co4Cr和Cr3C2-NiCr两种典型的金属陶瓷涂层,采用自制的盐雾喷射腐蚀-磨损装置,研究涂层的腐蚀-磨损行为,同时与传统的硬铬镀层作对比,并采用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDAX)等表征试样的腐蚀磨损形貌特征。结果显示,在干燥大气环境下铬镀层主要表现为黏着-磨损机制,Cr3C2-NiCr涂层同时表现出黏着-磨损与磨粒-磨损机制,而WC-10Co4Cr则表现为单纯的磨粒-磨损。施加盐雾气氛后,试样表面形成有液态膜,摩擦系数与磨损量均有所下降。盐雾气氛下增大摩擦副的载荷压力,Cr3C2-NiCr涂层的磨损量增加很快,而WC-10Co4Cr涂层的磨损机制发生转变,磨损量出现不增反降现象。     

CuCrZr合金表面等离子喷涂Cr3C2-NiCr及NiAl/Cr3C2-NiCr涂层的结合性能

在CuCrZr合金表面等离子喷涂Cr3C2-NiCr涂层、NiAl/Cr3C2-NiCr复合涂层.测试涂层与基体间的结合强度及涂层的热震性能,结合SEM,EDS和XRD等分析涂层物相变化,探讨涂层的结合机理.结果表明,涂层的结合强度均较高;Ni-Al发生放热反应,生成Al4Ni3,Al3Ni2,AlNi3,剩余的铝与铜反应生成Cu3Al2,CuAl2,CuAl,局部区域形成微冶金结合;二种涂层均以机械锚合为主,在参数适合且基体相同的情况下,涂层结合强度取决于涂层材料的力学性能;相同试验条件下,NiAl/Cr3C2-NiCr复合涂层的热震性能优于Cr3C2-NiCr涂层.     

不同燃料超音速火焰喷涂NiCr-Cr3C2涂层

采用超音速火焰喷涂工艺在20CrMo钢圆片上成功制备25%NiCr-Cr3C2金属陶瓷涂层,研究了不同燃料对喷涂层组织性能的影响。结果表明,以丙烷为主要燃料所得喷涂层的组织不均匀,存在典型的层状结构,孔隙率约为3.2%,显微硬度仅为836 HV,涂层断裂韧性KIC为2.08 MPa.m3/2;以煤油为主要燃料所得喷涂层的组织分布均匀,细小致密,孔隙率约为2.4%,显微硬度可达1045 HV,涂层断裂韧性KIC为2.56 MPa.m3/2。前者的组成相为Ni(Cr)固溶体、Cr3C2和微量NiCrO4;后者的组成相除Ni(Cr)固溶体和Cr3C2外,还有Cr7C3、Cr23C6和Ni(Cr)相出现。     

单枪共喷异种粒子涂层结构及结合强度分析

选用Cr3C2-NiCr粉末、Ni包MoS2粉、Ni60粉末以及3种粉末的混合粉末,采用超音速火焰喷涂技术制备涂层试样.研究了异种粒子共喷对涂层的显微组织结构特征和涂层的结合强度的影响.研究结果表明:与喷涂单一粒子相比,单枪共喷异种粒子在堆叠过程中更容易形成孔隙,造成涂层组织疏松;与单一粒子涂层相比,单枪共喷异种粒子涂层的结合强度明显下降;异种粒子共喷涂层的结合强度与异种粒子的配比相关.     

Silt Erosion Characteristics of a Cr3C2-NiCr Coating Fabricated by High Velocity Oxy-Fuel （HVOF） Thermal Spray

A Cr3C2-NiCr coating was prepared by high velocity oxy-fuel(HVOF)thermal spray on 1Cr18Ni9Ti stainless steel.Phases and microstructures of the coating were investigated by X-ray diffraction(XRD),optical microscopy(OM)and scanning election microscopy(SEM),respectively.The cavitation erosion resistance and silt erosion resistance of the coating were evaluated using a GB/T6383-2009 standard method in two experimental conditions(fresh water and water contained fine silt),compared with the coatings hydro machine material 1Cr18Ni9Ti stainless steel.The coating shows a layered structure and has a significantly higher microhardness(11.97 GPa)than that of the 1Cr18Ni9Ti stainless steel(2.1 GPa),which results in less mass losses both in cavitation erosion and silt erosion experiment.The HVOF coating has a predominant performance in the cavitation erosion and silt erosion resistance.The higher microhardness of the coating is the main cause which results in a less mass losses in the erosion experiments.And the mass loss usually happens at the edges of the pores.     

CuCo2Be表面等离子喷涂制备Cr3C2-NiCr/NiAl复合涂层成形机理及界面扩散研究

选用等离子喷涂技术在CuCo2Be合金表面制备Cr3C2-NiCr/NiAl复合涂层。选用DTA、XRD、SEM、EDS等分析手段探讨Cr3C2-NiCr/NiAl复合涂层的形成机理及其组成涂层的化合物、物相的形成特点及规律。结果表明:DTA分析发现镍铝打底层在热喷涂过程中由于系放热反应,可能生成Ni2Al3、NiAl3、NiAl等物相;SEM、EDS分析发现复合涂层组织呈现明显的层状,在镍铝打底层中镍铝化合物为角状;XRD分析发现涂层物相在成形的不同阶段和时间内其生成的化合物类型、数量都呈现不同的变化。利用XRD、EDS分析界面处各相的生成及元素的分布、扩散情况,表明在界面处存在一定的元素扩散,界面为微冶金结合。