超声速火焰喷涂WC-10Co4Cr涂层对TC11钛合金耐磨性和耐蚀性的影响

采用超声速火焰喷涂(HVOF)工艺,在随钻仪器零件常用材料TC11钛合金表面制备金属陶瓷涂层WC-10Co4Cr,利用冲击试验机测量喷涂前后钛合金的冲击韧性,使用磨粒磨损试验机测定涂层的耐磨性,采用电化学测试分析涂层的耐蚀性。结果表明:HVOF工艺对TC11钛合金的组织和性能影响较小,与未喷涂的钛合金相比,界面处基体的显微组织和显微硬度没有明显变化,冲击韧性稍有提高;HVOF工艺稳定可靠,涂层呈片层结构,致密度高,涂层的孔隙率为2.55%,硬度达到1400 HV,涂层主要由WC和W2C相组成,其与基体结合良好,为机械结合;金属陶瓷涂层能够显著改善钛合金的耐磨性和耐蚀性,喷涂涂层钛合金的磨损量是未喷涂钛合金的1.56%,喷涂涂层钛合金的磨损机制是磨粒磨损,未喷涂涂层钛合金磨损机制是磨粒磨损+黏着磨损。

WC-10Co4Cr涂层的制备工艺及性能研究

WC-10Co4Cr涂层具有高硬度和良好耐磨损性能,在航空领域应用广泛。采用超音速火焰喷涂法在A100钢表面制备了WC-10Co4Cr涂层,通过正交实验法确定最佳制备工艺,在最佳工艺条件下制备WC-10Co4Cr涂层,测试了涂层的显微硬度、残余应力、结合强度和摩擦系数。结果表明,最佳工艺条件是煤油流量为5.8 SCFH,氧气流量为1900 SCFH,喷涂距离为350 mm,送粉速率为9.5 r/min。在最佳工艺条件下制备的WC-10Co4Cr涂层平均显微维氏硬度为1137,硬度明显高于A100合金钢基底,残余应力造成的弧高值为0.373 mm,涂层的结合强度高于70.9 MPa。制备的WC-10Co4Cr涂层在显微硬度、残余应力和结合强度方面均能达到航空行业标准。WC-10Co4Cr涂层的磨损深度和磨损体积明显低于A100合金钢基底,具有更高的耐磨损性能。A100合金钢的磨损机制为黏着磨损,WC-10Co4Cr涂层的磨损机制为磨粒磨损。

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。

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。

燃料类型及喷涂参数对HVOF喷涂WC10Co4Cr涂层的组织及力学性能的影响

超音速火焰喷涂(HVOF)制备的WC基金属陶瓷涂层广泛应用于金属构件的磨损、腐蚀及空蚀防护。分别采用氢气燃料及煤油液体燃料HVOF喷涂设备分别在9种不同的工艺条件下制备了WC10Co4Cr涂层,研究了燃料类型对涂层的组织、残余应力及力学性能的影响规律。在两种燃料HVOF工艺各自优化的喷涂参数条件下,通过对基体曲率的原位监测对比测试了涂层中的平均残余应力;利用显微维氏硬度、压痕法(断裂韧性)和球盘摩擦磨损对比研究了涂层的力学性能。结果表明:液体燃料(LF)HVOF焰流中粒子的温度更低,速度更高。LF-HVOF喷涂的WC10Co4Cr涂层内的残余压应力更高且涂层致密度更高,而气体燃料(GF)HVOF喷涂的WC10Co4Cr涂层内为残余拉应力。LFHVOF涂层(1280 HV0.3, 7.3 MPa·m^0.5)比GF-HVOF涂层(1032 HV0.3, 4.5 MPa·m^0.5)具有更高的硬度和断裂韧性,LFHVOF涂层的耐磨性约为GF-HVOF涂层的1.7倍。

多功能超音速火焰喷涂WC10Co4Cr涂层磨损性能研究

应用自行研制的多功能超音速火焰喷涂设备 ,在HVOF、HOV AF、HVAF不同工况下成功制备WC1 0Co4Cr涂层 ,并测试了涂层性能。分析表明 ,HVAF工况下 ,碳化物几乎没有分解 ,涂层的显微硬度明显较高 ;三种工况中 ,涂层的磨粒磨损机制主要为碳化物颗粒的剥落 ,冲蚀磨损的失效行为主要表现为脆性材料的冲蚀磨损机制。相比之下 ,随着燃气温度的降低 ,涂层的耐磨粒磨损性能增强 ,涂层的抗冲蚀磨损性能与燃气流量和温度有关。

