300M钢超音速火焰喷涂WC/17Co涂层的疲劳性能

夹杂物尺寸对超高强结构钢的疲劳寿命有明显影响。疲劳断口分析表明,300M超高强钢中的疲劳裂纹源主要由其中的夹杂物所造成。而超音速火焰喷涂WC/17Co处理后300M钢裂纹源全部来自于基体中的夹杂,夹杂组成均为Al2O3.xCaO.ySiO2。分别采用统计极值法和广义Pareto分布对不同质量300M钢中的最大夹杂物进行估计,与实际疲劳断裂的最大夹杂物尺寸进行对比,并对不同质量300M钢的疲劳极限进行估算。HVAF处理使300M钢中次表面的残余压应力增大,对抑制裂纹萌生和扩展有利。试验结果表明,在低载荷下HVAF提高了基体疲劳寿命,而在高载荷下由于压应力作用有限,以及喷砂氧化铝对300M钢表面造成损伤带来负面作用而降低300M钢的疲劳寿命。

WC/17Co含量对Ni基喷焊涂层性能的影响

将不同比例的WC/17Co与Ni60粉末进行混合,并采用氧乙炔火焰喷焊工艺制备了相应的涂层。分别用洛式硬度计和X衍射仪测试了各涂层的硬度和相结构;采用湿砂橡胶轮式磨粒磨损实验机对各涂层的抗磨粒磨损性能进行了测试,采用扫描电镜观察了喷焊粉末形貌和喷焊层的磨损形貌,并进行了能谱分析。结果表明,喷焊层的组织为在γ-Ni固溶体基体上弥散分布着细小的Cr7C3、Cr23C6、Cr2B、CrB2和WC等硬质相。喷焊层的硬度随WC/17Co添加量的增加先增加后减小,当WC的含量为25wt%时,喷焊涂层的硬度最高,相应的抗磨粒磨损性能最好。

300M钢基体上高速火焰喷涂WC-17Co和WC-10Co4Cr涂层的疲劳和抗盐雾腐蚀性能

以涂层在飞机起落架的应用作为研究背景,在300M超高强钢基体上对替代电镀硬铬的两种高速火焰喷涂WC-17Co和WC-10Co4Cr涂层的疲劳和抗中性盐雾腐蚀性能进行了研究。结果表明,两种有涂层的300M钢的疲劳寿命均高于无涂层300M钢,如考虑扣除涂层承受载荷,有涂层的300M钢与无涂层300M钢的疲劳寿命相当。喷砂镶嵌在基体表面的刚玉砂粒导致有WC-10Co4Cr涂层的疲劳寿命低于有WC-17Co涂层的300M钢。两种涂层对基体的疲劳性能都没有负面影响;两种涂层都提高了300M钢的抗盐雾腐蚀性能,但有WC-10Co4Cr涂层的300M钢表现出更好的抗盐雾腐蚀性能。综合比较两种涂层的性能,高速火焰喷涂WC-10Co4Cr涂层是更好的电镀铬替代涂层。

镁合金表面冷喷涂纳米WC-17Co涂层及其性能

采用冷喷涂和超音速火焰喷涂(HVOF)在AZ80镁合金表面制备了纳米WC-17Co涂层。利用SEM分析了原始粉末形貌、喷涂粒子沉积行为及涂层显微结构,并采用球盘式摩擦磨损实验机考察了涂层的摩擦磨损性能。结果表明:采用冷喷涂工艺可在AZ80镁合金基体上制备出高质量的WC-17Co涂层,涂层的显微硬度为(1 380±82)HV,磨损率为9.1×10-7 mm3/Nm,其耐磨性较HVOF制备的WC-17Co涂层提高了1倍,较镁合金基材提高了3个数量级。研究表明,冷喷涂WC-17Co涂层在不对镁合金基体产生热影响的情况下,可以显著提高镁合金的表面性能,是一种新型镁合金表面强化工艺。

镁合金表面冷喷涂420不锈钢/WC-17Co涂层及其耐磨耐蚀性能

采用冷喷涂工艺在AZ80镁合金表面制备420/WC-17Co涂层。利用SEM分析喷涂粉末形貌及涂层显微结构;通过显微硬度计和万能材料试验机测定涂层的显微硬度和结合强度;采用球盘式摩擦磨损试验机考察涂层的摩擦磨损性能;通过电化学实验测定涂层和镁合金基材的耐腐蚀性能。结果表明:采用冷喷涂工艺可在AZ80镁合金基体上制备出高质量的420/WC-17Co涂层,冷喷涂420/WC-17Co涂层的显微硬度为(615±62)HV,结合强度为(57±11)MPa,涂层的磨损率为3.3×10^(–6) mm^3·N·m,其耐磨性较镁合金基材提高了2个数量级,涂层自腐蚀电流较镁合金基材降低了1个数量级。因此,冷喷涂420/WC-17Co涂层在不产生明显热影响的情况下,可以显著提高镁合金表面的耐磨耐蚀性能,是一种较为理想的镁合金表面强化工艺。

