HVAP 及 HVOF 工艺制备 WC10Co4Cr 复合涂层及其性能研究

目的对比研究超音速等离子喷涂(HVAP)技术与超音速火焰喷涂(HVOF)技术制备WC10Co4Cr涂层,并根据涂层组织形貌与电化学特性判断两种工艺的优劣。方法采用SEM及XRD分析WC10Co4Cr复合涂层的微观形貌和物相,在3.5%(质量分数)Na Cl溶液中对涂层进行电化学分析。结果 WC10Co4Cr涂层由较大的WC颗粒及粘结相组成,在喷涂过程中WC颗粒不断累积形成层片状结构,涂层有较小程度的失碳,形成了具有脆性的W2C。电化学极化测试表明,超音速等离子喷涂技术制备的涂层表现出优异的抗电化学腐蚀性能。结论超音速等离子喷涂技术制备的WC10Co4Cr涂层显微硬度为1197HV,孔隙率为0.50%,腐蚀电位为-0.3947 V,腐蚀电流密度为9.19×10-7A/cm2,腐蚀速率为1.01×10-2g/(m2·h),腐蚀深度为1.09×10-2mm/a,具有与超音速火焰喷涂涂层相似的耐腐蚀性能。     

燃料类型及喷涂参数对HVOF喷涂WC10Co4Cr涂层的组织及力学性能的影响

超音速火焰喷涂（HVOF）制备的WC基金属陶瓷涂层广泛应用于金属构件的磨损、腐蚀及空蚀防护。分别采用氢气燃料及煤油液体燃料HVOF喷涂设备分别在9种不同的工艺条件下制备了WC10Co4Cr涂层,研究了燃料类型对涂层的组织、残余应力及力学性能的影响规律。在两种燃料HVOF工艺各自优化的喷涂参数条件下,通过对基体曲率的原位监测对比测试了涂层中的平均残余应力;利用显微维氏硬度、压痕法（断裂韧性）和球盘摩擦磨损对比研究了涂层的力学性能。结果表明：液体燃料（LF）HVOF焰流中粒子的温度更低,速度更高。LF-HVOF喷涂的WC10Co4Cr涂层内的残余压应力更高且涂层致密度更高,而气体燃料（GF）HVOF喷涂的WC10Co4Cr涂层内为残余拉应力。LF-HVOF涂层（1280 HV_0.3, 7.3 MPa·m^0.5）比GF-HVOF涂层（1032 HV_0.3, 4.5 MPa·m^0.5）具有更高的硬度和断裂韧性,LF-HVOF涂层的耐磨性约为GF-HVOF涂层的1.7倍。     

Cr含量对超音速火焰喷涂WC/Co复合涂层组织及电化学特性影响研究

研究了超音速火焰喷涂(HVOF)技术制备WC/12Co和WC/10Co4Cr涂层的组织形貌与电化学特性。采用SEM及XRD对WC-Co复合涂层进行了微观形貌分析及物相分析,在3.5%Na Cl溶液中对涂层进行了电化学分析。结果表明,涂层由较大的WC颗粒及粘结相组成,在喷涂过程中WC颗粒不断累积形成层片状结构,在喷涂过程中涂层有不同程度的失碳,形成了具有脆性的W2C。电化学极化测试表明,由于Cr元素的加入,WC/10Co4Cr涂层的腐蚀电位、腐蚀电流密度、腐蚀速率及腐蚀深度均优于WC/12Co涂层,表现出更为优异的抗电化学腐蚀性能。     

HVOF喷涂WC-10Co4Cr涂层的性能及滑动磨损机理

目的研究WC-10Co4Cr涂层的耐滑动磨损性能及机理。方法在0Cr13Ni5Mo不锈钢基体上,采用超音速火焰喷涂(HVOF)制备了WC-10Co4Cr金属陶瓷涂层。分析了WC-10Co4Cr涂层的物相组成、显微组织,并测试了其硬度、结合强度、孔隙率及在560 r/min和1120 r/min转速下的滑动磨损性能。结果涂层的显微硬度为1325HV0.2,结合强度为72 MPa。涂层组织致密,孔隙率为0.76%。在560 r/min下磨损10h,涂层与基体的磨损失重比为1:138.36;在1120 r/min下磨损10 h,涂层与基体的磨损失重比为1:127.44。结论在滑动摩擦磨损的初期,涂层的磨损失效机制主要表现为磨粒磨损。随着滑动速度的增大,涂层的磨损失效机制主要表现为疲劳磨损。     