高焓等离子喷涂WC-10Co4Cr涂层的耐磨性

为提高马氏体不锈钢(0Cr13Ni4Mo)的表面硬度及耐磨性能,对不锈钢表面进行高焓等离子喷涂WC-10Co4Cr强化,对涂层进行组织观察和物相组成分析,并在不同温度下进行了摩擦磨损试验。研究表明:WC-10Co4Cr涂层组织致密,主要由WC物相构成,另外还有少量的W2C和Co25Cr25W8C2。在室温和高温(400℃)时,WC-10Co4Cr涂层均具有较低的摩擦因数。室温时,基体的磨损机制主要以粘着磨损和磨粒磨损为主。WC-10Co4Cr涂层其磨损机制主要以微切削为主。400℃条件下,不锈钢基体的磨损机理主要以粘着磨损和剥层为主,磨痕边缘部位主要以磨粒磨损为主。WC-10Co4Cr涂层试样的磨损机制主要以磨粒磨损为主,伴随有剥层现象出现。

超音速火焰喷涂WC-10Co4Cr涂层在NaCl溶液中的耐腐蚀性能

采用超音速火焰喷涂法(HVOF)制备高致密度的WC-10Co4Cr涂层。采用扫描电镜(SEM)、X线衍射(XRD)分析涂层的微观结构和物相变化,通过电化学极化测试和中性盐雾腐蚀试验研究HVOF WC-10Co4Cr涂层的抗腐蚀性能,并与不锈钢、电镀硬铬的性能进行对比。研究结果表明:采用这2种方法测得在NaCl溶液中各材料抗腐蚀性能由大到小顺序均为WC-10Co4Cr,电镀硬铬,不锈钢。电化学极化测试显示在3.5%NaCl溶液中WC-10Co4Cr涂层的腐蚀速率0.004 mm/a,为电镀硬铬的1/5。在35℃,5%NaCl溶液中盐雾腐蚀144 h后WC-10Co4Cr涂层仍保持良好的金属光泽,没有腐蚀痕迹。由于采用航空煤油液体燃料,喷涂过程中脱碳少,且涂层孔隙率极低(0.8%)、孔隙均匀分布,都使得Cl-不易穿透WC-10Co4Cr涂层形成微观腐蚀电池;Cr的添加促使形成耐蚀性更好的钴铬合金黏结相,能更有效地抑制黏结相在腐蚀介质中的溶解从而提高涂层耐蚀性。

超音速火焰喷涂WC-10Co4Cr涂层的耐滑动磨损行为

采用超音速火焰喷涂(HVOF)工艺制备微米结构WC-10Co4Cr涂层,分别采用金相显微镜、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和滑动磨损设备分析涂层的微观结构和滑动磨损行为。结果表明:采用液体煤油燃料HVOF喷涂的微米结构WC-10Co4Cr涂层的脱碳程度较低,涂层中仅出现WC和W2C相,而无η相(Co3W3C、Co6W6C)以及软相W。涂层微观结构致密,孔隙率约为1%,平均显微硬度为1 322HV0.3;在相同试验条件下,WC-10Co4Cr涂层的摩擦因数(约0.8)高于不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的摩擦因数(约0.5),其滑动体积损失量仅为不锈钢涂层的1/146,具有优异的抗滑动磨损性能。涂层在滑动磨损过程中首先是粘结相的脱落,然后是WC颗粒的磨损。

超音速等离子与超音速火焰喷涂WC-10Co4Cr涂层的性能及磨损机理

采用超音速等离子喷涂和超音速火焰喷涂分别制备了WC-10Co4Cr金属陶瓷涂层,表征和分析了WC-10Co4Cr涂层的物相组成、微观组织结构,进行了硬度、孔隙率、结合强度及560和1120 r/min下的磨损对比试验。结果表明,超音速等离子喷涂制备的涂层的综合性能与超音速火焰喷涂制备的涂层性能相当。在560 r/min下磨损10 h,超音速等离子喷涂制备的涂层与基体的磨损量比为1∶122.15,超音速火焰喷涂制备的涂层与基体的磨损量比为1∶138.36,涂层的磨损机制主要表现为磨粒磨损。在1120 r/min下磨损10 h,超音速等离子喷涂制备的涂层与基体的磨损量比为1∶109.53,超音速火焰喷涂制备的涂层与基体的磨损量比为1∶127.44,涂层的磨损机制主要表现为磨粒磨损和疲劳磨损。

