基于HVAF喷涂工艺的铝合金WC涂层性能及试验研究

本研究针对典型的飞机结构材料7075铝合金海洋环境下的腐蚀问题,通过HVAF喷涂工艺制备了致密的WC涂层,并对其性能进行了研究。结果表明:制备的WC涂层孔隙率小于1%,硬度约为1600~1800HV,粗糙度Ra≤2.0μm,弯曲180°后表面无开裂和剥落,结合强度≥65MPa。泥沙冲淤试验证明:该涂层机械性能均优于通过传统HVOF制备的WC涂层。盐雾试验证明:当涂层厚度为25μm时,在盐雾环境675h无腐蚀现象出现,且涂层具有较强抗冲击能力。该结果对基于HVAF喷涂工艺制备的WC涂层推广及工程应用具有一定指导意义。

HVAF喷涂铁基非晶涂层工艺优化

铁基非晶材料具有优异的耐蚀性和耐磨性,空气/丙烷超音速火焰喷涂(HVAF)技术制备铁基非晶涂层近年来引起了广泛关注。由于铁基非晶粉在高温下粘度较大,很容易造成喷枪堵塞,制约了该技术的工程应用。通过在铁基非晶粉末中掺入10 wt.%~20 wt.%的180目白刚玉砂,缓解喷枪堵塞、改善涂层的喷涂稳定性。研究了白刚玉含量、喷涂气体压力、送粉速率、喷涂距离等对涂层沉积效率、抗拉结合强度、孔隙率及粘枪情况的影响规律。结果表明,Fe基粉/白刚玉复合粉喷涂可以实现20 min以上的稳定喷涂,且制备的涂层结合强度达到40 MPa以上,涂层孔隙率<1%,涂层粘枪情况得到显著改善。优化出了适用于铁基非晶粉HVAF喷涂的工艺方法,能够指导该技术的推广应用。

HVAF制备WC-12Co涂层的空蚀和磨损性能研究

采用国际上最新的活性燃烧高速燃气喷涂(AC?HVAF)技术制备出WC?12Co金属陶瓷涂层。涂层的X射线衍射检测表明,涂层制备过程中未出现WC粒子的氧化和脱碳现象,涂层相结构基本保持了喂料粉末状态;对制备涂层进行的旋转圆盘空蚀试验表明,WC?12Co硬质涂层抗泥沙磨损性能出色,磨损量仅为不锈钢的1/10;其耐空蚀性能则相反,不及对比0Cr13Ni5Mo不锈钢;对涂层的空蚀破坏机理做了分析,对沙粒磨损损伤特点做了初步探讨。

HVAF和HVOF喷涂WC-CoCr涂层的组织性能对比

WC-CoCr涂层的组织结构和抗冲蚀性能主要取决于喷涂工艺。采用活化燃烧-超音速火焰喷涂(HVAF)和传统超音速火焰喷涂(HVOF)2种工艺喷涂WC-CoCr涂层,并对这2种WC-CoCr涂层的组织结构和抗冲蚀性能进行对比。结果表明:HVAF涂层孔隙率为0.2%,而HVOF涂层孔隙率为2.3%,与HVOF相比,HVAF涂层具有较低的孔隙率及表面粗糙度,涂层组织结构更均匀;HVAF过程中,WC颗粒在沉积过程中破碎,WC颗粒细小,HVAF焰流中WC的分解程度弱于在HVOF焰流中的分解程度;HVAF涂层平均硬度达到1 450HV0.3,在15°攻角下,其抗冲蚀阻力比HVOF涂层提高了59.4%,比0Cr13Ni5Mo基体提高了104.1%;90°攻角下,HVAF涂层的抗冲蚀阻力比HVOF涂层提高了16%。

两种AC-HVAF喷涂WC涂层微观组织以及耐蚀性研究

利用AC-HAVF喷涂技术在0Cr13Ni5Mo不锈钢上制备了WC-10Co-4Cr,WC-12Co涂层,并利用XRD,SEM,电化学以及盐雾实验分析了涂层的微观组织以及耐蚀性。结果表明:两种涂层相组成与其粉末一致,未出现其他喷涂技术普遍存在的W2C以及W,AC-HAVF喷涂技术可以有效的抑制WC的分解;两种涂层都很致密且与基体结合良好,孔隙率低;电化学以及盐雾实验发现,WC-10Co-4Cr涂层的耐蚀性好于WC-12Co涂层,并较基体0Cr13Ni5Mo不锈钢有较大的提高,粘结相中Cr元素的加入以及孔隙率低是WC-10Co-4Cr涂层耐蚀性优异的重要原因。