超音速火焰喷涂WC-10Co4Cr涂层的耐滑动磨损行为

采用超音速火焰喷涂(HVOF)工艺制备微米结构WC-10Co4Cr涂层,分别采用金相显微镜、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和滑动磨损设备分析涂层的微观结构和滑动磨损行为。结果表明:采用液体煤油燃料HVOF喷涂的微米结构WC-10Co4Cr涂层的脱碳程度较低,涂层中仅出现WC和W2C相,而无η相(Co3W3C、Co6W6C)以及软相W。涂层微观结构致密,孔隙率约为1%,平均显微硬度为1 322HV0.3;在相同试验条件下,WC-10Co4Cr涂层的摩擦因数(约0.8)高于不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的摩擦因数(约0.5),其滑动体积损失量仅为不锈钢涂层的1/146,具有优异的抗滑动磨损性能。涂层在滑动磨损过程中首先是粘结相的脱落,然后是WC颗粒的磨损。     

一种电化学法去除超音速火焰喷涂WC涂层工艺研究

设计正交试验研究“酒石酸钾钠+无水碳酸钠”配方的电化学法对A-100钢上超音速火焰喷涂WC-10Co4Cr涂层(简称WC涂层)的退除能力,并通过氢脆试验及涂层退除前后的表面微观形貌对比分析,研究电化学法对基体的影响。结果表明：当酒石酸钾钠和无水碳酸钠浓度分别为50 g/L和200 g/L,温度为60℃时,WC涂层的退除率为1.29～2.44μm/min,并进行了持久拉伸氢脆试验及腐蚀试验,表明该电化学法可用于起落架超高强度钢零件的WC涂层退除。     

高焓等离子喷涂WC-10Co4Cr涂层的耐磨性

为提高马氏体不锈钢（0Cr13Ni4Mo）的表面硬度及耐磨性能,对不锈钢表面进行高焓等离子喷涂WC10Co4Cr强化,对涂层进行组织观察和物相组成分析,并在不同温度下进行了摩擦磨损试验。研究表明：WC10Co4Cr涂层组织致密,主要由WC物相构成,另外还有少量的W2C和Co25Cr25W8C2。在室温和高温（400 ℃）时,WC10Co4Cr涂层均具有较低的摩擦因数。室温时,基体的磨损机制主要以粘着磨损和磨粒磨损为主。WC10Co4Cr涂层其磨损机制主要以微切削为主。400 ℃条件下,不锈钢基体的磨损机理主要以粘着磨损和剥层为主,磨痕边缘部位主要以磨粒磨损为主。WC10Co4Cr涂层试样的磨损机制主要以磨粒磨损为主,伴随有剥层现象出现。     

超音速火焰喷涂微、纳米结构WC-10Co4Cr涂层及其性能

采用超音速火焰喷涂技术（HVOF）在06Cr13Ni4Mo不锈钢基体上分别制备了微米结构、纳米结构WC-10Co4Cr涂层。通过X射线衍射仪（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）表征和分析了不同结构WC-10Co4Cr涂层的物相组成、微观组织结构,并对涂层的显微硬度、孔隙率、结合强度、抗冲蚀性能进行了对比,探讨了涂层泥沙冲蚀机理。结果表明：HVOF制备的纳米结构 WC-10Co4Cr涂层组织致密,孔隙率更低,涂层的显微硬度、结合强度高于微米涂层,冲蚀质量损失量也小于微米涂层;纳米结构细化了涂层晶粒,增强了涂层的显微硬度和韧性,提高了涂层的抗微切削和抗疲劳剥落性能,有利于涂层的抗泥沙冲蚀性能。     

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WC-10Co4Cr粒子行为试验研究

采用DPV-eVOLUTION型热喷涂监控装置对超音速火焰喷涂WC-10Co4Cr过程中的粉末粒子特性进行研究,重点分析喷涂工艺参数对火焰中粒子的温度、速率的影响规律。结果表明:粒子速率、粒子温度和粒子直径并不沿火焰中心线对称分布;在喷涂过程中,直径较小的颗粒可以获得更高的速率;当喷涂距离增加时,粒子的速率和温度均存在极大值;气体流量的增加导致粒子温度和速率同时提高。     

粉末致密度对碳化钨涂层结构特征的影响

利用超音速火焰喷涂技术将4种不同致密度WC10Co4Cr粉末制备成涂层。采用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、表面粗糙度仪等设备对涂层的微观组织、结构特征进行分析。结果表明,随着致密度的降低,团聚烧结型粉末与基体撞击后更容易铺展,碳化钨微粒分布变得更均匀,形成的涂层具有更低的孔隙率和表面粗糙度;但是随着致密度的降低,碳化钨分解率升高,形成更多的脆硬相,最终使得涂层断裂韧性下降。由此可知,致密程度影响粉末颗粒在热喷涂过程中加热、加速和铺展状态,从而影响涂层的结构特征。     

等离子喷涂WC—Co涂层的磨料磨损

采用等离子喷涂方法在真空和大气环境下喷涂制备了不同Ｃｏ基含量的ＷＣ－Ｃｏ涂层，用橡胶轮磨损试验机进行高应力和低应力磨料磨损试验，并对涂层的相结构及磨损机理进行了研究，结果表明：真空喷涂涂层的耐磨性明显优于大气中喷涂涂层的耐磨性，涂层的耐磨性主要取决于涂层的致密程度和涂层中的相，而与涂层硬度的关系不是太大，等离子喷涂ＷＣ－Ｃｏ涂层的磨损机理是在低应力磨料磨损情况下硬度低的富Ｃｏ区先磨损，硬度高的ＷＣ     