超音速火焰喷涂WC-17Co涂层的高速磨削机理试验研究

针对超音速火焰喷涂WC-17Co高硬涂层的加工难题,对WC-17Co涂层进行了高速/超高速磨削试验。通过考察不同金刚石砂轮和磨削工艺参数对磨削力、磨削温度和表面残余应力、表面/亚表面微观形貌和表面粗糙度的影响,讨论了最大未变形切屑厚度与比磨削能的内在关系,分析了磨削温度对表面残余应力的作用规律,探讨了法向磨削力对涂层亚表面损伤的作用规律。结果表明:WC-17Co涂层磨削去除是脆性和延性去除并存;提高砂轮线速度将使磨削力先快速减小后缓慢增大,磨削温度持续升高,涂层磨削从脆性去除转为延性去除的趋势也逐渐增强,表面残余应力由压应力逐渐转变为拉应力,而磨削高温引起涂层热塑性变形是表面残余应力状态转变的根本原因。涂层亚表面磨削损伤层平均深度随法向磨削力的增大而变大。提高砂轮线速度、降低工作台速度和减小磨削深度均能增大涂层磨削塑性去除的比例。

等离子喷涂纳米WC-17Co涂层高温磨损性能

磨损是材料失效的主要失效形式之一,纳米WC-Co涂层技术可望成为解决重大装备关键零部件耐磨的关键技术。文中用等离子喷涂的方法制备了纳米WC-17Co涂层以及超细WC-17Co涂层,研究了涂层的高温磨损性能及失效机理。结果表明,WC-17Co纳米涂层与同成分的超细涂层相比具有较高的耐高温磨损性能。纳米涂层与超细涂层高温磨损失效机理不同,WC-17Co纳米涂层的高温磨损失效机理以磨粒磨损为主,伴随着黏着磨损,超细涂层的高温磨损失效机理以低延性开裂和黏着磨损为主,伴随有磨粒磨损。

钛合金与WC-17Co涂层界面结合性能分析

采用超音速火焰喷涂技术在Ti-6Al-4V合金表面制备WC-17Co涂层,从显微形貌、界面氧化行为、裂纹扩展形式等方面系统分析了WC-17Co涂层与Ti-6Al-4V基体界面断裂失效原因,并利用四点弯曲法测量了WC-17Co与Ti-6Al-4V合金的平均断裂能量释放率.结果表明,热喷涂过程使Ti-6Al-4V的表面氧化相含量显著提高.氧化后Ti-6Al-4V的表面显微硬度达到322.4 HV,熔融粒子撞击到Ti-6Al-4V表面很难对基体造成明显的塑性变形,不能形成有效咬合,使得钛合金与WC-17Co涂层的结合性能偏低.

HVOF喷涂WC-17Co粉末的粒子撞击行为研究

超音速火焰(HVOF)喷涂粒子与基体的撞击是一个复杂的动力学过程,了解粒子与基体高速高温的撞击行为对控制HVOF喷涂过程至关重要.本文采用ABAQUS/Explicit有限元程序,依据实验过程中的数据建立模型与施加载荷,研究在HVOF喷涂中WC-17Co粒子与IN718基体的撞击行为.结果表明:WC-17Co粒子在撞击过程中由固态转变为半熔融态;撞击发生后,粒子的撞击变形与基体撞击凹坑的几何尺寸与粒子初始直径的比值基本恒定,但粒子初始直径对粒子撞击变形及基体凹坑的形貌基本没有影响;粒子与基体撞击的动态持续时间与粒子的初始直径成正比,粒子的初始直径越大,撞击过程持续时间越长.

AZ80镁合金表面冷喷涂不锈钢／WC-17Co复合涂层的性能

为了提高AZ80镁合金表面的耐磨性,采用冷喷涂技术在AZ80镁合金表面制备420不锈钢涂层、420/WC-17Co复合涂层,采用扫描电镜(SEM)对复合涂层的结合界面、截面形貌等进行了分析,采用Rtec多功能摩擦磨损试验机对复合涂层的摩擦学性能进行了分析。结果表明:在涂层结合界面,420粒子、WC-17Co粒子与挤压变形的镁合金基体形成机械咬合的结构; 420/WC-17Co复合涂层的孔隙率为1.84%,明显低于冷喷涂420涂层的;420/WC-17Co复合涂层的磨损率为5.3×10^(-6)mm^3/(N·m),相比AZ80镁合金的下降了2个数量级。

