超音速火焰喷涂Ni60/WC-10Co4Cr复合涂层的组织与性能

以Ni60合金粉末与WC-10Co4Cr粉末为原料,采用以空气为助燃气体的超音速火焰喷涂工艺制备Ni60/WC-10Co4Cr复合涂层,研究了添加不同质量分数(20%,40%,60%)WC-10Co4Cr涂层的显微组织、耐磨粒磨损性能和耐腐蚀性能,并与电镀硬铬层进行对比。结果表明:Ni60/WC-10Co4Cr复合涂层由镍基固溶体(NiCr)、铬的碳化物(Cr_(23)C_(6)和Cr_(7)C_(3))和硼化物(Cr_(2)B)以及WC组成,涂层与基体结合紧密,孔隙率均低于1%;随着WC-10Co4Cr含量的增加,复合涂层中的硬质WC相含量增加,涂层的硬度升高,磨粒磨损体积损失明显下降,耐磨粒磨损性能提高,自腐蚀电位降低,自腐蚀电流密度增大,耐腐蚀性能下降。添加质量分数60%WC-10Co4Cr的复合涂层的性能最佳,其耐磨性能与电镀硬铬层相当,耐腐蚀性能优于电镀硬铬层,硬度略低于电镀硬铬层;采用该涂层来代替电镀硬铬是可行的。

超音速火焰喷涂410不锈钢涂层组织结构及摩擦学行为研究

采用超音速火焰喷涂技术制备氧燃比为4.36、4.91及5.51的410不锈钢涂层,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和显微硬度仪分析表征涂层微观组织结构及力学性能.研究微观组织结构和粉末沉积特性对涂层在干滑动摩擦条件下磨损性能的影响.结果表明:随着氧燃比的升高,涂层结构变得均匀致密,涂层孔隙率由0.71%下降至0.38%,涂层显微硬度略下降约1%.随着氧燃比的增加,涂层磨损率从17.96×10^(-6) mm^(3)/(N·m)下降至9.35×10^(-6) mm^(3)/(N·m),涂层耐磨性能升高,并且稳定磨损阶段涂层主要磨损机制从分层磨损和磨料磨损转变为氧化磨损和轻微磨料磨损.当氧燃比为5.51时,涂层具有较低的孔隙率和均匀的微观结构,涂层的分层磨损倾向更低.

氧气/燃料比对超音速火焰喷涂WC-Ni涂层抗冲击性能的影响

目的研究超音速火焰喷涂工艺参数对WC-12Ni硬质合金涂层抗冲击性能的影响。方法依据氧气/燃料比(λO/F)调节工艺参数,以λO/F=1.1为基准点,分别固定氧气流量811 L/min、降低煤油流量,或者固定煤油流量22.7 L/h、增大氧气流量,均使λO/F增至1.2和1.3,制备了5组涂层,分析涂层组织及力学性质的变化规律,研究柱-面接触大载荷冲击下的涂层抗冲击行为。结果λO/F对涂层组织及力学性质的影响并非已报道的单调变化规律。固定氧气流量、降低煤油流量使λO/F由1.1增至1.3时,涂层孔隙率由0.91%增至1.24%,硬度和弹性模量分别由10.1、344.0 GPa降至8.6、313.9 GPa;冲击坑体积由2.1×10^(-3)增至3.3×10^(-3)mm^(3),且损伤微观特征由WC颗粒剥落向涂层开裂发展。当固定煤油流量、增加氧气流量使λO/F由1.1增至1.3时,孔隙率降至0.85%,硬度和弹性模量分别增至10.8、382.5 GPa,冲击坑体积增至2.6×10^(-3)mm^(3),直到λO/F=1.3时涂层表面开始出现裂纹。结合涂层硬度和弹性模量分析结果可知,在H3/E2≤8.4 MPa时,涂层发生开裂损伤,裂纹长度随着H3/E2的增加而减小。在H3/E2>8.4 MPa时,涂层损伤以WC颗粒剥落为主,且随着H3/E2的增加而减轻。高H3/E2可提高涂层的抗冲击性能,当H3/E2由6.4 MPa增至8.7 MPa时,坑体积和WC剥落程度分别降低了36%、35%。结论超音速火焰喷涂WC-Ni涂层的H3/E2定量表征了其抵抗塑性变形和开裂的能力,决定了涂层的抗冲击性能。