HVAF喷涂WC-10Co4Cr涂层及其性能

分别采用空气助燃高速热喷涂技术(HVAF)和氧气助燃高速热喷涂技术(HVOF)制备了WC-10Co4Cr涂层。通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征和分析了不同的粉末和涂层的物相组成、微观组织结构,并对不同涂层的显微硬度、孔隙率、抗冲蚀性能进行了对比,探讨了涂层在泥沙中的冲蚀机理。结果表明:采用HVAF方法制备的涂层致密度好,其在显微硬度和抗冲蚀性能方面要优于HVOF方法制备的涂层;WC颗粒细化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,有利于提高涂层的抗冲蚀性能。

AC-HVAF喷涂Ni60/WC复合涂层组织及性能研究

利用活性燃烧高速燃气(AC-HAVF)喷涂技术在0Cr13Ni5Mo不锈钢上制备了Ni60/WC复合涂层,研究了其微观组织及耐磨耐蚀性能.结果表明:涂层主要由Fe-Ni固溶体以及Cr0.19Fe0.7Ni0.11,WC,M6C(Ni2W4C或Fe3W3C),Cr26C3,CrB2等相组成;涂层与基体结合很好,涂层的孔隙率约为2.5%;WC,M6C,Cr26G3,CrB2等硬质相弥散分布于涂层中,部分区域硬质相达到了200～800 nm;涂层硬度分布不均匀,平均硬度为685HV;涂层具有优异的耐磨耐蚀性,其磨损体积是0Cr13Ni5Mo不锈钢的1/8.8,平均腐蚀速度是0Cr13Ni5Mo不锈钢的1/2;涂层的磨损机理以疲劳磨损为主,弥散分布的硬质相是涂层硬度以及耐磨性提高的主要因素.

HVAF喷涂Inconel 625涂层在生物质发电环境的高温腐蚀行为

秸秆等生物质焚烧发电时产生的含氯气体和碱金属氯化物腐蚀使受热面金属管道的服役寿命比煤电机组显著降低。管材表面堆焊镍基耐腐蚀合金的技术尽管可显著提高管道服役寿命,但存在工作效率低、不适合现场施工、管道热变形等诸多问题。采用可现场施工的空气超音速火焰喷涂(HVAF)在TP347H耐热钢表面,制备了Inconel镍基耐高温腐蚀涂层,研究了TP347H耐热钢喷涂Inconel 625合金涂层前后的长期高温腐蚀特性(550℃,500 h),验证了HVAF Inconel 625合金涂层的高温含氯腐蚀防护作用。显微观察结果表明,优化工艺参数条件下HVAF涂层组织致密、孔隙率低至0.72%,与基材结合良好。腐蚀增重结果表明,采用HVAF制备Inconel 625合金涂层后,TP347H耐热钢的腐蚀增重降低7.6倍,耐腐蚀性能显著提升。冲蚀试验结果表明,HVAF Inconel 625合金涂层在最初阶段由于表层凸起颗粒的剥落而冲蚀性能极低,进入稳定阶段后耐冲蚀性能提高,与TP347H基材的耐冲蚀性能相当。

AC-HVAF喷涂Fe基非晶纳米晶涂层的微观组织及性能研究

利用先进的AC–HAVF(活性燃烧高速燃气)喷涂技术制备了Fe基非晶纳米晶涂层,研究了其微观组织、热稳定性以及耐磨耐蚀性能。试验结果表明:涂层主要由FeNi3、Fe2B和Ni4B3相组成;涂层与基体结合很好,涂层的孔隙率约为1.8%;涂层表面硬度分布不是均匀,最高可达1570HV,平均硬度为1361.1HV;涂层具有优异的耐磨性能,其磨损体积是0Cr13Ni5Mo不锈钢的0.155倍,涂层的磨损机理主要是疲劳磨损;所获得的非晶纳米晶涂层在649.6℃以下使用,不会发生晶化反应,有很好的热稳定性。

AC-HVAF热喷涂非晶和金属陶瓷涂层在压裂液中的冲蚀行为

采用喷射冲蚀与电化学测试相结合方法,对AC-HVAF热喷涂非晶金属和金属陶瓷两种涂层在压裂工况下的冲蚀规律进行了研究,评价了腐蚀和冲蚀的交互作用,分析了耐蚀性和硬度在冲蚀时的主导作用,确定了冲蚀机理。结果表明,硬度决定材料的抗冲蚀性能,硬度高的WC涂层表现出更高的抗冲蚀能力。冲蚀过程中,纯机械冲刷引起的失重占主导作用。交互作用中,涂层由腐蚀引起的增量占比例则较高,提高涂层耐蚀性可以减少交互作用失重,进而提高其抗冲蚀性能。AC-HVAF涂层表面则呈现出脆性冲蚀特征,冲蚀时侧重于固体砂粒对表面的碰撞和切削剥蚀作用。涂层孔隙的降低和粘结相结合强度的提高是提高其在压裂液中抗冲蚀性能的关键。