HVOF制备纳米WC-10Co4Cr涂层的微观组织及抗冲蚀性能

为提高水轮机表面抗泥沙冲蚀性能,本实验采用超音速火焰喷涂技术(HVOF)在不锈钢(0Cr13Ni5Mo)基体上分别制备微米和纳米结构的WC-10Co4Cr涂层。通过扫描电子显微镜(SEM)分析不同结构WC-10Co4Cr粉末和涂层的微观组织结构,并对涂层的显微硬度、结合强度和抗冲蚀性能进行对比,探讨涂层泥沙冲蚀机理。结果表明:HVOF制备的纳米结构WC-10Co4Cr涂层组织致密,涂层的显微硬度、结合强度高于微米涂层,冲蚀质量损失远小于微米涂层;纳米结构可细化涂层晶粒,增强涂层的显微硬度和韧性,提高涂层的抗微切削和抗疲劳剥落性能,有利于涂层的抗泥沙冲蚀性能。

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。

HVAP及HVOF工艺制备WC10Co4Cr复合涂层及其性能研究

目的对比研究超音速等离子喷涂(HVAP)技术与超音速火焰喷涂(HVOF)技术制备WC10Co4Cr涂层,并根据涂层组织形貌与电化学特性判断两种工艺的优劣。方法采用SEM及XRD分析WC10Co4Cr复合涂层的微观形貌和物相,在3.5%(质量分数)Na Cl溶液中对涂层进行电化学分析。结果 WC10Co4Cr涂层由较大的WC颗粒及粘结相组成,在喷涂过程中WC颗粒不断累积形成层片状结构,涂层有较小程度的失碳,形成了具有脆性的W2C。电化学极化测试表明,超音速等离子喷涂技术制备的涂层表现出优异的抗电化学腐蚀性能。结论超音速等离子喷涂技术制备的WC10Co4Cr涂层显微硬度为1197HV,孔隙率为0.50%,腐蚀电位为-0.3947 V,腐蚀电流密度为9.19×10-7A/cm2,腐蚀速率为1.01×10-2g/(m2·h),腐蚀深度为1.09×10-2mm/a,具有与超音速火焰喷涂涂层相似的耐腐蚀性能。

HVOF喷涂WC-10Co4Cr涂层的性能及滑动磨损机理

目的研究WC-10Co4Cr涂层的耐滑动磨损性能及机理。方法在0Cr13Ni5Mo不锈钢基体上,采用超音速火焰喷涂(HVOF)制备了WC-10Co4Cr金属陶瓷涂层。分析了WC-10Co4Cr涂层的物相组成、显微组织,并测试了其硬度、结合强度、孔隙率及在560 r/min和1120 r/min转速下的滑动磨损性能。结果涂层的显微硬度为1325HV0.2,结合强度为72 MPa。涂层组织致密,孔隙率为0.76%。在560 r/min下磨损10h,涂层与基体的磨损失重比为1:138.36;在1120 r/min下磨损10 h,涂层与基体的磨损失重比为1:127.44。结论在滑动摩擦磨损的初期,涂层的磨损失效机制主要表现为磨粒磨损。随着滑动速度的增大,涂层的磨损失效机制主要表现为疲劳磨损。

超音速火焰喷涂WC-10Co4Cr涂层的力学性能及断裂机理

采用超音速火焰喷涂技术(HVOF)在不锈钢基体上制备了WC-10Co4Cr涂层,测试了涂层的显微硬度和结合强度,研究了涂层的物相组成和横截面、断裂面的形貌,分析了涂层的断裂方式和断裂机理。结果表明:WC-10Co4Cr涂层的平均显微硬度达1 147.6HV,结合强度为70MPa;涂层的拉伸断裂为典型的脆性断裂,没有明显的塑性变形过程;涂层中颗粒间的孔隙和微裂纹在外应力的作用下形成裂纹,裂纹沿颗粒与颗粒间的界面扩展并伴随扩展方向的偏转,最终导致涂层的断裂。

