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。

镁合金表面热喷涂WC-10Co-4Cr粒子沉积及分布特性

为了探究高速空气燃料热喷涂(activated combustion-high velocity air fuel,AC-HVAF)过程中喷涂粒子撞击基材后的沉积特性。采用AC-HVAF热喷涂技术在AZ80镁合金基体上沉积WC-10Co-4Cr硬质涂层。通过离散沉积实验获得薄层沉积粒子,探讨各种沉积形貌的种类、形成原因、结合机制及射流中粒子的径向和轴向分布。结果表明:在AC-HVAF粒子沉积过程中,嵌入型沉积为主要的沉积形貌,同时包含少量的破碎型与空腔型沉积粒子。在涂层的形成过程中,嵌入型沉积对涂层/基体结合性能起重要作用;空腔型沉积的小颗粒及破碎型沉积的大颗粒是造成沉积效率下降的主要原因。喷涂粒子主要集中在射流中心,越靠近射流边缘,空腔型沉积粒子越多,最终导致AC-HVAF粒子射流呈现出空间分布特征。

超细粉末低温超音速火焰喷涂WC-10Co-4Cr涂层及其干摩擦磨损性能

为了进一步提高超细粉末WC喷涂层的性能,以5~15μm的超细WC-10Co-4Cr粉末为材料,分别采用低温超音速火焰喷涂(LT-HVOF)和超音速火焰喷涂(HVOF)技术在316L不锈钢表面制备WC涂层。通过聚焦离子束(Focused ion beam,FIB)对WC-10Co-4Cr粒子剖面形貌进行了原位切割并分析,利用SEM形貌、EDS谱和摩擦磨损试验对涂层的显微结构和干摩擦磨损性能进行了表征。结果表明:HVOF的高焰流温度使超细WC-10Co-4Cr粉末的粘结相充分熔融,WC硬质相溶于粘结相或发生脱碳,形成Cox(WC)y脆性相和W2C相,另外因Cr较低的表面张力使涂层内界面存在富Cr带,而LT-HVOF涂层没有富Cr带;LT-HVOF涂层的摩擦系数和磨损率分别为0.632 2,1.560×10-5mm3/(N·m),均低于HVOF涂层;2种WC涂层的磨损形式均以磨粒磨损为主,HVOF涂层中的富Cr带在载荷作用下形成裂纹并易于沿其扩展,造成涂层较大块剥落,降低了WC涂层的耐磨性能。

稀土改性WC-10Co-4Cr HVOF热喷涂涂层的制备及力学性能

为提高WC-10Co-4Cr热喷涂涂层性能,制备了添加0.2wt.%纳米Pr_(6)O_(11)的WC-10Co-4Cr热喷涂粉末及其高质量涂层,并研究了纳米Pr_(6)O_(11)对WC-10Co-4Cr涂层的影响。采用团聚烧结法制得纳米Pr_(6)O_(11)弥散分布WC-10Co-4Cr热喷涂粉末,并利用JP8000超音速火焰喷涂设备在304不锈钢基体表面制备了Pr_(6)O_(11)改性WC-10Co-4Cr致密涂层,通过ICP-MS、XRD、XPS、SEM和显微硬度计等对热喷涂粉末及其HVOF涂层进行了微观表征和力学性能测试。与未加稀土的空白对照样相比,添加微量纳米Pr_(6)O_(11)的WC-10Co-4Cr(Pr_(6)O_(11))HVOF热喷涂涂层综合力学性能得到有效改善,其平均努氏硬度达到1267.85 HK,平均弹性模量达到363.8 GPa,平均断裂韧性达到4.51 MPa·m^(1/2),这得益于添加纳米Pr_(6)O_(11)使涂层微观组织更加致密、细小、均匀。

等离子熔覆Fe基/WC-10Co-4Cr涂层的组织与性能研究

目的制备高强度和高硬度的耐磨性涂层,用于已磨损的机械零件表面,以延长其使用寿命,避免机器因磨损而带来的各种故障。方法采用等离子熔覆技术在40CrMnMo表面制备WC-10Co-4Cr/Fe300合金复合熔覆层,研究不同质量分数WC-10Co-4Cr对熔覆层组织和性能的影响。利用金相显微镜、超景深光学显微镜、SEM、EDS、XRD对熔覆层的组织形貌进行表征和物相分析,借助数显显微硬度计和销盘式摩擦磨损试验机测试熔覆层的硬度和耐磨性。结果WC-10Co-4Cr/Fe300合金作为一种复合材料,与基材形成了冶金结合,结合区域无孔洞和裂纹。熔覆层微观结构随着WC-10Co-4Cr含量的增加,逐渐由柱状晶向树枝晶过渡,它主要由Fe6W6C、(Cr、Fe)23C6和WC相组成。熔覆层的平均硬度大致随着WC-10Co-4Cr含量的增加而提高,当WC-10Co-4Cr的质量分数达到20%时,熔覆层的硬度最高(518.5HV0.2),大约是基体硬度的1.7倍。熔覆层的主要摩擦机理为磨粒磨损,随着WC-10Co-4Cr含量的增加,熔覆层的耐磨性得到显著改善。当WC-10Co-4Cr的质量分数为30%时,其磨损量比基体的总磨损量少0.0186 g,熔覆层的耐磨性最好。结论加入的WC-10Co-4Cr粉末与Fe300合金粉末反应生成了Fe6W6C、(Cr、Fe)23C6强化相,显著提高了熔覆层的硬度和耐磨性。

