退火热处理对Cr_(3)C_(2)-FeCrBSi涂层摩擦磨损性能的影响

目的 针对冷轧辊表面的循环应力、摩擦磨损的特殊服役环境,设计空气燃料超音速火焰喷涂(HVAF)制备Cr_(3)C_(2)-FeCrBSi复合涂层来提高工件表面的硬度和耐磨性。方法 利用HVAF技术在冷轧辊用合金钢板表面制备不同尺寸陶瓷颗粒混合的Cr_(3)C_(2)-Fe CrBSi的复合涂层,并在600、700、800℃进行退火处理后得到退火态涂层。利用XRD、SEM、显微硬度计、电子拉伸试验机、盘式摩擦磨损试验机和接触疲劳试验机,考察了不同陶瓷含量和不同退火温度下涂层的相组成、组织结构、机械性能、摩擦磨损性能和接触疲劳失效形式。结果 喷涂态涂层的显微硬度、结合强度随着Cr_(3)C_(2)含量的增加先上升后下降。当陶瓷相质量分数为10%时,复合涂层最佳,显微硬度、结合强度分别为459.6HV0.3、42.8 MPa。选取Cr_(3)C_(2)(质量分数10%)-FeCrBSi涂层经过退火处理后,涂层的硬度、断裂韧性、抗磨损性能均有提升,其中摩擦因数由原先的0.89降低至0.80~0.75。此外在700℃下退火3 h得到的涂层,显微硬度可达490.3HV0.3,断裂韧性由2.81 MPa·m1/2提升至3.15 MPa·m1/2,磨损率为6.80×10^(-14) m^(3)/(N·m),与喷涂态涂层相比,磨损率降低了15%。喷涂态、退火态涂层的磨损机制均为磨粒磨损。接触疲劳试验结果表明,退火态复合涂层的接触疲劳失效形式主要有剥落和分层,同时剥落失效情况下涂层的接触疲劳寿命更长,可达2.07×10^(5)转。结论 Cr_(3)C_(2)-Fe Cr BSi复合涂层良好的抗磨损和耐接触疲劳性能主要取决于Cr_(3)C_(2)硬质耐磨颗粒的加入。而退火热处理可以促进涂层向平衡态的转变、同时析出的二次碳化物(Cr, Fe)7C3起到沉淀强化的作用,使得退火态涂层具有更好的抗摩擦磨损性能。

超音速火焰喷涂WC-12Co涂层的高温摩擦磨损性能

WC-Co-Cr是一类具有高硬度、耐磨损、耐腐蚀的金属陶瓷复合涂层材料,常用于工业生产中苛刻服役环境的工件表面防护。本试验采用超音速火焰喷涂(HVOF)技术在Q235钢表面分别制备了WC-12Co-4Cr和WC-12Co复合涂层。使用XRD、光学显微镜、SEM以及附带的EDS、显微硬度计分别对比研究了两组涂层的物相、微观形貌、元素分布、显微硬度和孔隙率。采用球盘式摩擦试验机重点研究两组涂层在常温(25℃)、300℃、600℃下的摩擦磨损性能。实验结果表明,加入Cr元素的WC-12Co-4Cr复合涂层的硬度为1050 HV_(0.5)比WC-12Co涂层的995 HV_(0.5)更高。常温和300℃下两组涂层的抗摩擦磨损性能基本相似,其中常温下WC-12Co-4Cr复合涂层的摩擦系数和磨损率分别为0.4、2.61×10^(-17) m^(3) (N·m)^(-1),磨损机制为磨粒磨损。而在高温(600℃)条件下磨损机制转变为粘着磨损且抗磨损性能显著优于WC-12Co涂层;摩擦系数为0.62、磨损率为1.1×10^(-15) m^(3)(N·m)^(-1),相同条件下的WC-12Co涂层磨损率为7.2×10^(-15) m^(3) (N·m)^(-1)。

NiCr过渡层对高速火焰喷涂WC-Co涂层摩擦磨损性能及疲劳磨损性能的影响

WC-Co涂层作为一种性能优异的涂层,逐渐被应用于轧辊的表面防护,目前大量实验研究的有热喷涂、激光熔覆制备WC-Co涂层。本文提出用高速火焰喷涂(HVOF)在常用轧辊材料Q235钢表面制备WC-Co涂层,同时在WC-Co涂层和基体之间加入NiCr过渡层。利用SEM、XRD、摩擦磨损测试、疲劳磨损测试等测试方法,对涂层形貌结构以及各项性能与无过渡层涂层进行对比研究。结果表明,加入NiCr过渡层后,WC-12Co+NiCr、WC-10Co-4Cr+NiCr涂层硬度分别为1059.64 HV_(0.3)、1016.96 HV_(0.3),比WC-12Co涂层(960.01 HV_(0.3))、WC-10Co-4Cr涂层(1012.20 HV_(0.3))更高。WC-12Co+NiCr涂层的磨损率(5.19×10^(-15)m^(3)·(N·m)^(-1))远低于WC-12Co涂层(6.59×10^(-15)m^(3)·(N·m)^(-1)),WC-12Co涂层在疲劳磨损中的磨损量2644.58×10^(-12)m^(3)减少到WC-12Co+NiCr涂层的1193.20×10^(-12)m^(3)。