20Cr2Ni4A钢表面WC增强铁基涂层耐磨性能的研究

目的 制备优异的耐磨性涂层用于机械零部件表面,可有效地提高其使用寿命,减少机械设备因磨损失效而带来的各类故障.方法 以20Cr2Ni4A合金钢为基体材料,利用激光熔覆技术,制备了铁基涂层和铁基/WC复合涂层.采用X射线衍射仪(XRD)、金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、HV-1000显微维氏硬度计,分别对铁基涂层和...     

碳化钨含量对钴基碳化钨复合喷熔层耐磨性的影响

为提高20钢的耐磨料磨损性能,利用氧一乙炔火焰喷涂的方法制备了不同WC含量的钴基WC复合喷熔层。显微组织分析表明,复合喷熔层与基体结合良好,喷熔层内WC颗粒分布均匀。磨损试验结果表明,钴基WC复合喷熔层具有优异的耐磨性能,随WC含量的增加,喷熔层耐磨性能增强。     

等离子弧堆焊镍基球形碳化钨涂层摩擦磨损研究

目的采用等离子转移弧堆焊技术制成镍基球形碳化钨复合涂层,研究碳化钨含量对复合涂层摩擦磨损性能的影响,以用于实际生产开发。方法碳化钨质量分数分别为20%、30%、50%、60%的镍基混合粉末通过等离子堆焊方法制备成复合涂层,并采用Bruker公司生产的万能摩擦磨损试验机对镍基碳化钨复合涂层的侧面进行摩擦磨损性能测试。对各组涂层的表面形貌、摩擦系数、划痕横截面积及磨损面的微观形貌进行对比分析,探究碳化钨的含量对复合涂层摩擦磨损性能的影响。结果等离子转移弧堆焊镍基球形碳化钨复合涂层的耐磨性能随着碳化钨含量的增大而增大,同时近熔合区基体的耐磨性能也不断提高。当碳化钨质量分数小于50%时,主要发生的是粘着磨损和氧化磨损;当碳化钨质量分数大于50%时,主要发生的是粘着磨损和磨料磨损。结论由于碳化钨的存在以及增强相的不断生成,随着碳化钨含量的增大,复合涂层的磨损性能不断提高。出于性能和成本考虑,当碳化钨质量分数为50%时更适合实际应用。     

WC颗粒对WC-10Co-4Cr涂层结构演变与性能的影响

为提高不锈钢表面的抗腐蚀耐磨损性能,利用等离子喷涂的方法制备了两种晶粒尺寸的WC-10Co-4Cr涂层,采用SEM、XRD表征了涂层的物相结构,在不同温度下进行了摩擦磨损试验,研究分析了晶粒对涂层微观结构与摩擦性能的影响。研究表明：相比较,纳米WC-10Co-4Cr涂层微观结构中包含WC、W₂C,还存在Co/Cr(W, C)的γ相,未发现微米涂层中析出的W2C将沿WC颗粒表面外延生长的包覆结构,而且纳米团聚粒子更容易沿扁平粒子边界收缩,明显减少了粒子内部的垂直贯穿裂纹。在室温和200℃时,纳米WC-10Co-4Cr涂层摩擦系数与平均磨损率均优于微米涂层。与微米涂层相比较,纳米WC-10Co-4Cr涂层在室温磨损的根源在于硬质颗粒诱发的犁削磨损,在200℃时为以粘着磨损为主的微域犁削相结合的磨损模式。并在3.5%NaCl溶液中将1Cr18Ni9Ti基体的腐蚀电位由-617mV提高到-335~-290mV,降低了腐蚀倾向。     

亚音速火焰喷涂层与等离子喷涂层耐磨性的对比

利用亚音速火焰喷涂和等离子喷涂分别制备Fe-WC金属陶瓷涂层,对两种喷涂层的耐磨性进行了研究.结果表明,在耐磨性试验过程中等离子喷涂层的磨损失重变化比亚音速火焰喷涂层磨损失重变化稳定,等离子喷涂层的耐磨性明显高于火焰喷涂层的耐磨性.     

粉末复合电弧喷涂层耐磨性能研究

为了提高材料的耐磨、耐蚀性能,并降低生产成本,开发了粉末复合电弧喷涂技术.在45钢基体上分别用普通电弧喷涂和粉末复合电弧喷涂制备涂层,通过使用金相显微镜、摩擦磨损试验机、表面形貌仪、扫描电子显微镜对涂层显微组织及摩擦学性能进行了分析.试验结果表明,在与钢件对磨(干摩擦)时,粉末复合电弧喷涂层与普通电孤喷涂层相比,摩擦系数稍低,粉末复合电弧喷涂层具有较高的硬度和更好的耐磨性.