Ti55531钛合金超音速火焰喷涂WC-10Co4Cr和WC-17Co工艺对比研究

采用HVOF技术在Ti55531钛合金基体上制备WC-10Co4Cr和WC-17Co涂层。利用SEM分析试样微观形貌,采用光学分析软件计算涂层孔隙率,使用显微硬度计、常温持久强度试验机测试涂层显微硬度、结合强度,并对试样进行了中性盐雾腐蚀试验,对比分析其耐蚀性。结果表明:在Ti55531钛合金基体上制备的WC-10Co4Cr, WC-17Co涂层微观组织致密,孔隙率分别为0.57%,0.43%;结合强度分别为76.8,80.4 MPa;显微硬度分别为HV_(0.3)1 206.4,HV_(0.3)1 005.6,均明显高于Ti55531基体的HV_(0.3)394.2;WC-10Co4Cr和WC-17Co涂层均能有效地提高基体的耐蚀性能,其中WC-10Co4Cr涂层耐蚀性能更优。2种涂层性能指标均满足规范要求。

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。

等离子熔-喷WC-17%Co涂层工艺参数对外观形貌的影响

等离子熔-喷技术同时具备等离子喷涂、熔焊技术的综合特点,可以实现各种陶瓷材料涂层与基体的冶金结合。Co基WC具有硬度高、耐磨损、耐腐蚀、耐高温等一系列优点。采用等离子熔-喷技术在Q235钢基体表面制备WC-17%Co涂层,通过研究等离子熔-喷工艺参数(等离子熔枪和喷枪角度、熔枪和喷枪与基材表面的距离、熔-喷速度、喷涂送粉量)对涂层外观形貌的影响,获得最佳的工艺参数,制备出外观形貌良好、无缺陷的熔-喷涂层。

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。

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。

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.

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。

等离子熔—喷WC-17Co涂层的组织结构II

采用等离子熔—喷技术,在Q235钢表面制作了具有冶金结合的WC-17Co金属陶瓷涂层。采用光学显微镜、SEM、TEM、及EDS等方法,对熔—喷层的组织形貌、相结构及成分进行了分析研究。结果表明,熔—喷涂层组织结构比较复杂,而且有规律地分布在涂层中的不同区域,表层主要由十字花状Fe3W3C初晶、鱼骨状γ-Fe+Fe3W3C共晶、鱼骨状共晶周围的“黑边”和基体组成。中部主要由粗大的树枝状Fe3W3C初晶和枝晶间γ-Fe+Fe3W3C(FeW3C)共晶组成。底部组织比较细密,主要由碳化物WC、Fe3W3C初晶和γ-Fe+Fe3W3C(FeW3C)共晶组成。

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.

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。

等离子熔-喷WC-17%Co涂层的组织结构(I)

采用等离子熔-喷技术,在Q235钢表面制作了WC-17%Co金属陶瓷涂层,实现了涂层与基体为冶金结合的高结合强度涂层结构,从而解决了陶瓷涂层结合强度低的关键性难题。采用光学显微镜、SEM、TEM及EDS等方法,对熔-喷涂层接头形貌进行了分析研究。试验结果表明,熔-喷接头具有类似焊接接头的特征,是由涂层、熔合区、扩散区、热影响区所组成。熔-喷涂层与常规的喷涂涂层组织结构大不相同,组织结构比较复杂,主要由M6C(Fe3W3C或Co3W3C)、WC、γ-Fe、Co3O4、γ-Co、FeW3C、Fe2W和W2C等相组成,而且有规律地分布在涂层中的不同区域,根据组织结构的不同,涂层可分为表面层、中间冶金反应层和底层三个区域。

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-17%Co等离子喷涂层组织结构及磨损性能研究

研究了等离子喷涂WC-17%Co涂层的显微结构、相组成、平均硬度和磨损形貌、耐磨性能。结果表明:涂层硬度较高,喷涂层发生了物相转变。涂层具有很高的耐磨性能,磨损机制以剥落磨损为主。

超音速火焰喷涂两种WC-17%Co涂层的组织和性能研究

采用超音速火焰喷涂法制备纳米和普通WC-17％Co涂层，借助于SN-3400型扫描电镜（SEM）、D8型X射线衍射仪（XRD）、HXD-1000TM型显微硬度计、SHT4605型拉伸试验机和TRB型球盘磨损试验机对涂层组织结构、相组成、显微硬度、结合强度及耐磨性能进行了分析，结果表明，两种WC-17％Co涂层形成过程中WC发生了分解，并形成了W2C、W和CoxWyCz（Co3W3C、Co3W9C4）等一些新相，纳米涂层的组织形态明显好于普通涂层，组织晶粒细小，WC晶粒保持在120～150nm的纳米尺度范围；纳米涂层的显微硬度、结合强度和耐磨性都高于普通涂层，相比之下，纳米涂层的显微硬度、结合强度比普通涂层高出近30％，在相同的试验条件下普通涂层的磨损体积是纳米涂层的2倍．

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。