NiCrBSi/WC涂层及涂层开裂处抗蚀行为研究

制备了高速火焰喷涂NiCrBSi/WC涂层及其带有开裂缺陷的涂层,测试了这两种涂层的热腐蚀性能,观察了涂层腐蚀前后的组织形貌,并分析了涂层腐蚀后的相组成及元素含量。结果表明:完整的NiCrBSi/WC涂层具有良好的耐热腐蚀性能,带有开裂缺陷的涂层耐蚀性能显著下降,在电站运行至一个大修期时,开裂涂层的热腐蚀增重比完整涂层增加了307%,腐蚀速度比完整涂层增加了550%;NiCrBSi/WC涂层耐蚀性能良好的主要原因是涂层表面生成的致密Cr2O3薄膜阻止了腐蚀的进一步深入,开裂涂层耐蚀性能下降的主要原因是在开裂处生成了疏松的氧化铁。

感应重熔对NiCrBSi/WC-Ni复合涂层组织和力学性能的影响

采用大气等离子喷涂制备了NiCrBSi/WC-Ni复合涂层,并采用高频感应加热的方法对涂层进行了重熔处理。与NiCrBSi涂层进行对比,分析了涂层截面的显微组织及涂层与基体界面的结合状况,对重熔前后的两种涂层进行了划痕测试,并对大气等离子喷涂制备的两种涂层在不同载荷进行了耐磨性测试。结果表明,感应重熔使得涂层由机械结合变为冶金结合,增强了涂层的内聚力;感应重熔后,NiCrBSi/WC-Ni复合涂层的附着力大幅度提高,涂层的孔隙率和显微硬度降低。NiCrBSi/WC-Ni复合涂层的显微硬度和耐磨性远高于NiCrBSi合金涂层。WC-Ni的添加没有对涂层的摩擦系数产生明显的影响。

腐蚀介质条件下NiCrBSi/WC喷熔层的摩擦学性能研究

采用氧-乙炔火焰喷熔工艺,制备了碳化钨颗粒增强镍基合金喷熔层(NiCrBSi/WC),研究了它在腐蚀介质条件下的摩擦磨损行为与机理,并考察了载荷、滑动速度对其摩擦磨损性能的影响规律。研究结果表明:NiCrBSi/WC具有良好的耐腐蚀磨损性能,且当WC含量为20%时,腐蚀磨损率最低;WC含量超过20%后,由于喷熔层存在“腐蚀原电池”效应,其腐蚀磨损率增大。NiCrBSi/WC的腐蚀磨损率随载荷增加而变大,随速度增大而减小。载荷的增加使喷熔层的犁削磨损加剧,导致摩擦系数和磨损率增大;速度的增大造成摩擦界面温度上升,可生成摩擦转移膜,从而降低了喷熔层的磨损率。

基于统计分析WC-15Ni添加对NiCrBSi涂层接触疲劳寿命的影响

离散性是涂层接触疲劳寿命分布的显著特点,难以采用某一确定的寿命值来描述涂层的接触疲劳寿命。因此采用统计分析方法来处理离散的接触疲劳寿命数据并揭示WC-15Ni添加对NiCrBSi涂层接触疲劳寿命的影响尤为重要。该文采用等离子喷涂技术制备NiCrBSi涂层和NiCrBSi/WC-15Ni复合涂层,并在不同接触应力水平下考察这两种涂层的滚动接触疲劳寿命。采用统计分析的方法(正态性W检验、t检验、方差分析、回归分析等)研究WC-15Ni添加对NiCrBSi涂层接触疲劳寿命的影响。结果表明:这两种涂层接触疲劳寿命都服从正态分布;在较高的接触应力水平下,两种涂层的接触疲劳寿命分布相当,但是复合涂层的接触疲劳寿命分布更加集中;在较低的接触应力水平下,复合涂层的接触疲劳寿命要显著高于NiCrBSi涂层,并且寿命分布也更加离散;方差分析结果表明两种涂层承受的接触应力对其接触疲劳寿命都具有显著影响,但接触应力对复合涂层的寿命影响更为显著;回归分析表明两种涂层的接触疲劳均值寿命与接触应力具有高度的线性相关性,但复合涂层的接触疲劳均值寿命随着接触应力的增加而降低的程度更为显著。

