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。     

润滑条件下WC-CoCr涂层的磨损行为

研究了在润滑条件下,WC-CoCr涂层与SiC摩擦副对磨时的摩擦和磨损性能,分析了加载载荷和润滑条件(干摩擦、润滑脂、金刚石研磨膏)对WC-CoCr涂层摩擦系数和磨损量的影响规律,对涂层的磨损机理进行了探讨。实验结果表明:脂润滑时,WC-CoCr涂层与SiC摩擦副对磨时的摩擦系数和磨损率降为最小,其中摩擦系数基本在0.1左右波动;金刚石研磨膏润滑时,磨损率高达1.521 24×10-6 g/m,为干摩擦条件下的2.68倍,抗磨减摩效果不理想;干摩擦时,涂层表面存在硬挤压痕,主要磨损机制为微切削并伴随着塑性变形,而在金刚石研磨膏润滑条件下,三体磨粒磨损起主导作用。     

采用Cr3C2-NiCr和WC-CoCr粉末的HVOF处理

磨损是工业上导致零件和装备失效的三个主要问题中的一个。人们在不断探索改善零件性能的潜力,提出新的技术,力图提高零件的使用寿命,降低运作成本。由此看来,电镀及涂覆技术是很重要的。人们已经采用传统的镀硬铬来改善耐磨性（或）耐蚀性,然而电镀过程中会产生有害的致癌物质六价铬,致使其应用受到了越来越大的限制。因此,必须鉴别和研发无毒的、非致癌的和对环境友好的涂覆材料和工艺。其中用本文所述的HVOF工艺涂覆的“陶瓷合金”（Cr3C2NiCr-WC-CoCr）前景最被看好。用光学和电子显微分析法、X射线衍射法、密度和显微磨料磨损试验标征了用这种工艺获得的涂层的特性。从总体上看,WC-CoCr涂层的性能最好,由此可以认为,它是一种前景广阔、可以替代电镀硬铬的涂覆技术。     

超音速火焰喷涂工艺对WC-CoCr涂层的力学性能影响研究

采用超音速火焰喷涂（HVOF）在调质45钢表面制备WC-CoCr涂层,调节不同喷涂工艺制备3种涂层.运用扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）手段及LeiCa DMIMR图像分析系统对所制备涂层的组织形貌和成份进行表征与分析;并利用显微硬度仪对涂层的力学性能进行表征.结果表明：WC-CoCr涂层的孔隙率随着喷涂距离的增加而减小,进一步增加时涂层的孔隙率反而增大,涂层的显微硬度也随着喷涂距离的增加而减小,喷涂距离为370时其显微硬度达到最优,显微硬度值为1477.61HV0.3.通过以上工艺对比分析可知喷涂距离对涂层的性能影响较大.     

WC粉末粒度对超音速火焰喷涂WC-CoCr涂层组织性能的影响

采用超音速火焰喷涂(HVOF)工艺制备了纳米结构、双峰结构和常规结构3种WC-CoCr复合涂层。探讨了不同WC粉末粒度对涂层沉积过程的脱碳行为、涂层微观组织及力学性能的影响。结果表明:随WC颗粒尺寸减小,涂层脱碳率增大,W_2C含量增加,孔隙率降低,涂层的显微硬度和界面结合强度增大;但是纳米结构涂层中粘结相的非晶化现象严重,断裂韧度显著下降;双峰结构涂层因纳米、亚微米WC颗粒的合理搭配和协同效应表现出最好的断裂韧性,同时兼具较高的显微硬度和界面结合强度。     

碳化钨喷涂粉末在超音速火焰喷涂过程中的失碳研究

失碳是影响碳化钨涂层性能的关键因素之一。本文分别以纳米碳化钨和微米碳化钨为原料制备了两种喷涂粉末,采用水冷法收集了超音速火焰喷涂过程中的粉末,并制备了对应的涂层。利用X射线衍射仪和X射线光电子能谱仪测量了水冷收集粉末和涂层的物相组成和表层的物相,采用高频燃烧红外吸收法测定了粉末和涂层中的碳含量。结果表明,喷涂过程中在粒子飞行过程中出现了W_2C,在颗粒撞击后凝固阶段出现了Co_3W_3C。纳米碳化钨粉末的含碳量由5.13%降至喷涂过程中的4.93%,在涂层中的含碳量为4.67%,微米碳化钨含碳量由5.25%降至喷涂过程中的5.09%,在涂层中的含碳量为4.97%。     

