WC/Co-Cr复合涂层激光熔覆工艺优化与表征

目的优化复合涂层的熔覆工艺参数,获得综合性能优异的WC/Co-Cr复合涂层。揭示复合涂层的相结构、组织构成及界面特性。方法采用YAG固体激光器在45钢上熔覆WC/Co-Cr复合涂层,以电流、频率、脉宽、扫描速度作为变量,设计四因素三水平正交试验,对熔覆效果进行评分,获得最佳参数组合。通过XRD,XRF,OM,EMPA等分析手段对复合涂层进行表征。结果电流对熔覆效果的影响最显著,其次为频率,再次之为激光扫描速度,脉宽的影响显著性最小。随WC含量增加,激光脉宽应增加,而激光扫描速度应该适当减小。复合涂层的显微组织形貌主要为固溶体上分布着共晶组织以及金属间化合物、碳化物,还有由成分过冷导致的胞状组织。复合涂层的物相组成包括Cr Co,WC,Cr7C3,Cr3C2等。结论采用WC质量分数10%的熔覆粉末,最佳熔覆工艺组合为:电流380 A,频率40 Hz,脉宽1 ms,扫描速度8 mm/s。采用WC质量分数20%的熔覆粉末,最佳熔覆工艺组合为:电流380 A,频率40 Hz,脉宽1.5 ms,扫描速度6 mm/s。复合涂层与混合粉末相比,相组成发生了变化,有金属间化合物、碳化物等强化相产生,且元素在界面的分布呈现过渡式变化,这对涂层的综合性能有利。

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.

激光熔覆WC/316L复合涂层结构及磨损性能

为改善激光熔覆过程中WC增强金属基复合涂层分解与分布不均匀的问题,采用激光熔覆技术制备了50%WC含量的WC/316L复合涂层,分别采用扫描电子显微镜(SEM)、显微维氏硬度计、摩擦磨损试验机表征了熔敷层的组织形貌、硬度与摩擦磨损性能。结果显示,低热输入量可以防止WC颗粒下沉,提升熔覆层厚度方向上的WC颗粒分布均匀性;但WC的平面分布均匀性较差,同时低热输入导致WC颗粒结合较弱,易发生脱落;熔覆过程中,粉末中15%的WC发生分解。研究表明,通过降低激光热输入量,可以制备WC厚度方向较为均匀的复合涂层,提升熔覆层耐磨性,但是需要优化WC平面分布均匀性与WC颗粒结合性能。

表面机械研磨法制备Ni+WC复合涂层的耐磨性研究

为强化TA1钛合金的组织结构并提高其耐磨损性能,采用行星式机械球磨装置,在Ni与WC 2种粉末配比分别为1∶1、2∶1、3∶1、4∶1及5∶1的5种混合型增强介质下对TA1合金进行表面机械复合强化处理,在0.05 MPa氮气气氛下,设定转速为350 r/min,时间为8 h,对TA1钛合金进行表面机械变形+固相涂层复合强化处理,这种一步法表面复合强化技术具有工艺简单、能耗少、涂层选材灵活等优势。结果显示:TA1钛合金表面形成由Ni+WC涂层+形变细晶区组成的复合强化层,涂层区厚度在40μm以上,其中Ni∶WC为3∶1时所得复合涂层内部缺陷最少,且连续均匀。在5 N、10 N载荷下Ni∶WC为3∶1摩擦系数相较于其他比例低,摩擦区间更加稳定且持续时间更长。2种载荷下磨损量均较TA1原样少,其中Ni∶WC为3∶1的强化样磨痕深度、磨损量均优异于其他4种配比,因此减摩效果最为优异。此种Ni、WC混合增强介质下表层机械复合强化工艺可大幅提升TA1钛合金表层耐磨损性。混合增强颗粒涂层具有较强的减摩效果,其磨损机制主要是磨粒磨损与氧化磨损。

冷喷涂Ti/WC复合涂层的组织与耐磨性研究

为解决钛及其合金磨损性能较差的问题,采用高压冷喷涂技术在Ti6Al4V合金基体上沉积了2种不同成分的Ti/WC复合涂层,通过室温下的干滑动摩擦磨损试验分别测试了基体与复合涂层的摩擦性能,并采用扫描电镜及拉曼光谱对磨损表面进行了观察与表征。结果表明,与Ti6Al4V基体的磨损率(4.06×10-7 mm3/(N·m))相比,复合涂层的磨损率降低了一个数量级,表现出优异的耐磨性。此外,涂层内WC含量的增加,提高了涂层的显微硬度,涂层的耐磨性也随之提升。在磨损轨迹表面,由TiO2、WO3以及WC碎片构成的摩擦膜能够有效避免磨球与涂层表面的直接接触,从而降低磨损程度。因此,冷喷涂Ti/WC复合涂层在钛合金磨损防护方面具有一定的应用前景。

激光熔覆Ni/WC梯度复合涂层的组织与性能研究

目的减少涂层内部缺陷,提高Cr12MoV模具钢表面的显微硬度及耐磨性。方法采用激光熔覆技术在Cr12MoV钢上逐层制备Ni60-Ni60/25%WC(Ni/WC)梯度复合涂层。借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、显微硬度计、摩擦试验机和冲击试验机,研究梯度复合涂层的物相组成、微观组织、显微硬度、耐磨性与冲击韧性。结果在Cr12MoV的基体上制备Ni/WC梯度复合涂层,Ni60层与Ni60/25%WC冶金结合理想。Ni/WC梯度复合涂层的表面主要物相为γ-(Fe,Ni)、FeNi_(3)、CrB、Cr_(7)C_(3)、Cr_(23)C_(6),从Ni60层底部到顶部依次为胞状晶、柱状晶、细小的等轴枝晶。Ni/WC梯度复合涂层硬度呈梯度分布,涂层的平均硬度达到698.5HV,相较于基体提高了约55.2%。与基体相比,Ni/WC梯度复合涂层表现出更好的耐磨性能,摩擦系数和磨损率分别下降了40.92%和28.6%,其中基体表现为黏着磨损,然而涂层整体表现为磨粒磨损。但较基体而言,Ni/WC梯度复合涂层的冲击韧性值降低了32.48%,复合涂层区域表现为脆性断裂。结论Ni/WC梯度复合涂层冶金结合良好,同时与基体相比,Ni/WC梯度复合涂层可以有效提高硬度及耐磨性,但冲击韧性有所降低。