WC-10Co-4Cr热喷涂涂层的氧化行为研究

为提高奥氏体不锈钢在高温条件下的使用稳定性,通过超音速火焰喷涂(HVOF)在其表面制备了WC-10Co-4Cr涂层,并测试了涂层在不同温度下的氧化行为。利用X射线衍射仪、扫描电镜和热重分析仪对氧化前后涂层的相组成、组织形貌和氧化增重过程进行表征。结果表明,该涂层在400℃几乎不发生氧化,在500℃时会发生轻微氧化,而当温度升高至600℃时,氧化速率显著升高,涂层在经历1 h氧化后发生脱落,氧化产物主要为WO_(3)和CoWO_(4)。

稀土Lu改性对WC-10Co-4Cr涂层耐蚀性能的影响

为提高WC-10Co-4Cr涂层的耐蚀性,通过在WC-10Co-4Cr热喷涂粉末中添加纳米稀土氧化物(Lu_(2)O_(3))粉末,利用超音速火焰喷涂技术制备了稀土Lu改性的WC-10Co-4Cr涂层。利用电化学工作站研究了稀土元素Lu对WC-10Co-4Cr涂层腐蚀行为的影响,结合显微组织分析了稀土元素Lu改性对涂层腐蚀作用机制。结果表明,稀土元素Lu的添加能够有效地提高WC-10Co-4Cr涂层的致密度、细化涂层的颗粒尺寸;抑制了WC颗粒的氧化行为,进而降低腐蚀电流,提高涂层的耐腐蚀性能。

不同工艺粉末对超音速火焰喷涂WC-10Co-4Cr涂层性能的影响

对比分析了采用烧结破碎和团聚烧结工艺制备的两种WC-10Co-4Cr粉末的物理性能和物相组成。采用超音速火焰喷涂技术对两种粉末进行了涂层制备,并对两种涂层的性能进行对比评价,结果表明:团聚烧结粉末制备涂层的硬度、孔隙率和抗冲蚀磨损性能均优于烧结破碎粉末制备涂层,但其结合强度略低于烧结破碎粉末制备涂层。

WC-10Co-4Cr含量对HVOF制备WC-10Co-4Cr/Ni60涂层性能的影响

为改善农业机械工作部件的耐磨性和耐腐蚀性能,提高其使用寿命,采用超音速火焰喷涂的技术,在45#钢表面制备WC-10Co-4Cr/Ni60涂层。在Ni60粉末中分别添加质量分数为0、10%、20%和30%的WC-10Co-4Cr粉末,探究WC-10Co-4Cr含量对WC-10Co-4Cr/Ni60涂层性能的影响。结果表明,制备的WC-10Co-4Cr/Ni60涂层组织均匀致密,涂层主要由γ(NiCr)相和WC相组成,含有少量的W_(2)C、Ni_(3)Fe和Cr_(3)Si相,没有明显的氧化脱碳现象。30%WC-10Co-4Cr/Ni60涂层的硬度达到9.35 GPa,是Ni60涂层的1.23倍,该涂层的耐磨性能最好,在摩擦115 m后,单位面积的总磨损量47.2 mg/cm^(2),比Ni60涂层减少了35.3%。20%WC-10Co-4Cr/Ni60涂层的断裂韧性最高为6.04 MPa·m^(1/2),相较于Ni60涂层提高了24.3%,此外,该涂层在酸性环境中的耐腐蚀性能均最佳。

WC-10Co-4Cr粉末及涂层性能研究

采用北京矿冶研究总院生产的WC-10Co-4Cr复合粉末作为喷涂材料,对该粉末的流动性、松装密度、表面形貌、元素分布等物理性能进行了分析。采用HVOF喷涂法制备WC-10Co-4Cr涂层,测试了涂层的结合强度和显微硬度,并利用HITACHIS-3500型扫描电子显微镜对涂层的显微组织进行了分析。研究结果表明:北京矿冶研究总院生产的WC-10Co-4Cr复合粉末具有良好的物理性能。采用HVOF喷涂制备的WC-10Co-4Cr涂层的连续性和致密度良好,且具有高硬度和结合强度,涂层中各组分分布均匀,没有明显的偏析现象。