Cr对超音速火焰喷涂WC-Co涂层抗中性盐雾腐蚀性能的影响

研究了超音速火焰喷涂(HVAF)WC-Co和WC-CoCr涂层的抗化学腐蚀性能。采用XPS对超音速火焰喷涂涂层的表面和内部进行了分析,在中性NaCl溶液中对涂层进行了电化学分析。结果表明,WC-Co中的粘结相Co主要呈金属单质,而WC-CoCr涂层中粘结相分别呈单质Co和Cr2O3。电化学极化测试表明,WC-Co涂层处理明显提高了基体的腐蚀电位,而添加Cr后则进一步提高了腐蚀电位。400 h中性盐雾腐蚀结果表明,WC-CoCr涂层的抗化学腐蚀性能优于WC-Co涂层的。腐蚀后的SEM表明,腐蚀介质先腐蚀涂层中的粘结相,当腐蚀介质扩散到基体中则优先腐蚀基体。添加少量的Cr在粘结相中形成了Cr2O3陶瓷钝化相,有利提高HVAF WC-Co涂层的抗腐蚀性能。     

电子束熔覆WC-CoCr涂层的表面结构以及耐磨性

镍基合金在含氯介质中有着优异的耐蚀性能,但其耐磨性不足。本文首先利用HVOF在Inconel617基体上沉积WC--CoCr涂层,研究了经过电子束重熔获得新的改性层表面形貌以及相成分。电子束处理后,一些喷涂层的结构缺陷得到了改善,涂层空隙减少,晶粒得到了细化,由于生成了高硬度的新相（尤其是Co6W6C相）,熔覆层的显微硬度为1100HV0.3,为基体显微硬度（550HV0.3）的两倍。通过摩擦磨损实验分析,试样相比于基体的滑动磨损行为,其磨损率有着显著的降低,而EDS分析表明,熔覆层内出现了新的元素,基体与涂层达到了良好的冶金结合。此外,熔覆层在盐水中的抗腐蚀能力有所提高。     

Microstructure and Properties of HVOF-Sprayed WC-(W,Cr)<Subscript>2</Subscript>C-Ni Coatings

The composition WC-(W,Cr)₂C-Ni is one of the standard compositions used for the preparation of thermally sprayed coatings by high velocity oxy-fuel (HVOF) spraying. Surprisingly, this composition has been poorly investigated in the past. Frequent use of commercial designations WC-‘CrC’-Ni, WC-Cr₃C₂-Ni, and WC-NiCr indicates the insufficient knowledge about the phase compositions of these powders and coatings. The properties of these coatings differ significantly from those of WC-Co and WC-CoCr coatings. In this paper, the results of different series of experiments conducted on HVOF-sprayed WC-(W,Cr)₂C-Ni coatings are compiled and their specific benefits pointed out. The focus of this study is on the analysis of the microstructures and phase compositions of the feedstock powders and coatings. Unlike WC-Co and Cr₃C₂-NiCr, WC-(W,Cr)₂C-Ni is not a simple binary hard phase—binder metal composite. The phase (W,Cr)₂C with unknown physical and mechanical properties appears as a second hard phase, which is inhomogeneously distributed in the feedstock powders and coatings. As examples of coating properties, the oxidation resistance and dry sliding wear properties are compared with those of WC-10%Co-4%Cr coatings.     

汽车刹车片用复合型金属陶瓷涂层制备及性能研究

本文进行了将复合型金属陶瓷涂层用于汽车刹车片的制备工艺与应用性能的初步研究。选用与国内某研究机构联合研制的新型WC—CoCr10／4金属陶瓷粉体作为刹车片材料并采用优化后的HVOF超音速火焰喷涂工艺直接在制动盘上制备,经研究发现,采用该复合涂层作为刹车片可以使其与制动盘之间的拉伸结合强度达到75Mpa以上,显微硬度可达HV0．31300,同时该涂层具有组织致密、孔隙率低等特点,在提高刹车片耐磨性、显著延长使用寿命的同时也降低了生产成本,完全满足实际使用需求,具有广阔的应用前景。