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。

超音速火焰喷涂WC-Co-Cr涂层空蚀及影响因素研究进展

超音速火焰喷涂WC-Co-Cr涂层作为一种耐空蚀保护涂层,以其优异的性能被广泛应用于流体机械的过流部件。概述空蚀破坏的机制和超音速火焰喷涂WC-Co-Cr涂层的制备过程,同时从内因和外因两方面归纳影响此类涂层空蚀行为的因素。在此基础上,从喷涂粉末因素、喷涂制备因素、工况因素、力学性能、空蚀机理,以及与其他涂层的比较等几个方面重点综述近年来国内外学者对超音速火焰喷涂WC-Co-Cr涂层空蚀行为研究的重要成果。喷涂粉末因素主要与WC颗粒的尺度、Cr元素及稀土元素等有关;喷涂制备因素主要与喷涂工艺(助燃气体、燃料、燃烧室压力、喷嘴几何形状及喷涂粒子速度等)和喷涂后处理(封孔和磨抛处理)有关。喷涂粉末因素和制备因素会影响涂层的显微组织结构(元素分布、物相组成、孔隙率及层间结构等)和力学性能(显微硬度、断裂韧性、结合强度及残余应力等),进而影响涂层的抗空蚀性能。此外,涂层的破坏程度还受到空蚀时间和所处介质的腐蚀和流速的影响。最后,对超音速火焰喷涂WC-Co-Cr涂层空蚀研究的发展方向进行展望。

超音速火焰喷涂(HVOF)涂层的抗汽蚀性能研究

采用新型的超音速火焰喷涂(HVOF)技术,在铝青铜基体试件上喷涂了WC-Co、Ni60和NiCr三种抗汽蚀材料,通过振动汽蚀试验,研究涂层的抗汽蚀性能。试验表明,Ni60粉末喷涂层结构致密,与铝青铜基体结合较好,其抗汽蚀性能优于其它两种涂层。

超音速火焰喷涂WC-10Co4Cr涂层静态氧化行为

WC-10Co4Cr涂层具有高结合强度、高耐磨性、优良的耐蚀性和无氢脆等优点,在航空、航天、核电等领域零部件作为耐磨防护功能材料得到广泛的应用,但针对WC-10Co4Cr涂层在长时间高温环境下的性能演变研究较少。采用超音速火焰喷涂制备了WC-10Co4Cr涂层,将其置于540℃的温度下进行恒温氧化不同时间,研究氧化时间对其结构和性能的影响。采用X射线衍射、扫描电镜和显微硬度计等表征了喷涂态及不同氧化时间后的涂层物相、微观结构和硬度的演变,对物相和性能演变进行了讨论。研究结果表明,超音速火焰喷涂工艺制备的WC-10Co4Cr涂层致密、孔隙率低,喷涂过程中,WC存在少量的脱碳反应;540℃下WC_(10)Co_(4)Cr涂层平均氧化速率为0.0437 g(m^(2)·h),涂层经过氧化后,在涂层表面生成了CoWO_(4)、WO_(3)、Cr_(2)O_(3)等氧化产物。这些氧化物能在一定程度上阻止氧气的进一步扩散,减缓氧化速率。随着氧化时间的延长,涂层内部Cr、Co等不断被氧化,涂层孔隙率增大,涂层硬度随氧化时间的增加先增加后降低。

超音速火焰喷涂Fe基非晶合金涂层的性能研究

利用超音速火焰喷涂(HVOF)技术,在0Cr13Ni5Mo不锈钢基体上制备了Fe基非晶合金涂层,结果表明,采用超音速火焰喷涂工艺成功制备了一种高非晶含量的Fe基非晶合金涂层。涂层各个区域的组织均匀,孔隙率小,呈典型的层状分布;其孔隙率约为2.2%,具有很高的硬度,平均显微硬度为1065.0HV50。并且所获得的非晶合金涂层具有较高的热稳定性,在596.0℃以下使用,不会发生晶化过程。

超音速火焰喷涂涂层特性研究

研究分析了ＷＣ－Ｃｏ和ＮｉＣｒＢＳｉ两种超音速火焰喷涂涂层的内聚结合强度、残余应力、显微组织结构、孔隙率、显微硬度和耐磨性能。对热喷涂涂层残余应力的测试与分析采用了改进的Ａｌｍｅｎ试验方法，并测得了客观的涂层残余应力及其与涂层厚度和喷涂工艺的关系。应用单摆冲击划痕试验法测得了热喷涂涂层内聚结合强度。

超音速火焰喷涂制备钼基非晶纳米晶涂层的研究

利用超音速火焰喷涂(HVOF)技术,在0Cr13Ni5Mo不锈钢基体上成功的制备出了一种Mo基非晶纳米晶复合涂层.这种涂层组织均匀致密,孔隙率小,约为3.4 %,呈典型的层状分布;涂层是由非晶和纳米晶组成,在非晶基体中均匀分布了纳米晶粒.根据衍射峰的半高宽,计算出Mo基涂层中的晶粒平均尺寸为25～70 nm,与通过透射电镜的观察得到晶粒大小数20～70 nm相符;涂层具有较高的硬度,平均显微硬度为859.0 HV50;所获得的非晶纳米晶涂层具有较高的热稳定性,在1 020.1 ℃以下使用,不会发生晶型转变.

