WC晶体结构特征对HVOF喷涂纳米结构WC-CoCr涂层组织及性能的影响

为提高纳米结构WC-CoCr涂层的综合力学性能,采用超音速火焰喷涂（HVOF）工艺制备纳米结构和超细结构WC-CoCr涂层。探讨了不同晶体特征的WC粉末对颗粒飞行和沉积变形过程的脱碳行为、涂层微观组织及力学性能的影响。结果表明：含有高密度位错的超细WC粉末在喷涂过程中发生了严重的氧化脱碳,形成了大量的W₂C相,涂层孔隙率较大,断裂韧性显著降低。而含有显著孪晶的纳米WC颗粒具有抑制WC脱碳和增强涂层断裂韧性的作用,纳米结构涂层呈现低脱碳率、高致密性、高硬度和高断裂韧性的优良综合性能。     

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.     

粉末结构对HVOF喷涂WC-Co涂层组织性能的影响

选用4种不同WC尺度的WC-12Co粉末作为初始喂料,通过超音速火焰喷涂系统(HVOF)制备了涂层。考察了不同粉末结构对涂层沉积过程的脱碳行为和涂层组织性能的影响。结果表明:WC颗粒尺寸减小加剧了涂层脱碳行为,涂层中W2C含量增加,粘结相非晶化现象明显,涂层硬度增加,但是当WC颗粒尺寸减小到纳米尺度时,韧性下降。双峰结构涂层表现出最好的韧性同时兼备较高的硬度。     

电热爆炸喷涂WC-Co合金的电学特性研究

利用自行研制的电热爆炸超高速定向喷涂装置，在大气环境下进行了喷涂WC—Co陶瓷涂层的试验研究。描述了电热爆炸喷涂的基本原理，分析了爆炸箔材的能量利用率以及电流、电压等电学参数的变化特性。结果表明：WC—Co陶瓷箔的能量利用率为33.4％。     

不同喷涂距离WC10Co4Cr涂层抗磨损性能研究

采用超音速火焰喷涂技术制备出WC10Co4Cr涂层。利用显微硬度试验机测试了涂层的硬度,通过橡胶轮磨粒磨损试验和扫描电镜(SEM)对涂层磨粒磨损性能和磨损形貌进行分析,利用静态液压万能试验机进行涂层剥离测试分析。结果表明:涂层的硬度随着喷涂距离的增大而增加。WC10Co4Cr涂层,其磨损失效形式主要以小颗粒脱落为主。     

WC颗粒尺寸对WC-CoCr涂层组织与性能的影响

喷涂粉末颗粒尺寸是影响碳化钨涂层性能的关键因素。采用HVOF工艺制备3种不同WC颗粒尺寸的WC-CoCr涂层,利用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计和颗粒冲蚀磨损试验机等对涂层的组织结构及性能进行分析,系统研究了WC颗粒尺寸对涂层组织及性能的影响。结果表明:FN-WC涂层中碳化钨分解严重,PN-WC及M-WC涂层中碳化钨颗粒少量分解。FN-WC、PN-WC及M-WC涂层孔隙率分别为2.1%、2.0%和2.3%,硬度分别为1 254、1 241和1 229HV0.3,结合强度分别为68.7、73.5和72.9 MPa。15°攻角下FN-WC、PN-WC及M-WC涂层的抗冲蚀磨损阻力Re分别为9.3×104、15.5×104和10.74×104 g/cm3,90°攻角下的抗冲蚀磨损阻力Re分别为4.68×104、4.70×104和4.26×104 g/cm3。PN-WC涂层组织更均匀,WC相分解轻微,涂层硬度分布更集中,结合强度最高,在15°攻角下表现出最好的耐冲蚀性,综合性能优异。     

碳化钨颗粒尺寸对超音速火焰喷涂WC-Co涂层形成的影响

通过探讨WC颗粒对扁平粒子厚度及喷涂后WC颗粒尺寸变化的影响，研究了超音速火焰喷涂过程中WC－Co深层的沉积过程。使用具有不同WC尺寸的四种WC-Co粉末，采用JET－KOTE喷枪系统喷制了WC－Co涂层。结果发现涂层中WC颗粒的大小主要取决于原始粉末中WC的尺寸．在粉末穿越火焰的过程中，大多数WC处于固态；WC-Co涂层的沉积涉及固液两相离子的扁平化，而不是象在优化条件下金属或陶瓷材料喷涂过程中仅存在单一液相的情况。很明显WC-Co粉末中的WC的大小对涂层的形成影响很大、在超音速火焰喷涂条件下当液固粒子碰撞到已形成的涂层表面上时，其中的大颗粒WC粒子容易被反弹脱落。基于实验结果，提出了计算由液相聚积固相形成的波固两相颗粒碰撞到表面时形成扁平粒子的厚度的模型。     