活塞杆用纳米WC-10Co4Cr涂层的微观结构及性能

采用大功率超声速喷涂火焰(HVOF)技术在活塞杆表面制备了纳米WC-10Co4Cr陶瓷涂层。通过扫描电镜(SEM)、金相分析仪、结合力试验机、显微硬度计、电化学工作站等手段分析研究了纳米WC-10Co4Cr陶瓷活塞杆的表面性能。结果表明:纳米WC-10Co4Cr陶瓷涂层具有远高于活塞杆基材的硬度及耐蚀性,在500g载荷下与氮化硅球对磨180min,涂层的磨损量少于基材的1/150,并且涂层与基材之间的结合强度超过80 MPa。制备的纳米WC-10Co4Cr陶瓷涂层完全满足活塞杆的实际使用需求,并且可以大幅提高其使用寿命。

超音速火焰喷涂WC-10Co4Cr涂层的高周疲劳损伤

采用超音速火焰喷涂方法在300 M钢基体上制备了WC-10Co4Cr涂层,对其和在300 M钢上的电镀铬层进行了高周疲劳试验,采用SEM及EDS等对经高周疲劳后的涂层开裂和剥落机理进行了研究。结果表明:经过2/3疲劳寿命周次的高周疲劳后,WC-10Co4Cr涂层出现多条平行周向裂纹,裂纹与载荷方向垂直,为正断;试样疲劳断裂后,WC-10Co4Cr涂层断口附近有剥落,随载荷的增加,剥落面积增大;而电镀铬层在试样断裂后表面裂纹也不十分明显,高载荷下断裂后有少许镀层剥落。

Ca3Co4O9的电子结构、化学键及热电性能

Ca_3Co_4O_9是一类很有希望的新型氧化物热电材料,用离散变分密度泛函方法(DFT-DVM)计算了失配层钴酸盐Ca_3Co_4O_9的电子结构和化学键,讨论了它们与热电性能之间的关系。结果表明,Ca_3Co_4O_9属于窄带半导体,在费米能级附近Co 3d主要对导带贡献,O2p主要对价带贡献。Ca_2CoO_3层中Co-O键表现出明显的各向异性特征,在c轴方向上化学键比ab-面方向上强。Ca连接了CoO_2和Ca_2CoO_3层的相互作用,Ca与周围O原子的弱结合有可能导致材料的低热导率。

低温超音速火焰喷涂WC-10Co4Cr涂层的抗泥浆冲蚀性能

以5～20μm超细WC-10Co4Cr粉末为原料,采用低温超音速火焰喷涂技术（LT-HVOF）制备WC涂层。利用扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）表征和分析WC-10Co4Cr粉末及涂层的显微结构形貌与相结构。用冲刷磨损试验机测试涂层泥浆的冲蚀性能。结果表明,泥浆冲蚀攻角变化对涂层的冲蚀质量损失影响不明显。低攻角下涂层冲蚀机制以黏结相的微切削为主,剥落凹坑的面积大而浅,高攻角下涂层的主要冲蚀机制为裂纹萌生和扩展导致的涂层剥落,凹坑面积小而深。

超音速等离子喷涂WC-10Co4Cr涂层的力学性能及冲蚀磨损失效分析

为改善水轮机表面的抗冲蚀磨损性能,采用超音速等离子喷涂微米WC-10Co4Cr粉末制备碳化物金属陶瓷涂层。对涂层的显微硬度、孔隙率、结合强度、抗冲蚀性能进行了测试,通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征和分析了WC-10Co4Cr涂层的物相组成、微观组织结构,并探讨了涂层在含沙水流中的冲蚀磨损失效机制。结果表明:获得的WC-10Co4Cr涂层的孔隙率为0.5%,平均显微硬度达1 226HV0.2,结合强度为70MPa,涂层的抗冲蚀磨损性能是基体的2.46倍,可有效提高基体的抗冲蚀性能,在含沙水流作用下的冲蚀磨损失效以犁削和剥落磨损为主。