等离子喷焊层NiCrBSi+WC/Co的组织与性能

利用等离子喷焊技术在H13模具钢表面制备NiCrBSi+20%WC/Co喷焊层。研究表明,基体与喷焊层之间存在明显的分界面,与传统焊接接头的微观组织类似,喷焊层中出现垂直于界面结合方向的柱状晶,这种组织形态在等离子喷涂涂层中从未观察到,说明喷焊层NiCrBSi+20%WC/Co与H13钢基体之间的结合为冶金结合。XRD分析表明,喷焊层中的主要相为γ-(Fe,Ni),Cr7BC4,Ni4B3,Cr7C3和Co7W6,并且由于这些相的存在,使得表面喷焊层比H13钢基体具有更高的强度和硬度。

WC含量对激光熔覆NiCrBSi-WC复合涂层显微结构及力学性能的影响

目的为盾构、勘探及采矿等高载荷严苛磨损条件下的构件表面防护提供一种新的涂层方法。方法以激光熔覆技术为手段,在NiCrBSi粉末中混入30%~80%(体积分数)的球形WC颗粒,用以制备NiCrBSi-WC复合涂层。研究了WC颗粒含量对涂层显微组织形成、硬度、断裂韧性和耐磨性的影响规律。采用SEM分析了涂层的显微组织;通过显微维氏硬度计测试涂层的硬度;通过压痕法测试涂层的断裂韧性;采用磨粒磨损试验表征涂层的耐磨性。结果当WC颗粒体积分数低于60%时,熔融金属的黏度较低,密度更大的WC颗粒会沉淀,导致涂层表层的WC颗粒含量较低;当WC颗粒体积分数介于60%~80%时,WC颗粒在涂层内均匀分布,涂层内无气孔及裂纹等缺陷。当WC颗粒体积分数达到80%时,熔体黏度过大,使气体难以及时逸出,在涂层内形成大量气孔。随着WC体积分数由30%上升到80%时,涂层的平均硬度由67HRC提高到85HRC。涂层的断裂韧性随WC含量的提高,出现先升高后下降的反常现象。60%WC含量的复合涂层表现出最佳的耐磨性,比滚刀常用材料H13钢提高约9倍。结论采用常规激光熔覆技术时,添加40%~60%范围内的硬质陶瓷颗粒,可获得硬质颗粒分布均匀且耐磨性与抗冲击性能优异的复合涂层。

WC-12Ni/NiCrBSi爆炸喷涂涂层制备及其滑动磨损特性

利用爆炸喷涂方法制备了不同比例的WC-12Ni/NiCrBSi涂层,研究了NiCrBSi含量对涂层的组织形貌、硬度与结合强度的影响,用扫描电镜和能谱仪分析了涂层的滑动磨损行为。结果表明:由于NiCrBSi的加入,改善了WC颗粒的熔融状态,提高了涂层的结合力,涂层中含15%的NiCrBSi时,可以明显的提高涂层的磨损抗力。

煤油流量对HVOF喷涂WC-12Co/NiCrBSi复合涂层显微组织与性能的影响

在CrZrCu基体上电镀Ni粘结层,通过超音速火焰喷涂(HVOF)技术,采用不同煤油流量在电镀Ni粘结层上制备了WC-12Co/NiCrBSi复合涂层。利用XRD、SEM、Raman、维氏显微硬度计、电子拉伸试验机和球盘式摩擦磨损试验机考察了不同煤油流量下涂层相组成、组织结构、力学性能和高温摩擦磨损性能。结果表明:不同涂层的物相组成基本相同,喷涂过程中发生了一定程度的分解脱碳生成了W2C,以及少量的Cr7C3和Co3W3C相;随着煤油流量升高,涂层硬度提高,涂层孔隙率和耐磨性表现出先降低后升高趋势,致密的结构与较高的硬度有利于提高涂层的耐磨性;煤油流量为26 L/h的工艺下制备的涂层孔隙率最低,为0.11%,硬度较高达到927.0 HV0.3,摩擦因数最低约为0.46,磨损率最低为2.83×10-15m3/(N·m),抗粘着磨损性能最好。