WC-12Ni/NiCrBSi爆炸喷涂涂层制备及其滑动磨损特性

利用爆炸喷涂方法制备了不同比例的WC-12Ni/NiCrBSi涂层,研究了NiCrBSi含量对涂层的组织形貌、硬度与结合强度的影响,用扫描电镜和能谱仪分析了涂层的滑动磨损行为.结果表明:由于NiCrBSi的加入,改善了WC颗粒的熔融状态,提高了涂层的结合力,涂层中含15%的NiCrBSi时,可以明显的提高涂层的磨损抗力.     

爆炸喷涂Ni-Co/WC涂层的微观组织与性能

介绍了Ni-Co/WC涂层爆炸喷涂工艺,并研究了爆炸喷涂Ni-Co/WC涂层性能.研究表明,该涂层除了有良好的力学性能, 还具有很好的耐磨性和耐腐蚀性.涂层微观组织分析表明,涂层组织中的微晶和非晶相对涂层的耐磨性和耐腐蚀性都有重要的意义.     

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。     

喷嘴形状对Al2O3-3TiO2粒子扁平化及其涂层性能的影响*

采用SprayWatch在线监测系统测量了F6大气等离子喷枪在不同喷嘴条件下产生的等离子射流中Al2O3-3TiO2粒子的温度和速度。利用201不锈钢和Q235钢作为基体,分别用来收集粒子和制备涂层。分析了不同喷嘴对飞行粒子温度和速度的影响,并通过扫描电镜(SEM)对扁平粒子的铺展程度和涂层显微组织进行了分析,并对比了涂层的结合强度、显微硬度和磨损失重量的差异。结果表明:在相同的测量位置,圆柱形喷嘴喷出粒子的速度比Laval喷嘴条件下的高出一倍,但是温度比Laval喷嘴条件下略低。圆柱形喷嘴获得的扁平粒子比Laval喷嘴获得的扁平粒子铺展程度要大;圆柱形喷嘴获得的涂层的孔隙率及磨损失重量比Laval喷嘴制备的小,其涂层的结合强度、显微硬度均高于Laval喷嘴制备的涂层。     

Effect of flame conditions on abrasive wear performance of HVOF sprayed nanostructured WC-12Co coatings

Nanostructured WC-12Co coatings were deposited by high velocity oxy-fuel (HVOF) spraying with an agglomerated powder. The effect of flame conditions on the microstructure of the nanostructured coatings was investigated. The wear properties of the coatings were characterized using a dry rubber-wheel wear test. The results show that the nanostructured WC-Co coatings consist of WC, W2C, W and an amorphous binder phase. The microstructure of the coating is significantly influenced by the ratio of oxygen flow to fuel flow. Under the lower ratio of oxygen/fuel flow, the nanostructured coating presents a relative dense microstructure and severe decarburization of WC phase occurs during spraying. With increasing ratio of oxygen/fuel flow, the bonding of WC particles in the coating becomes loose resulting from the original structure of feedstock and the decarburization of WC becomes less owing to limited heating to the powder. Both the decarburization of WC particles in spraying and the bonding among WC particles in the coatings affect the wear performance. The examination of the worn surfaces of the nanostructured coatings reveals that the dominant wear mechanisms would be spalling from the interface of WCCo splats when spray particles undergo a limited melting. While the melting state of the spray particles is improved,the dominant wear mechanisms become the plastic deformation and plowing of the matrix and spalling of WC particles from the matrix.     

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.     

Optical Diagnostics Study of Gas Particle Transport Phenomena in Cold Gas Dynamic Spraying and Comparison with Model Predictions

Cold gas dynamic spraying (CGDS), a relatively new thermal spraying technique has drawn a lot of attention due to its inherent capability to deposit a wide range of materials at relatively low-operating temperatures. A De Laval nozzle, used to accelerate the powder particles, is the key component of the coating equipment. Knowledge concerning the nozzle design and effect of process parameters is essential to understand the coating process and to enable selection of appropriate parameters for enhanced coating properties. The present work employs a one-dimensional isentropic gas flow model in conjunction with a particle acceleration model to calculate particle velocities. A laser illumination-based optical diagnostic system is used for validation studies to determine the particle velocity at the nozzle exit for a wide range of process and feedstock parameters such as stagnation temperature, stagnation pressure, powder feed rate, particle size and density. The relative influence of process and feedstock parameters on particle velocity is presented in this work.     