AC-HVAF喷涂Ni60/WC复合涂层微观组织及冲刷磨损性能研究

利用先进的AC-HAVF喷涂技术在0Cr13Ni5Mo不锈钢上制备了Ni60/WC复合涂层.研究了其微观组织及耐磨性能.试验结果表明:涂层主要由Fe-Ni固溶体以及Cr0.19Fe0.7Ni0.11、WC、M6C(Ni2W4C或Fe3W3C)、Cr26C3、CrB2等相组成,未发现W2C以及W相;涂层与基体结合很好,涂层的孔隙率约2.5%;WC、M6C(Ni2W4C或Fe3W3C)、Cr26C3、CrB2硬质相弥散分布于涂层中,部分区域硬质相达到了200～800nm;涂层具有优异的耐冲蚀磨损性能,其耐磨性较基体有很大的提高.涂层应用于水轮机叶片的修复,三个月汛期使用后涂层良好.

AC-HVAF喷涂高铬镍基合金纳米结构涂层的热腐蚀性能研究

使用AC-HVAF喷涂工艺分别制备了纳米和微米结构的高铬镍基合金涂层,对两种涂层和20G钢在550℃和650℃表面涂盐情况下的热腐蚀性能进行了研究,并利用配有能谱分析仪的扫描电镜(SEM)和X-ray衍射仪(XRD)对涂层腐蚀产物的形貌、成分和相组成进行了分析。试验结果表明,腐蚀后的两种涂层表面均生成一层连续致密的氧化铬保护膜,可有效抑制腐蚀反应的进程。在相同腐蚀条件下,纳米结构涂层比微米结构涂层具有更低的腐蚀增重,显示出更优异的抗热腐蚀性能。

超音速火焰喷涂(HVOF/HVAF)Ni60合金涂层组织与磨损性能研究

采用超音速火焰喷涂HVAF/HVOF两种工艺分别在Q235钢基体上制备了Ni60涂层,研究了涂层的显微组织和磨损性能。结果表明,两种工艺制备的涂层均具有典型的层状结构,涂层与基体以机械方式较好的结合。HVOF工艺制备的Ni60涂层的含氧量是HVAF工艺涂层含氧量的3倍多,说明HVOF工艺氧化性比HVAF工艺大得多。HVAF工艺涂层的显微硬度和耐磨性明显低于HVOF工艺涂层,这与HVOF工艺涂层中弥散分布硬质相和HVAF工艺涂层中存在微裂纹有直接影响。

采用HVAF与HVOF工艺制备的NiCr-25%Cr_3C_2涂层的结构和性能表征

分别采用HVAF和HVOF工艺制备了NiCr-25%Cr3C2涂层,对两种方法所制备的涂层的显微组织、硬度、孔隙率及摩擦磨损性能进行了表征.从涂层的微观结构和磨损机理方面分析了两种涂层的耐磨损性能不同的原因.研究结果表明,与HVAF涂层相比,HVOF喷涂时由于火焰温度和焰流速度较高,制备的NiCr-25%Cr3C2涂层更均匀和致密,孔隙率和表面粗糙度较低,硬度更高.HVAF涂层中碳化铬的剥落与犁沟均较明显,耐磨性能较差.

AC-HVAF和HVOF制备MCrAlY粘结层的组织结构及高温氧化性能

热障涂层金属粘结层的制备工艺影响涂层的微观组织结构及性能。采用活性燃烧-超音速火焰喷涂(AC-HVAF)和传统超音速火焰喷涂(HVOF)2种工艺喷涂制备NiCoCrAlTaY粘结层,并对2种粘结层的组织结构及高温氧化性能进行对比。结果表明:AC-HVAF喷涂层表面半熔颗粒的尺寸为(13.242±1.392)μm,孔隙率为(1.34±0.18)%,氧含量为0.630%,表面粗糙度为(10.12±0.36)μm;HVOF喷涂层表面半熔颗粒的尺寸为(19.438±2.413)μm,孔隙率为(5.96±2.11)%,氧含量为2.300%,表面粗糙度为(11.35±0.43)μm;AC-HVAF制备的NiCoCrAlTaY金属粘结层高温氧化后表面生成了以α-Al2O3为主的热生长氧化物(TGO),而HVOF制备的NiCoCrAlTaY金属粘结层高温氧化后表面生成了以Cr-Ni复合氧化物为主的TGO,AC-HVAF制备的金属粘结层具有更优异的抗氧化性能。