WC-10Co-4Cr粉末及涂层性能研究

对采用两种不同原料制备的WC-10Co-4Cr粉末A和B的物理性能进行了分析;采用HVOF喷涂方法制备A、B粉末对应的涂层,分析了涂层的形貌和硬度。分析结果表明:A、B粉末的颗粒球形度较好,对应涂层中元素分布均匀,粉末B对应的涂层具有较高的硬度,且涂层硬度分布较均匀,优于粉末A对应的涂层。

WC粒度对WC-10Co-4Cr复合粉末特性及其涂层性能的影响

利用超音速火焰喷涂技术制备了微米结构、亚微米结构、纳米结构以及多尺度结构的WC-10Co-4Cr涂层,研究了WC粒度对WC-10Co-4Cr复合粉末表面和内部结构及其涂层的孔隙率、硬度分布和断裂韧性的影响规律。结果表明:采用团聚烧结法制备的热喷涂粉末球形度较高,表面呈疏松多孔状,主要物相为WC、Co和Co_(3)W_(3)C;利用超音速火焰喷涂技术制备的涂层均与基体结合良好,涂层主要物相为WC、W_(2)C和少量的Co_(x)W_(x)C非晶组织,涂层孔隙率均小于0.6%,硬度WeiBull分布均呈单峰特征,平均显微硬度均大于1000 HV0.3,断裂韧性均大于2.5 MPa·m^(1/2)。随着WC粒度的减少,涂层显微硬度提高,断裂韧性降低;多尺度WC-10Co-4Cr涂层的孔隙率相对于单尺度涂层降低了68%,硬度分布相对均匀,同时具备较高的显微硬度和断裂韧性。

粉末尺寸和喷涂工艺对超音速火焰喷涂WC-10Co-4Cr涂层冲蚀磨损性能的影响

对2种不同粒度的WC-10Co-4Cr粉末,在不同超音速火焰(HVOF)喷涂工艺参数条件下制备涂层。采用正交回归试验方法研究了喷涂工艺对HVOF WC-10Co-4Cr涂层耐冲蚀性能的影响,并探讨了粉末尺寸对涂层耐冲蚀性能的影响。采用扫描电镜观察涂层的冲蚀表面形貌,以分析涂层的冲蚀机理。结果表明:粉末尺寸、丙烷气体流量、氧气流量和喷涂距离对HVOF WC-10Co-4Cr涂层耐冲蚀性能有较大影响。在正交试验的结果基础上,建立了冲蚀磨损率与喷涂工艺参数之间的二次回归方程。在低角度冲蚀时涂层的冲蚀机理主要是犁削磨损,而大角度冲蚀时主要是喷涂粒子的层间剥落。

烧结温度对团聚高温快速烧结WC-10Co-4Cr粉末及其HVOF涂层性能的影响

本实验采用团聚高温快速烧结法制备了WC-10Co-4Cr复合粉末,并用超音速火焰喷涂技术在钢基体上制备涂层,研究了烧结温度对WC-10Co-4Cr复合粉末以及涂层微观组织和耐磨性能的影响。结果表明:随着烧结温度从1250℃升高至1450℃,团聚高温快速烧结法制备的WC-10Co-4Cr复合粉末致密度增加,平均粒度减小,粉末均匀性降低;随着粉末烧结温度的升高,超音速火焰喷涂WC-10Co-4Cr涂层的孔隙和缺陷增多,耐磨性能减弱,涂层磨损机制从粘结相的微切削变成剥层磨损。

HVOF喷涂WC-10Co-4Cr涂层的砂浆冲蚀行为

以2种不同的HVOF喷涂系统和3种商用粉末在0Cr13Ni5Mo基材上喷涂6种WC–10Co–4Cr涂层,用自行研制的料浆罐冲蚀设备对涂层和基材的砂浆冲蚀行为进行了研究,分析了显微结构和显微硬度对涂层冲蚀性能的影响及涂层冲蚀后的表面形貌。结果表明,在文中试验范围内涂层和基材的冲蚀失重均随冲蚀时间线性增加;各攻角下,WC–10Co–4Cr涂层的耐冲蚀性远远优于0Cr13Ni5Mo不锈钢;除了分层和裂纹明显的涂层,HVOF热喷WC–10Co–4Cr涂层的冲蚀失重表现出对攻角不敏感的特征。涂层的冲蚀机制为粘结相的微切削和涂层片状剥落,低攻角下的剥落坑面积大而浅,高攻角时面积小而深,片状剥落的程度随涂层气孔率的增加而增加。

