原位Al_3Ti/Al复合材料的冷喷涂制备及组织性能

以Al80/Ti20(mass%)混合粉末为原料,采用冷喷涂法在低碳钢上沉积致密的Al/Ti基复合材料,对其在不同温度下(400、450、500、550和600℃)进行热处理,获得原位Al_3Ti金属间化合物颗粒增强Al基复合材料。采用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度仪及磨损试验机研究了冷喷涂Al/Ti复合材料热处理前后的微观组织形貌、相结构、硬度及磨粒磨损性能的变化规律。结果表明:冷喷涂Al/Ti复合材料的相结构与喷涂粉末相同,涂层组织致密、颗粒间为机械结合;Al/Ti复合材料在450℃热处理后其局部区域开始通过扩散反应原位形成Al_3Ti金属间化合物,而在600℃热处理后初始Ti颗粒已全部转变为Al_3Ti金属间化合物颗粒,同时,涂层内部颗粒界面间结合显著改善,从而获得原位Al_3Ti/Al复合材料。随着热处理温度升高,原位Al_3Ti/Al复合材料硬度先下降后升高,而其磨粒磨损性能则在550℃热处理后显著增加。

超音速火焰喷涂微纳WC-Cr_(3)C_(2)-CoNi涂层的结构与性能

为了研究双相碳化物金属陶瓷沉积行为对涂层结构性能的影响,分析了原始粉末、低碳钢基体上扁平粒子的表面形貌与截面结构,研究了超音速火焰喷涂微纳WC-Cr_(3)C_(2)-CoNi粒子的沉积涂层的组织结构、相结构和力学性能。研究结果表明:基体上沉积粒子呈现表面光滑浮凸的饼状,且粒子周边出现了径向溅射条纹,扁平粒子厚度远小于其径向尺寸。涂层截面显微组织结构呈现一定的层状特征,硬质相与粘结相、扁平粒子与扁平粒子、扁平粒子与基体及不同硬质相之间的界面结合良好。涂层相结构主要为WC、少量脱碳相、非晶相。Cr_(2)O_(5)涂层的显微硬度、弹性模量、断裂韧性、结合强度和磨损失重量分别为(13.19±0.52)GPa,(145.17±3.89)GPa,(2.59±0.64)MPa・m^(1/2),(38.41±0.51)MPa和(6.08±0.68)mg。相比WC-Co12涂层,超音速火焰喷涂WC-Cr_(3)C_(2)-CoNi涂层WC分解及其失碳相显著降低,力学性能明显提高。

超音速火焰喷涂WC-Cr_(3)C_(2)-CoNiLa粒子沉积行为

通过分析原始粉末、水中沉积粒子及低碳钢基体上沉积粒子的表面形态及截面组织结构,结合沉积涂层组织结构特征分析,研究了超音速火焰喷涂WC-Cr_(3)C_(2)-CoNiLa粒子沉积过程中组织结构形态的演化与涂层结构的形成机制。结果表明:水中沉积粒子表面出现了光滑区域,粒子中WC颗粒由原始粉末中尖角轮廓演化为光滑轮廓的形态,也出现了表面带有脚趾状凸起的颗粒。基体上扁平粒子为具有浮凸光滑致密表面的盘状或饼状。涂层呈现含有硬质相颗粒、条纹或带状特征的层状结构,涂层中硬质相与扁平粒子中的硬质相形态基本相同,其尺寸小于原始粉末和水中沉积粒子中的硬质相。

冷喷涂SiC/Al纳米复合涂层的组织结构与性能

为制备基体相晶粒细小、增强相均匀分布的SiC/Al纳米复合涂层,以Al、SiC为原料,采用高能球磨法获得SiC颗粒弥散分布的纳米晶Al基复合材料粉末,利用冷喷涂技术低温成型制备了SiC/Al纳米复合涂层,分析了SiC含量对复合涂层相结构、晶粒尺寸、微观结构、硬度及磨损性能的影响规律。结果表明:冷喷涂可实现球磨纳米晶复合粉末结构的原位移植,所制备SiC/Al纳米复合涂层组织致密,微米及亚微米级SiC弥散分布在纳米晶Al (约80 nm)基体之上;SiC颗粒对Al基体有明显强化作用,冷喷涂SiC/Al纳米复合涂层的硬度随SiC体积分数的增加而显著增加,50%SiC/Al纳米复合涂层的硬度高达515 HV0.3,约为Al块材的13倍;冷喷涂SiC/Al纳米复合涂层的耐磨损性能随着SiC含量增加而显著提高,涂层磨损失效机制为磨粒对基体的切削犁沟变形。