超音速火焰喷涂WC-17Co涂层微观结构与性能研究

采用超音速火焰喷涂技术喷涂了两种不同WC颗粒尺寸的WC-17Co粉末。对制备的两种涂层的硬度、孔隙率、断裂韧性、结合强度和电化学腐蚀行为进行了测试。结果表明:具有亚微米结构WC颗粒的粉末制备的涂层,在硬度、孔隙率、断裂韧性方面具有一定优势,而含有大颗粒WC相的粉末制备的涂层在结合强度、腐蚀行为方面优势明显,这说明WC颗粒尺寸对涂层性能有显著影响。

喷涂距离对超音速火焰喷涂CoCrAlYTa涂层组织性能的影响

采用超音速火焰喷涂技术制备CoCrAlYTa涂层,研究了喷涂距离对涂层相组成、孔隙率以及硬度、弯曲强度、高温抗氧化性能的影响。结果表明:喷涂距离在200～300 mm范围内时,随着喷涂距离的减小,涂层的致密度增加,孔隙率下降,显微硬度和弯曲结合强度增加,但相组成基本不变,主要由CoAl,AlCo2Ta和CoTa3相组成;涂层致密度越高,在高温氧化过程中,表面越易尽早形成连续氧化膜并促进涂层中Al元素的选择氧化,因此随着喷涂距离的减小,涂层的高温抗氧化性能逐渐增强。

超音速火焰喷涂Cr_3C_2-NiCr涂层磨粒磨损行为

采用橡胶轮磨损实验机 ,对不同工艺条件下三种类型粉末制备的HVOFCr3 C2 2 5 %NiCr涂层进行了磨粒磨损实验。发现该涂层的磨损失重量与磨程基本呈现线性关系 ,磨损率远低于低碳钢。氧气流量、燃气流量适中的条件下制备的涂层磨损率较低。用团聚致密化工艺制备的粉末沉积的涂层耐磨粒磨损性能较好。涂层的磨损机制主要为先期的粘结相优先切削和随后的碳化物剥落 ,其中碳化物的剥落对磨损过程起制约作用。

超音速火焰喷涂纳米结构涂层研究进展

超音速火焰(High Velocity Oxy-Fuel,简称HVOF)喷涂具有高速和相对较低的温度两个重要特征,能够获得比普通火焰喷涂或等离子喷涂(Plasma Spray,简称PS)结合强度更高的致密涂层。纳米材料具有独特的表面效应、体积效应及量子尺寸效应,其电学、力学、磁学、光学和热学等性能产生了惊人的变化。随着材料科学技术的深入发展,在实际生产和生活中运用性能优良的纳米材料倍受人们关注,其中,采用热喷涂技术制备纳米结构涂层是构筑纳米结构材料的最具前途的方法之一。从目前国内外的情况来看,HVOF喷涂纳米结构涂层技术的研究取得了较大的进展。综合国内外文献,总结了HVOF喷涂制备纳米结构涂层的研究现状,着重阐述了热喷涂纳米涂层的基本过程和结合机理,指出了利用HVOF喷涂纳米结构涂层存在的问题,并对热喷涂纳米结构涂层的发展前景作了展望。

超音速火焰喷涂Cr_3C_2-NiCr涂层的冲蚀磨损特性

实验研究了燃气流量、氧气流量和喷涂距离对超音速火焰 (HVOF)喷涂Cr3C2 NiCr涂层冲蚀磨损性能的影响 ,在对不同角度冲蚀后涂层表面和横截面结构分析的基础上 ,探讨了其冲蚀磨损失效机制 .结果表明 :Cr3C2 NiCr涂层的冲蚀磨损呈现脆性材料的冲蚀磨损特征 ,在 90°冲蚀率最大 ;磨料冲击引起的裂纹沿涂层内粒子界面萌生、扩展并最终导致粒子剥落 ,是涂层主要的冲蚀磨损机制 .