WC粒度对超音速火焰喷涂WC-10Co-4Cr涂层耐腐蚀性能的影响

采用制粒-高温快速烧结法制备两种分别含亚微米级和微米级WC粒径的WC-10Co-4Cr喷涂粉末,并用超音速火焰喷涂(HVOF)技术在45#钢基体上制备涂层;利用扫描电子显微镜和电化学工作站分别对涂层的显微形貌及耐腐蚀性能进行分析检测,探讨WC粒度对涂层耐腐蚀性能的影响和涂层的电化学腐蚀机理。研究结果表明:两种涂层组织致密,界面结合良好;含亚微米级WC粒径的涂层具有相对较低的孔隙率,使其涂层的耐腐蚀性能优于含微米级WC粒径的涂层。在3.5%Na Cl溶液中涂层的硬质相WC和粘结相Co发生电偶腐蚀,且低电位的Co相优先腐蚀,导致WC颗粒脱落,出现凹坑及点蚀现象。

超音速火焰喷涂WC-10Co-4Cr涂层的微观组织与摩擦磨损性能

采用超音速火焰(High Velocity Oxygen Fuel,HVOF)喷涂技术在Q235钢基体上制备WC-10Co-4Cr涂层。利用透射电子显微电镜、扫描电子显微电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、摩擦磨损试验机等手段对涂层的微观组织结构和摩擦磨损性能进行研究。结果表明:采用HVOF喷涂技术制备的WC-10Co-4Cr涂层结构致密,与基体结合良好,孔隙率为0.67%。涂层中的物相以WC为主,此外还含有少量W2C相和非晶相。涂层的平均显微硬度为1230HV0.3。WC-10Co-4Cr涂层具有良好的耐摩擦磨损性能,累计磨损量(14.4mg)仅为Cr12MoV冷作模具钢的2/5。磨粒磨损为WC-10Co-4Cr涂层的主要磨损机制。

超音速火焰喷涂制备WC-10Co-4Cr涂层工艺参数的优化

采用超音速火焰喷涂(HVOF)系统在Q235钢表面制备了WC-10Co-4Cr涂层,用正交试验方法研究了喷涂距离、氧气流量、煤油流量等工艺参数对涂层孔隙率和显微硬度的影响。结果表明:氧气流量是影响涂层孔隙率和显微硬度的最显著因素,煤油流量和喷涂距离的影响较小;最佳工艺参数为氧气流量897L·min-1、煤油流量0.38L·min-1、喷涂距离300mm,在此工艺参数下制备涂层的孔隙率为0.31%,显微硬度为1 323HV。

颗粒致密度对WC-10Co-4Cr涂层性能的影响

利用超声速火焰喷涂技术(High velocity oxygen fuel,HVOF)并采用两种不同颗粒致密度的WC-10Co-4Cr合金粉末在300M钢表面制备涂层。采用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计等设备对两种涂层的微观组织结构及特性进行分析,重点研究碳化钨颗粒的沉积过程,并通过腐蚀电化学试验研究两种涂层的耐腐蚀性能。结果表明,高颗粒致密度粉末在喷涂过程中WC相分解率为15.74%,是低颗粒致密度粉末的1.34倍,喷涂过程中WC相的分解率由碳化钨颗粒在超声速焰流中吸收的热能和颗粒中钴包WC粒子的包覆性两方面因素共同决定;高颗粒致密度粉末制备的涂层的孔隙率为1.52%,显微硬度为1 218 HV,分别是低颗粒致密度粉末制备的涂层的1.95倍和1.04倍,颗粒中钴包碳化钨粒子的铺展性是影响涂层孔隙率及显微硬度的关键因素;腐蚀电化学试验结果表明,颗粒致密度较低的碳化钨粉末制备的涂层耐腐蚀性能较好。

不同颗粒致密度WC-10Co-4Cr涂层的耐腐蚀性能

在300 M钢表面上,利用超音速火焰喷涂技术将两种不同颗粒致密度的WC-10Co-4Cr粉末制成涂层.利用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计分析涂层的微观组织,通过极化试验和浸泡试验分析涂层的耐腐蚀性能.结果表明,高颗粒致密度粉末制备的WC-10Co-4Cr涂层孔隙率为1.52%,是低颗粒致密度粉末制备涂层的1.95倍;在3.5%NaCl溶液中,高颗粒致密度粉末制备涂层的耐蚀性较差,腐蚀电流密度是低颗粒致密度粉末制备涂层的2.67倍.低颗粒致密度粉末制备的涂层孔隙率低,对基体的保护性较好.