超音速悬浮液火焰喷涂HA涂层的组织及力学性能

以纳米羟基磷灰石(HA)颗粒为原始粉末,通过超音速悬浮液火焰喷涂(HVSFS)法在316L不锈钢基体上制备纳米结构HA涂层。研究了丙烷流量对纳米结构HA涂层相结构、微观结构及力学性能的影响。结果表明:纳米结构HA涂层相结构与丙烷流量相关;该涂层表面由部分熔化粒子形成的粗糙多孔结构组成,涂层与基体界面结合良好;该涂层的显微硬度随丙烷流量(1000~1500 L/h)增加从40.9 HV0.025提高到133.3 HV0.025,弹性模量从3.9 GPa提高到4.9 GPa,涂层磨损率从0.67 mg/(N·m)降低到0.13 mg/(N·m),涂层磨损表面主要呈犁沟与剥落特征。超音速悬浮液火焰喷涂可获得相结构不分解的纳米结构HA涂层,且该涂层的力学性能随丙烷流量的增加而提高。

大气等离子喷涂和超音速火焰喷涂WC-Ni涂层组织结构和性能的对比

采用大气等离子喷涂和超音速火焰喷涂技术在不同工艺参数下制备WC-Ni涂层。涂层的相结构和显微组织结构分别采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)进行表征。涂层的显微硬度、弹性模量和断裂韧性采用显微维氏硬度计进行表征。采用销盘磨损试验对涂层的磨损性能进行表征。结果表明,较大功率下等离子喷涂的涂层较致密,WC相脱碳程度较大。超音速火焰喷涂距离较小时,制备的涂层较致密,脱碳分解程度较小。相比等离子喷涂技术,超音速火焰喷涂制备的涂层中WC相的分解更少,涂层组织结构相对致密,力学性能相对较高,耐磨粒磨损性能较好。致密度相近,但脱碳程度较小的涂层耐磨性能较好。

超音速火焰喷涂WC-Co-Ni涂层结构和性能研究

采用超音速火焰喷涂(HVOF)在不同喷涂工艺条件下制备WC-Co-Ni涂层。涂层的组织结构和相结构分别采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)进行表征。涂层的显微硬度、弹性模量和断裂韧性采用压痕法进行计算和表征。涂层的磨损性能采用销盘磨损实验进行表征。结果表明:丙烷流量增大,超音速火焰焰流温度和速度增大,WC-Co-Ni粒子的熔化程度增大,涂层致密度提高,但较高丙烷流量易产生WC分解失碳;超音速火焰喷涂工艺中,采用适当的丙烷流量有利于获得碳化物低分解、熔解,并获得较致密结构的涂层;机械混合的Ni金属在涂层沉积过程中能够充分变形并填充到WC-Co扁平粒子的孔隙中,使涂层致密;致密的涂层结构与碳化物分解、熔解程度低的涂层相结构及组成有利于提高涂层的磨损性能;与涂层结构相比,对涂层具有润滑效果的磨损环境对涂层的耐磨损性能具有较大的影响。

等离子喷涂WC-Ni涂层的组织结构及力学性能

采用等离子喷涂技术在不同的喷涂工艺条件下制备WC-Ni涂层。采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征和观察涂层的相结构和显微组织,同时运用压痕法对涂层的显微硬度、弹性模量和断裂韧性进行测试。结果表明,等离子喷涂工艺参数对涂层的组织结构和相结构有显著影响,等离子喷涂功率增加,粒子的熔化程度增加,适当的喷涂距离下沉积形成的涂层致密;等离子功率增加,喷涂过程中会产生WC粒子的失碳,相对于W_2C相,WC_(1-x)相的增加可以同时提高涂层的显微硬度和断裂韧性;与涂层的相组成相比,致密的组织结构对涂层显微硬度、弹性模量和断裂韧性的综合性能的提高更显著。