超音速火焰喷涂Cr_3C_2-NiCr涂层腐蚀冲蚀磨损特性

在腐蚀冲蚀磨损试验机上,用5%H2SO4和质量分数15%棕刚玉组成的腐蚀-冲蚀磨损介质,对不同燃气流量下HVOF喷涂Cr3C2-25%NiCr涂层腐蚀冲蚀磨损性能进行了试验研究,测定了涂层单位面积失重量随腐蚀冲蚀磨损时间和冲蚀角度的变化,用扫描电镜观察了涂层断面组织形貌,分析了涂层腐蚀冲蚀磨损机制.研究表明,涂层的腐蚀冲蚀磨损累积失重量随时间基本呈线性增加,适中燃气流量所沉积涂层的腐蚀冲蚀磨损率较低,且远低于低碳钢.涂层的腐蚀冲蚀磨损主要表现为早期腐蚀介质对粘结相的优先冲蚀腐蚀和随后碳化物颗粒剥落以及涂层沿层间的裂纹扩展、相互贯通和扁平粒子脱落.

超音速火焰喷涂制备NiCr金属陶瓷涂层的抗高温硫腐蚀与冲蚀磨损性能

为解决燃用高硫煤的超临界、超超临界机组锅炉受热面发生的高温硫腐蚀与冲蚀磨损,采用超音速火焰喷涂技术,喷涂自主开发的NiCr金属陶瓷涂层,研究该涂层的抗高温硫腐蚀性能以及冲蚀磨损性能,并通过现场挂片试验,考察涂层经过8 000 h服役后的剥落情况。喷涂态NiCr金属陶瓷涂层孔隙率为0.55%。在700℃环境中的高温硫腐蚀试验结果表明NiCr金属陶瓷涂层具有比2Cr13高的抗高温硫腐蚀能力,同时该涂层具有较高的抗冲蚀磨损性能。该研究利用超音速火焰喷涂的NiCr金属陶瓷涂层在贵州某燃用硫含量为2.81%的高硫煤火电厂中经8000h现场挂片服役后,涂层表面完好,结果表明该NiCr金属陶瓷涂层可有效提高超临界、超超临界机组受热面的抗高温硫腐蚀和磨损性能。

等离子喷涂与超音速火焰喷涂NiCr-Cr3C2涂层组织与摩擦磨损性能研究

目的研究等离子喷涂与超音速火焰喷涂NiCr-Cr3C2涂层的组织、力学性能和摩擦磨损性能。方法采用等离子喷涂与超音速火焰喷涂工艺制备NiCr-Cr3C2涂层,并采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、万能试验机、显微硬度计和高速往复摩擦磨损试验机,系统地分析了两种工艺所得涂层的物相、组织、结合强度、硬度及摩擦磨损性能。结果两种工艺制备的NiCr-Cr3C2涂层与基体界面结合效果良好。等离子喷涂NiCr-Cr3C2涂层为层片状组织,层间可见微裂纹,孔隙率较高;超音速火焰喷涂NiCr-Cr3C2涂层组织均匀,无明显微裂纹,可见少量微小孔隙。物相分析表明,等离子喷涂涂层由NiCr、Cr3C2和Cr7C3相组成,而超音速火焰喷涂涂层由NiCr和Cr3C2相组成。超音速火焰喷涂NiCr-Cr3C2涂层的耐磨性优于等离子喷涂涂层,等离子喷涂涂层和超音速火焰喷涂涂层的稳态摩擦系数分别为0.4和0.6。随载荷升高,两种工艺制备的NiCr-Cr3C2涂层摩擦系数均显著下降。磨损后,等离子喷涂NiCr-Cr3C2涂层表面具有明显的凹痕和剥落,而超音速火焰喷涂NiCr-Cr3C2涂层磨痕表面较光滑,未见明显剥落。两种工艺制备的涂层磨损机制均为磨粒磨损和疲劳磨损。结论超音速火焰喷涂NiCr-Cr3C2涂层较等离子喷涂涂层组织更为致密,具有更为优良的综合力学性能和耐磨性,等离子喷涂制备的NiCr-Cr3C2涂层的减摩性较好。

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。

超音速等离子与HVOF喷涂WC-Co涂层的冲蚀磨损性能研究

用超音速等离子喷涂(HEPJet)和两种进口高速氧燃气火焰喷涂(HVOF)设备(JP-5000和DJ-2700)制备WC-Co涂层,进行了孔隙率、显微硬度、结合强度及30°和90°攻角的冲蚀磨损对比实验,分析了涂层的SEM磨损形貌。结果表明,超音速等离子喷涂WC-Co涂层综合性能与JP-5000喷涂WC-Co涂层相当,优于DJ-2700;在30°冲蚀磨损条件下,WC-Co涂层的失效行为表现为疲劳剥落和微切削两种特征;在90°冲蚀磨损时,涂层的失效主要是垂直表面的磨粒冲击力导致涂层疲劳剥落。