HVOF喷涂纳米WC-17Co涂层组织结构及力学行为研究

利用超音速火焰喷涂(HVOF)技术制备了普通、超细纳米WC-17Co涂层。研究了喷涂粉末、涂层的微观组织结构和物相成分,测试了涂层的显微硬度、弹性模量、断裂韧性。研究表明,纳米WC-17Co涂层中形成了纳米尺度的胞状结构和长条状结构,并有网状的非晶结构生成。WC-17Co涂层表面均匀致密,3种涂层均是由熔化再结晶区、半熔化区和未熔化区等构成。涂层中条带结构不明显,明显区别于等离子涂层。纳米涂层组织结构更致密,碳化物颗粒分布更均匀。3种涂层中,WC都是主相,W2C、Co6W6C的含量很少。纳米涂层的显微硬度、弹性模量、断裂韧性最高。

铝合金表面爆炸喷涂WC-17Co涂层性能的研究

本文采用爆炸喷涂系统在铝合金表面制备了WC-17Co涂层。利用SEM，EDAX XRD，HAXD等设备对涂层组织性能进行了分析。研究表明，涂层硬度在1100～1300HV之间，孔隙率平均小于1．0％，而且单个孔隙的最大尺寸≤0．012mm。涂层中没有发现明显的氧化物。WC颗粒在喷涂过程中能够产生轻微的脱碳反应，生成W2C和Co3W3C。涂层的抗腐蚀性能较为理想，但涂层的相结构并不均匀。

TC2、TC6表面喷涂WC-17Co与电镀铬耐磨性能对比

TC2、TC6钛合金是航空领域中常用的选材,为了增加钛合金配合表面的耐磨性能,对钛合金表面进行超音速火焰喷涂碳化钨,研究对比TC2、TC6钛合金表面喷涂WC-17Co和镀硬铬的摩擦性能。结果表明:表面喷涂WC-17Co可获得致密表面,孔隙率小于0.5%,同时耐磨性能显著提高。

不同颗粒度碳化钨的WC-17Co等离子涂层组织及摩擦学特性研究

选取0.8μm、1.5μm、3.5μm三种WC颗粒度的WC-17Co复合粉末,采用等离子喷涂工艺在Q235钢表面制备了涂层。通过扫描电镜、显微硬度仪对3种粉末及其涂层的本征性能进行了测定及分析,利用滑动磨损试验研究了涂层磨粒磨损性能。结果表明:等离子喷涂过程中,原始颗粒度更大的WC在喷涂过程中较难分解,3.5μm-WC的涂层中WC颗粒形貌更为完整。颗粒度越大,涂层的显微硬度更高,且各向同性表现更好,3.5μm-WC的表面显微硬度为1124.7,截面显微硬度达到1163.7。抗磨粒磨损性能也更为优异,3.5μm-WC的涂层摩擦系数在最短的时间到达稳态,摩擦系数最低,为0.546,涂层磨粒磨损量最少,仅为0.5mg。

WC-17Co粉末尺寸对粒子飞行状态与涂层性能的影响分析

目的提高碳化钨涂层的性能。方法运用Fluent软件进行超音速火焰喷涂焰流的仿真模拟,得出喷涂距离-焰流速度、喷涂距离-焰流温度曲线。采用粒子飞行监测仪对三组不同粒度（粒子平均直径分别为21.72、32.92、42.56μm）WC-17Co粉末在超音速火焰喷涂过程中的飞行状态进行监测,并得出喷涂距离-速度、喷涂距离-温度曲线,揭示喷涂过程中焰流速度、温度对粒子速度和温度的影响。通过扫描电镜观察分析不同粒度WC-17Co粉末撞击镍718合金基体后的扁平化程度,测量不同粒度WC-17Co涂层的孔隙率,比较涂层致密度的差异,同时采用压痕法测量涂层的硬度。结果 WC-17Co粒子飞行速度和温度随喷涂距离的增加呈先增大后减小的趋势,且粒子飞行速度和温度随粉末粒径的增大而减小,根据粉末粒径的不同,其速度峰值在690~810 m/s之间变化,温度峰值在1890~2050℃之间变化。直径越小的粒子撞击基体后的扁平率越高,扁平率在1.94~2.35之间。WC-17Co涂层的孔隙率随粒子直径的增大而升高,涂层的硬度与孔隙率成反比,涂层努氏硬度在1072~1284HK之间。结论超音速火焰喷涂过程中,碳化钨粉末的飞行速度和温度呈先增大后减小的趋势,且飞行速度和温度与粒子直径大小成反比。碳化钨涂层的致密度与硬度随粒子直径的增大而减小。