基于响应面法的Ni60/WC涂层表面织构皮秒分束工艺参数预测研究

目的实现六分束激光在Ni60/WC涂层表面烧蚀目标织构激光加工工艺参数的精确选择。方法基于CCD响应面法,设计在不同的激光工艺参数下对Ni60/WC涂层表面进行织构烧蚀试验,以激光频率、扫描次数、扫描速度为影响因素,以圆凹坑织构直径、深度及由其直径和深度综合加权所得的综合目标为响应目标,建立目标织构所需激光工艺参数的预测模型,以织构直径、深度及综合目标作为优化条件,对预测模型进行实验验证。结果扫描次数对织构直径的影响最显著,单个脉冲光斑上所聚集的能量大小是影响织构直径误差的关键因素。对织构深度影响最显著为扫描次数和频率,织构深度与扫描次数、频率呈正相关,不同因素间的交互作用是影响织构加工结果的关键。通过对预测模型所优选的参数进行实验验证发现,以织构直径和深度、综合目标建立的预测模型优选工艺参数所加工圆凹坑织构的质量评价指标与其预测指标的误差率分别为19.37%、3.57%。功率为6 W时,六分束激光加工最优工艺参数为速度5500 mm/s、频率400 kHz、扫描2次。结论通过综合目标建立的Ni60/WC涂层表面圆凹坑织构六分束激光加工参数优选预测模型精确程度较高,能够实现Ni60/WC涂层表面加工所需织构激光参数的准确预测,为涂层表面织构加工激光参数精确选择提供了理论依据。

等离子喷涂NiCrBSi／WC—12Co复合涂层的抗磨损性能研究

试验了三种不同制造方法的WC-12%Co粉末的大气等离子喷涂层，还喷涂了不同比例的S&F（烧结并粉碎的）WC-12%Co与NiCrBSi的复合粉末。S&F WC-12%Co涂层的最佳抗磨损性能主要是因为它具有较高的硬度。这与其中大量均匀分布的残余碳化物有关。复合涂层的抗磨损性能随着WC-12%Co的重量百分比的升高而升高，这里就涉及到这样一个事实，所有的涂层的抗磨损性能都随着其硬度的升高和摩擦系数的降低而升高，但是，抗磨损性能与粘结强度之间的关系还没能发现。WC-12%Co涂层的主要磨损机理是粘着磨损、随着材料的转移而形成摩擦膜、疲劳开裂、粉粒（板条状）破裂并脱落（涂层面层剥落）。在混合涂层的情况下，当WC-12%Co的重量百分比很小时，发现由于粗糙度不同和/或硬的粒子而产生塑性变形和摩擦痕迹，随着WC-12%Co重量百分比的升高，磨损机理就接近于WC-12%Co涂层的磨损机理而没有发现有塑性变形和摩擦痕迹。

WC-10Ni/NiCrBSi复合涂层剪切强度及数学模型建立

真空钎焊WC-10Ni/NiCrBSi复合涂层,对涂层内部的微观结构进行测量,建立了剪切强度的数学模型,测量并简化了复合涂层微观结构参数,最终得到贴近工程实际应用的复合涂层剪切强度数学模型.实验结果表明:复合涂层的微观结构为薄膜结构;数学模型预测值具有良好的准确度并与实际值吻合较好,误差不超过4.4%;其预测值可直观体现出复合涂层界面结合强度随WC含量变化的趋势.