HVAF工艺制备WC-CoCr涂层的性能表征

采用HVAF工艺制备了WC-CoCr涂层,研究了涂层的显微结构、显微硬度、相组成及耐磨性,并与国外爆炸喷涂的碳化钨涂层进行了对比.结果表明,HVAF工艺制备的WC-CoCr涂层性能优良,耐磨性优于爆炸喷涂工艺制备的碳化钨涂层,完全可以替代爆炸喷涂涂层作为耐磨涂层使用.

HVAF喷涂WC-10Co-4Cr涂层的气体喷砂冲蚀性能研究

采用空气助燃超音速火焰喷涂HVAF(High Velocity Air Fuel)在304不锈钢基材上制备三种粉末粒径不同WC-10Co-4Cr涂层。利用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、维氏显微硬度仪、万能拉伸试验机、抗冲蚀试验机对涂层的孔隙率、微观形貌、力学性能、断裂韧性以及气体喷砂冲蚀性能进行研究分析。结果表明,HVAF喷涂的WC-10Co-4Cr涂层孔隙率低,硬度与结合强度高、断裂韧性好,涂层抗冲蚀性能优异。WC-10Co-4Cr涂层在30°冲蚀角下,涂层的气体喷砂冲蚀磨损主要为微切削产生的犁沟。在90°冲蚀角度下,涂层的气体喷砂冲蚀磨损主要表现为疲劳剥落特征。

HVAF喷涂超细WC-10Co-4Cr粉末涂层的耐腐蚀性研究

对比研究超细和常规粒度WC-10Co4Cr粉末喷涂制备涂层的性能,根据显微形貌、力学性能与电化学特性比较两种涂层的耐腐蚀性并分析机理。在304不锈钢基体上,利用空气助燃高速(High Velocity Air Fuel,HVAF)热喷涂技术制备WC-10Co-4Cr涂层。采用SEM和XRD分析了涂层的物相组成和显微形貌,采用维氏硬度仪和万能拉伸试验机分别测试了涂层的显微硬度与结合强度以表征力学性能,在质量分数为3.5%的NaCl溶液中对涂层进行电化学分析。结果表明:两种WC-10Co-4Cr粉末涂层均具有优异的耐腐蚀性能,超细粉末涂层自腐蚀电位(-0.199 V)高于常规粉末粒径涂层(-0.267 V);超细粉末粒径涂层腐蚀电流密度(1.996×10^(-7)A/cm^(2))小于常规粉末粒径涂层(3.123×10^(-6)A/cm^(2)),对基体能起到良好的保护作用。超细粉末与常规粉末WC-10Co-4Cr涂层电位腐蚀的机理主要是WC与粘结相的电偶腐蚀、Cl-对涂层表面钝化膜的破坏引起的孔蚀,腐蚀机理基本一致,主要差异在于,超细粉末涂层的致密度更高,组织更加均匀提高了涂层的耐腐蚀性。

超音速火焰喷涂(HVAF) WC-Co合金涂层微观组织与耐磨性分析

采用超音速火焰喷涂(HVAF)工艺在Q235基体上制备了WC-Co涂层,并研究了涂层的显微组织和磨损性能。结果表明:WC-Co涂层与基体结合良好,涂层致密,孔隙率较低,微观形貌呈层状结构。EDS能谱表明涂层发生了较低氧化。涂层的显微硬度高达1244HV0.1。涂层开始时失重磨损率较高,而且随着法向载荷的增大而增加,随着时间增加磨损率不断降低,体现了WC-Co涂层优异的耐磨性能。

HVAF喷涂纳米结构Ni基涂层组织及磨损性能研究

利用AC-HAVF喷涂技术制备了纳米结构Ni基涂层,对涂层微观结构以及磨损性能进行研究。结果表明:涂层主要由γ-Ni固溶体以及FeNi3、Ni3B、CrB2、Cr26C3和Cr7C3等化合物组成,涂层主要由50～70 nm的纳米粒子组成,部分粒子达到20～30 nm;涂层与基体结合很好,孔隙率低,约为2.37%;涂层具有较好的耐磨性,涂层磨损以疲劳磨损为主。