超音速等离子喷涂WC-17Co涂层的工艺及性能分析

以低成本压缩空气和丙烷作为工作气体,采用超音速等离子喷涂制备了WC-17Co涂层,研究了喷涂功率对涂层组织、孔隙率和相组成的影响,测试了涂层的抗压性和耐磨性.结果表明,喷涂功率显著影响粉末的熔化和脱碳程度,功率过小时,WC颗粒熔化程度低;功率过大时,WC严重脱碳生成W_2C甚至W相.喷涂功率为65 k W制备的涂层孔隙率最低(0.87%),未出现严重脱碳产物钨,涂层具有很强的抗压入变形能力,由于高硬度WC颗粒的存在,涂层的耐磨性显著提高,其磨损量仅为基体的15%,磨损形式由基体的严重磨粒磨损+粘着磨损变为涂层的轻微磨粒磨损.

热喷涂WC-17Co涂层摩擦磨损及电化学腐蚀性能研究

利用大气等离子体喷涂在45钢表面制备WC-17Co涂层,综合评价了涂层的耐磨性及耐腐蚀性能。通过X射线衍射仪对涂层相成分进行了表征;对涂层室温滑动摩擦磨损性能及电化学腐蚀行为进行了测试。结果表明:制备态涂层中存在W2C脱碳相,W2C主要形成于热喷涂涂层过程;滑动摩擦磨损试验表明WC-17Co涂层具有优良的耐磨性能,在8 N载荷下滑动摩擦磨损25 min,其磨损量仅为0.088 g;在3种溶液中电化学腐蚀试验显示WC-17Co涂层在10%HCl溶液中的自腐蚀电位最高,为-254 mV,同时腐蚀速率也最大,达2.686E-1mm·a-1。

超音速火焰喷涂多尺度WC-17Co粉末制备的金属陶瓷涂层的组织结构与性能

在不同氧气流量(322 L/min、402 L/min、482 L/min和543 L/min)条件下,将多尺度WC-17Co粉末(60%(质量分数)纳米WC和40%(质量分数)微米WC陶瓷颗粒)通过超音速火焰(HVOF)喷涂技术在Q235钢基体上制备WC-17Co金属陶瓷涂层。采用扫描电镜(SEM)和X-射线衍射技术(XRD)分别对涂层的组织形貌和物相进行分析,并测试了涂层的硬度值和耐磨损性能。结果表明,随着氧气流量降低,涂层中WC颗粒分解更为严重,在氧气流量为322 L/min时,涂层中WC陶瓷相最少。HVOF喷涂过程中氧气流量对最终形成的涂层中W、W2C与Co3W3C相的含量及涂层的硬度值和耐磨损性能有重要影响,其与前者呈负相关,与后二者呈正相关。当氧气流量控制在543 L/min时,HVOF喷涂形成的涂层中主要物相仍为WC相;通过硬度测试发现,随着氧气流量增加,涂层的硬度值逐渐增加,在氧气流量为543 L/min时,涂层具有最高硬度值((979±52. 9) Hv0. 3)和仅为(6. 6±0. 57) mg的磨损失重量。

Effects of particle density on depositing properties of WC-17Co by HVOF process

The in-flight and deposition properties of three types of WC-17 Co powder with different particle densities during a high-velocity oxygen fuel （HVOF） thermal spray process were investigated. Three types of powder exhibited similar velocity upon impact on the substrate surface. The powder with the lower particle density exhibited a higher temperature upon impingement process, resulting in the generation of a higher flattening ratio. Thus, the coating derived from the powder with the lower particle density possessed superior micro-hardness, porosity and surface roughness. However, the coating with the lowest particle density showed the poorest fracture toughness because of the generation of the largest amount of amorphous phase.

超音速火焰喷涂WC-17Co合金涂层修复飞机燃油接受探管导轨磨损部位

某型飞机燃油接受探管外筒导轨镀铬层发生磨损剥落,采用超音速火焰(HVOF)喷涂WC-17Co合金涂层对其进行修复,研究了HVOF涂层的微观形貌、力学性能和耐磨性能,并对导轨修复的燃油接受探管进行了20次全行程收放转换模拟试验、30次地面运行试验和50次空中飞行运行试验。结果表明:HVOF涂层的硬度高达1 041 HV,与导轨基体的结合强度大于85.4MPa,涂层韧性良好,耐磨性能优于电镀铬层的,且与化学镀镍磨轮配对时的对磨表面磨损程度很小;修复导轨组装的探管在收放转换模拟试验和运行试验后,其HVOF涂层均未见磨损现象,修复导轨的使用状态良好。