CeO_(2)对WC/Ni复合熔覆层微观组织与性能的影响

本工作采用真空熔覆技术制备了不同CeO_(2)含量的WC/Ni复合熔覆层,通过SEM、XRD、EDS及显微硬度计对复合熔覆层的微观组织、成分及硬度分布等进行系统分析。结果显示:与基体呈冶金结合的复合熔覆层组织致密,复合熔覆层由厚度2~3 mm且具有网状结构特征的复合层区与约300μm的过渡层区组成,根据熔合程度过渡区又分为冶金熔合区、扩散熔合区及扩散区;随着CeO_(2)含量的增加,复合熔覆层的晶粒逐渐细化、熔合质量提高,特别是过渡熔合区出现鱼骨状的析出相;复合区的网孔部位主要组成相为γ-(Ni,Fe)固溶体、FeNi_(3)、Cr_(7)C_(3)、Cr_(23)C_(6)、Ni_(3)Si和NiB,网线区主要组成相为WC、WC_(2)、γ-(Ni,Fe)固溶体、共晶组织等;复合熔覆层的显微硬度由表面至基体逐渐降低,且随着CeO_(2)含量的增加硬度逐渐升高,CeO_(2)含量为1.5%时,达到最大值,其平均显微硬度比基体提高5~6倍。

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。

基于柔性金属布技术的梯度WC增强NiCrBSi合金涂层的制备及性能

采用折叠辊压技术制备NiCrBSi合金粉和WC合金粉体积比i分别为1∶1,2∶1,5∶1,10∶1,20∶1的WC合金增强NiCrBSi合金柔性金属布,将i为20∶1的金属布置于316L不锈钢基体上,再叠放一层其他体积比的金属布,采用真空钎焊制备得到4种梯度WC增强NiCrBSi合金涂层,研究了涂层中WC颗粒的分布以及涂层的耐磨性和拉伸性能。结果表明:当金属布厚度在0.5mm、钎焊保温时间为10min时成功制得梯度涂层,随着上层金属布中i的增大,涂层中WC颗粒分布的梯度斜率降低;梯度涂层明显提高了基体的耐磨性,且随着梯度斜率的增加,涂层的耐磨性逐渐增强,抗拉强度降低,在拉伸过程中,梯度斜率较大的涂层中会产生多条贯穿裂纹。

Cr_(3)C_(2)对激光熔覆原位生成WC增强颗粒粒度及涂层性能的影响

为了研究 Cr_(3)C_(2)对原位生成WC增强相粒度的抑制作用及对涂层性能的影响,在H13钢表面制备了 Cr_(3)C_(2)含量为0、1%、1.5%、2%、2.5%的WC增强镍基涂层。采用扫描电镜(SEM)分析涂层的显微组织,比较WC粒度变化情况以及涂层不同形态区域的元素分布;采用X射线衍射仪(XRD)分析涂层的物相组成;采用显微硬度计分析涂层的硬度值;采用摩擦磨损试验机对涂层的摩擦磨损性能进行测试。结果表明: Cr_(3)C_(2)能够显著抑制WC颗粒的长大,但存在一个最佳值, Cr_(3)C_(2)抑制WC晶粒生长的主要原因是 Cr_(3)C_(2)能够降低WC在粘结相的溶解度。随着 Cr_(3)C_(2)的加入,涂层中含铬物质增多,涂层显微硬度也随之增大,当 Cr_(3)C_(2)含量为2%时涂层显微硬度最大。添加 Cr_(3)C_(2)抑制剂的涂层摩擦磨损性能也更优,磨损机理主要为粘着磨损。

Re含量对TiCN-WC-HfN陶瓷微观组织和力学性能的影响

采用真空热压烧结技术制备了TiCN–WC–HfN陶瓷,研究了Re含量(摩尔分数)对其微观组织和力学性能的影响。结果表明:TiCN–WC–HfN–Ni–Re陶瓷材料由TiC_(0.41)N_(0.5)、WC、HfN、TiC、Ni和Re组成,其中TiC_(0.41)N_(0.5)0是TiC与TiN在烧结过程中生成的固溶体。TiCN–WC–HfN–Ni–Re陶瓷材料断口上存在凹坑和解理面,当Re摩尔分数为2.5%时,材料断口上的凹坑较多。当Re摩尔分数由0增到3.0%时,材料的维氏硬度、抗弯强度和断裂韧度均先增大后减小。当Re摩尔分数为2.5%时,材料的力学性能最优,其维氏硬度为(19.25±0.21)GPa、抗弯强度为(1304±23)MPa、断裂韧度为(7.73±0.22)MPa∙m^(1/2)。TiCN–WC–HfN–Ni–Re陶瓷在断裂过程中发生了穿晶断裂和沿晶断裂,其增韧机制为裂纹偏转和裂纹桥连。

