HVOF超音速火焰喷涂WC10Co4Cr涂层的研究

通过对HVOF超音速火焰喷涂WC10Co4Cr涂层的工艺研究,确定合理的喷涂工艺参数,并探讨喷涂工艺各因素对涂层的影响。涂层的金相组织、显微硬度、结合强度等性能测试结果表明:HVOF超音速火焰喷涂WC10Co4Cr涂层符合图纸的涂层性能要求。

超音速火焰喷涂(HVOF)多相流瞬时演化机理及敏感性分析

以航空煤油为燃料的超音速火焰喷涂(HVOF)技术在制备WC-Co涂层方面具有独特优势。目前对HVOF热喷涂稳态过程的研究无法揭示燃料液滴在燃烧室中的动态燃烧行为。液体燃料进入燃烧室前需要雾化,量化揭示燃料燃烧反应瞬时演化机理是优化喷涂工艺的关键。基于JP5000喷枪建立HVOF热喷涂过程瞬时演化数值模型。将煤油液滴破碎、气化过程、燃烧反应焰流与喷涂粒子直接耦合。采用双向耦合欧拉-拉格朗日方法跟踪连续相和离散相,以realizable k-ε湍流模型、一步反应涡耗散模型(EDM)表述喷涂燃烧焰流特性。通过KHRT(Kelvin-Helmholtz Rayleigh-Taylor)破碎模型描述航空煤油液滴破碎过程。基于可靠性理论,综合分析煤油液滴直径、氧气/燃料比率及反应物质量流量对喷涂粒子飞行行为的影响。结果表明:氧气/燃料比率对粒子温度影响程度最大,煤油液滴直径对粒子速度影响最大。HVOF瞬时演化模型可以直观呈现燃料的动态行为及喷涂粒子的飞行特性,可为优化热喷涂工艺提供参考和理论支撑。

超音速火焰喷涂制备CoNiCrAlY涂层性能研究

CoNiCrAlY涂层常用作工作层和金属基体之间的过渡层。采用了SHV-50超音速火焰喷涂设备在45钢表面制备了CoNiCrAlY涂层。分析了CoNiCrAlY涂层的微观组织结构、显微硬度、孔隙率、表面粗糙度、结合强度、电化学性能。结果表明:SHV-50超音速火焰喷涂获得的CoNiCrAlY涂层的孔隙率为0.48%,涂层的平均显微硬度为497.2HV0.2,涂层结合强度均值达70 MPa,抗热震次数达26次,涂层的表面粗糙度平均值为Ra6.43,利于工作层与过渡层的结合。CoNiCrAlY涂层的抗电化学腐蚀能力强于基体。SHV-50超音速火焰喷涂设备制备的CoNiCrAlY涂层可用作工作层和金属基体之间的过渡层。

超音速火焰喷涂TiB_(2)-Co涂层组织与性能研究

采用机械合金化技术制备TiB_(2)-Co金属陶瓷复合粉末,通过超音速火焰喷涂技术制备TiB_(2)-Co金属陶瓷涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)观察TiB_(2)-Co金属陶瓷涂层的微观结构特征,并对涂层进行显微硬度、磨粒磨损和磨损形貌测试,以评价涂层的性能。结果表明,涂层表面存在完全熔化区和部分熔化区;涂层呈典型的叠层状结构,与基材结合良好;涂层的硬度明显高于基体金属,是基体金属的4.5倍;磨损失重量仅为基体金属的14;涂层磨损试样表面存在空穴和犁沟,其磨损机制主要为黏着磨损和磨粒磨损。

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。

超音速火焰喷涂铁基非晶纳米晶涂层的工艺参数与性能试验

为了进一步深入研究铁基非晶涂层的制备和性能,利用人工神经网络和多因素多水平设计对超音速火焰喷涂技术制备的铁基非晶纳米晶涂层的工艺参数和性能进行了优化,以期对铁基非晶涂层的实际应用提供参考.多因素多水平试验通过设计分析方法和设计实验参数,建立神经网络模型,研究了煤油量、氧气量、送粉率和喷涂距离四项工艺参数对涂层孔隙率、硬度、结合强度和沉积效率的影响规律.采用扫描电镜、透射电镜等手段表征了粉末及涂层的显微结构和内部微观组织形貌;采用X射线衍射仪、同步热分析仪等设备对粉末和涂层成分、相组成和非晶程度进行了观察分析.验证了工艺参数优化过程的计算机模拟结果,确定了最佳喷涂工艺参数范围,进一步提升了涂层的性能.讨论了喷涂过程中孔隙形成的微观过程和非晶纳米晶对涂层性能的影响机理.研究表明各工艺参数对涂层性能是多因素互相影响的,理论上最佳喷涂工艺参数为煤油量23 L·h^(-1)、氧气量51 L·h^(-1)、送粉率72 g·min^(-1)、喷涂距离280 mm,制备出的铁基非晶涂层厚度约为270μm、孔隙率约为1.3%、结合强度约为84 MPa、硬度约为1110 HV_(0.3).涂层非晶程度在80%左右,纳米晶尺寸为3~5 nm,涂层在600℃以下不会发生晶化过程.