多功能微弧等离子喷涂技术

根据空气动力学和等离子喷涂理论,按照"一专多能"的设计指导思想,采用IGBT逆变技术、微电脑控制技术、软开关变换技术、拉瓦尔喷嘴和中心轴向送粉等,设计了多功能微弧等离子喷涂系统,且具有体积小、重量轻、抗干扰强、控制精确、喷涂粒子速度高、粉末沉积效率高等特点,可制备各种金属合金、金属陶瓷以及氧化物涂层.通过试验测定,多功能微弧等离子喷涂制备的纳米结构Al2O3 13%TiO2涂层的结合强度、显微硬度等性能优于9M等离子喷涂制备的纳米结构的Al2O3 13%TiO2涂层,这表明通过改进电源设计、喷枪结构设计、送粉方式等,低功率多功能微弧等离子喷涂能够与大功率等离子叶涂性能相当甚至更优异性能的涂层.     

The influence of nozzle design on HVOF exit gas velocity and coating microstructure

A simple device was constructed for determining a value for the average combustion gas velocity at the exit plane of a high-velocity oxyfuel gun. This device was used to measure the velocities of a standard factory-made barrel nozzle and a specially designed de Laval nozzle as a function of the fuel/oxygen ratio and the total mass flow rate. The Mach number of the de Laval nozzle was 1.42. The maximum combustion gas exit velocities determined for the standard and the de Laval nozzles were 1100 and 1550 m/s, respectively. The maximum velocity depends on the fuel/oxygen ratio but is independent of the total flow rate. The effect of increased combustion gas velocity on coating quality is demonstrated.     

Characteristics of a Plasma Torch Designed for Very Low Pressure Plasma Spraying

Unlike atmosphere plasma spraying (APS), very low pressure plasma spraying (VLPPS) can only weakly heat the feed materials at the plasma-free region exit of the nozzle. Most current VLPPS methods have adopted a high power plasma gun, which operates at high arc currents up to 2500?A to remedy the lower heating ability, causing a series of problems for both the plasma torch and the associated facility. According to the Kundsen number and pressures distribution inside of the nozzle in a low-pressure environment, a plasma torch was designed with a separated anode and nozzle, and with the powder feed to the plasma jets inside the nozzle intake. In this study, the pressures in the plasma gas intake, in the nozzle intake and outside the plasma torch were measured using an enthalpy probe. For practice, SUS 316 stainless steel coatings were prepared at the plasma currents of 500-600?A, an arc voltage of 50?V and a chamber pressure of 1000?Pa; the results indicated that coatings with an equiaxed microstructure could be deposited?in proper conditions.     

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。     

冷喷涂TC4涂层临界沉积速度计算及制备涂层性能研究

目的研究冷喷涂TC4涂层的临界沉积速度及粒子温度对临界沉积速度的影响规律,并研究气体压强对沉积涂层性能的影响规律。方法理论研究上,采用有限元LS-DYNA软件中的Johnson-Cook塑性模型,选取3D164计算单元建立模型,研究粒子在不同温度和不同速度下碰撞基体后的形貌特征,确定粒子沉积临界速度。试验研究上,采用N_2作为冷喷涂驱动气体,在TC4合金上制备TC4涂层,然后采用SEM、Image J图像分析软件、硬度计等分析已沉积涂层的孔隙率和硬度等性能。结果 25、400、500、600℃温度下,计算表明10μm的TC4合金粒子在TC4基板上的临界沉积速度分别为730、465、392、361 m/s,即随粒子温度升高,粒子临界沉积速度降低,粒子沉积成涂层更容易。采用冷喷涂工艺在TC4基板上沉积TC4涂层,在N_2温度600℃、气体压力3 MPa的条件下,制备的TC4涂层厚度约1000μm,与TC4钛合金基体结合紧密,涂层孔隙率约为6.46%。结论气体温度升高,粒子临界沉积速度降低;气体压强变大,制备的涂层厚度就大且更加致密。