WC含量对WC增强镍基复合涂层界面组织的影响

WC(碳化钨)增强镍基复合涂层具有高耐磨、耐腐蚀、高硬度特点,在盾构部件、旋耕刀具、石油钻探等领域广泛应用.为提高水力机械过流部件服役寿命,以WC颗粒和镍基粉状钎料为涂层材料,采用真空炉中热辐射钎涂方法在奥氏体不锈钢表面成功制备WC增强镍基复合钎涂层,借助扫描电镜、X射线衍射仪等对钎涂层显微组织和界面行为进行系统分析.结果表明,硬质相WC与镍基钎料界面结合存在机械咬合与冶金结合双重作用;钎涂层与钢基体之间存在一定程度的成分扩散,其较狭窄扩散区宽度约100μm;当WC含量低于25%时,复合钎涂层对不锈钢基体润湿性较好,可制备出最低孔隙率1.08%的复合钎涂层.

等离子熔覆高耐磨WC-TiC复合增强涂层研究

利用等离子熔覆技术制备WC和TiC复合增强的镍基涂层,通过XRD、SEM和EDS等分析测试方法对涂层的物相组成、显微结构和摩擦磨损性能进行了研究。结果表明,基于WC、TiC和Ni60的比重互补,可以获得碳化物增强颗粒在上下部弥散均匀分布的WC-TiC/Ni涂层;WC和TiC在等离子熔覆高温熔池中均发生部分溶解,分解产生的W、Ti和C原位反应生成(Ti,W)C,通过异质形核和自发形核两种析出长大方式,分别形成核壳状和规则颗粒状的结晶形貌。WC-TiC/Ni涂层能起到明显的降低摩擦、减少磨损的作用,但其摩擦磨损性能受WC与TiC配比的影响,在两者重量总和为40%、比例为1∶1时,涂层的耐磨损性能最佳,磨损体积仅为基材的13.2%。

WC-Co硬质合金冲蚀模型研究及应用

WC-Co硬质合金是制造固定式节流阀阀芯的主要材料,高压天然气携带着井底杂质颗粒在节流阀节流降压的过程中,对节流阀的核心部件阀芯产生冲蚀破坏。因此,以牌号为YG15的WC-Co硬质合金为研究对象,构建室内冲蚀实验平台,以确定YG15硬质合金的冲蚀模型并结合仿真验证。将冲蚀模型进一步应用至固定式节流阀冲蚀仿真中,预测固定式节流阀阀芯的使用寿命。研究结果表明,确定了YG15硬质合金的冲击角函数和在90°冲击角下的速度指数为2.48;当冲蚀角度由30°增加至90°时,YG15硬质合金靶材的冲蚀磨损量由847.1 mg增加至1235.6 mg;固定式节流阀冲蚀最严重的部位位于节流孔处,冲蚀磨损率随颗粒质量流率的增大而增大;对固定式节流阀进行寿命预测,在颗粒质量流较小的情况下,对节流阀固定油嘴保持一年一换;在颗粒质量流较大时,保持半年内更换一次。

切削镍基高温合金Ni、Fe、Cr原子在WC-Co硬质合金刀具中的扩散机制及对刀具性能的影响

在切削镍基高温合金过程中,采用第一性原理计算研究了Ni、Fe、Cr原子扩散进入WC-Co硬质合金刀具后对刀具所产生的影响,分析了刀具结合能、晶格畸变、电子性质、扩散过渡态、扩散系数、力学性质的变化。研究结果表明,原子在不同间隙位置的结合能都为负值,八面体间隙所引发的晶格畸变更低。Ni、Fe、Cr原子增强了硬质合金WC-Co的金属性,但不利于原子之间的成键,使其机械稳定性降低;三种原子扩散势垒分别为0.82、0.79、1.17 eV,扩散系数的大小关系为D Fe>D Ni>D Cr。实验结果与理论计算相吻合,且实验现象表明元素扩散导致刀具切削性能下降,易诱发刀具的磨粒磨损。