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(HVOF)喷涂Fe-Cr基涂层的组织与耐蚀性

采用多元Fe—cr基合金（含Si、Mn、B等）作为喷涂粉末，用JP-5000超音速火焰喷枪在不锈钢基体上制备厚度约200μm的Fe基涂层。采用金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜对涂层的组织结构进行了观察和分析，采用盐雾试验箱对涂层的耐蚀性进行了初步研究。结果表明，涂层主要由非晶、bcc晶体结构的纳米晶及微米级硼化物组成；非晶基体产生了明显晶化，形成了胞状bcc结构的纳米仪．Fe，其尺寸约为10～30nm^3，涂层致密，孔隙率约为1％。涂层的耐盐雾腐蚀的性能明显高于1Cr18Ni9Ti不锈钢。前者主要为孔蚀，后者主要为晶间腐蚀。

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(HVOF)技术的发展与工艺特点

介绍了超音速火焰喷涂技术的发展过程、未来的发展方向以及涂层的应用 ,详细比较了各种超音速火焰喷涂枪的工艺特点和涂层造价。此外 ,还对超音速火焰喷涂涂层的性能 (如硬度、密度、结合强度、残余应力 )

超音速火焰喷涂WC基抗空蚀涂层研究进展

在流体环境下工作的部件,由于空化导致的侵蚀、冲蚀和腐蚀会严重影响其服役时间。WC基材料由于其高硬度和化学稳定性,在这种条件下表现出高抗降解性。目前,WC基材料主要通过超音速火焰喷涂技术沉积在组件上。涂层组分、原料粒径以及喷涂工艺参数对这些涂层的性能有显著影响。本文综述了超音速火焰喷涂WC基涂层的抗空蚀性能与工艺因素、粉末尺寸及工况因素的关系,对超音速火焰喷涂WC基涂层抗空蚀性能研究的进一步发展进行了展望。

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。

基于超音速火焰喷涂的飞机燃油泵电机转轴修复技术研究

某飞机离心式燃油泵电机转轴长时间与动密封配磨产生机械损伤,从而导致机上燃油泵油嘴漏油,影响飞行安全。为解决转轴的磨损问题,采用超音速火焰喷涂WC硬质合金涂层的方法对转轴进行增材修复。通过调整超音速火焰喷涂煤油流量在2Cr13基体表面喷涂了3种不同组织结构和力学性能的WC-12Co硬质合金涂层,研究了煤油流量对涂层孔隙率、显微硬度、断裂韧性、结合强度以及涂层磨损性能的影响规律。结果表明:在氧气流量不变的情况下增加煤油流量能够提升粒子的温度和速率,降低涂层的孔隙率,提升涂层的断裂韧性以及结合强度;涂层越致密,涂层的硬度越大,同时致密的结构可以减少WC粒子在摩擦过程中的剥落,涂层耐磨性好。通过试验获得了最佳的转轴修复工艺参数,修复后的转轴经过1000 h磨合试验后涂层无明显磨损和损伤,尺寸变化量不大于0.01 mm,产品性能符合技术要求。

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。

汽轮机末级叶片超音速火焰喷涂防水蚀层性能测试

通过高速喷射流体冲击叶片表面来模拟实际工作条件下的冲蚀磨损对汽轮机末级叶片超音速火焰喷涂防水蚀层性能完成测试,旨在评估超音速火焰喷涂层对水蚀的抵抗能力。选取05Cr17Ni4Cu4Nb作为汽轮机末级叶片材料的试验基体材料,将涂层材料Cr3C2-Ni Cr通过超音速喷涂设备喷射到叶片表面。通过射流冲蚀方法和超声波汽蚀方法测试涂层性能。结果表明:超音速火焰喷涂能够较好改善汽轮机末级叶片的抗水冲蚀能力。研究表明,超音速火焰喷涂防水蚀层技术在汽轮机末级叶片防护中具有重要的应用价值,可以提高汽轮机的可靠性、性能和寿命,推动涂层技术的发展,为高温高速设备的保护提供一定的解决方案。

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。