电磁辅助激光熔覆IN718/WC复合涂层组织及性能

采用电磁复合场辅助激光熔覆制备IN718/WC复合涂层,系统地研究了涂层的宏观结构、微观组织、显微硬度和耐磨性能.结果表明,电磁复合场形成向下的安培力,增强了熔池中的Marangoni对流.增强的Marangoni对流使WC颗粒均匀分布在复合涂层中.然而,过度的Marangoni对流会导致WC颗粒从熔池中逸出,尤其是小的WC颗粒.20 mT稳态磁场与100 A直流电组合效果较好.WC颗粒在熔池中分解,形成亚微米共晶碳化物、羽毛状共晶碳化物和等轴共晶碳化物.其分解程度与WC颗粒的空间位置和颗粒之间的距离有关.颗粒的空间位置越高(相对于熔池),颗粒间的距离越大,分解越严重.此外,直流电提高了共晶碳化物的形核率,增强的马兰戈尼对流打断了长柱状共晶碳化物,这些作用共同细化了涂层的微观结构.在该复合场(20 mT,100 A)作用下,硬质相的衍射强度最高,涂层平均显微硬度为530 HV0.2,大于无能场下制备的涂层(400 HV0.2),缓解了涂层摩擦磨损过程中的黏着磨损形式.

激光熔覆WC/Co-Cr合金涂层的高温磨损性能

采用激光熔覆法于45钢表面熔覆了WC/Co-Cr合金涂层,研究了涂层的组织与高温滑动磨损特性。结果表明:所制备的涂层高温耐磨性能良好。磨损试验温度为室温(RT)至200℃时,熔覆层的磨损机制表现为磨粒磨损与粘着磨损;200~500℃时,磨损机制转变为轻微擦伤与氧化磨损共同作用;600℃时磨损机制为塑性涂抹。

高速电弧喷涂Fe-Al/WC复合涂层的高温摩擦磨损特性

采用滑动磨损试验方法研究在室温至650℃温度下高速电弧喷涂Fe-Al/WC金属间化合物复合涂层与Si3N4陶瓷球配副时的摩擦磨损特性,并探讨复合涂层的高温摩擦磨损机理。结果表明,随着试验温度的升高,Fe-Al/WC复合涂层的摩擦系数降低,而磨损率仍保持在较低的水平。高温下复合涂层滑动摩擦系数降低的主要原因是由于磨损面发生摩擦氧化反应而形成的起到固体润滑的作用氧化物保护层。剥层磨损是Fe-Al/WC复合涂层高温磨损的主要机理。涂层中Fe3Al和FeAl金属间化合物相较高的高温强度和硬度,能有效地阻碍裂纹的产生、扩展及扁平颗粒的断裂,从而使复合涂层表现出优异的高温耐磨性。650℃时Fe-Al/WC复合涂层的磨损率有所提高,这可能与高温下涂层表面WC颗粒的氧化和脱碳分解有关。

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。

2738模具钢表面激光熔覆Ni基WC复合涂层的摩擦磨损性能

在2738模具钢表面通过CO2激光熔覆制备Ni基WC复合涂层。分别对2738钢基体和Ni-WC激光熔覆层进行干摩擦试验。用三维表面形貌仪测量磨损体积,用扫描电镜观察磨痕的表面形貌。试验结果表明,Ni-WC复合涂层试样的硬度显著提高,表面硬度超过1200HV,保证了Ni-WC熔覆层的耐磨性。熔覆层的平均摩擦因数约为0.24,与2738钢基体的摩擦因数0.43相比,降低了约44%。熔覆试样的比磨损率比基体试样的比磨损率下降了96.7%,WC硬质相提高了摩擦副表面的承载能力。磨粒磨损为Ni-WC复合涂层的主要磨损机理。

AC-HVAF喷涂Ni60/WC复合涂层组织及性能研究

利用活性燃烧高速燃气(AC-HAVF)喷涂技术在0Cr13Ni5Mo不锈钢上制备了Ni60/WC复合涂层,研究了其微观组织及耐磨耐蚀性能.结果表明:涂层主要由Fe-Ni固溶体以及Cr0.19Fe0.7Ni0.11,WC,M6C(Ni2W4C或Fe3W3C),Cr26C3,CrB2等相组成;涂层与基体结合很好,涂层的孔隙率约为2.5%;WC,M6C,Cr26G3,CrB2等硬质相弥散分布于涂层中,部分区域硬质相达到了200～800 nm;涂层硬度分布不均匀,平均硬度为685HV;涂层具有优异的耐磨耐蚀性,其磨损体积是0Cr13Ni5Mo不锈钢的1/8.8,平均腐蚀速度是0Cr13Ni5Mo不锈钢的1/2;涂层的磨损机理以疲劳磨损为主,弥散分布的硬质相是涂层硬度以及耐磨性提高的主要因素.

40Cr刀具表面激光熔覆WC/Co50复合涂层的微观组织及其磨损性能

通过6 k W横流CO2激光器在40Cr钢表面激光熔覆了不同成分配比的WC/Co50复合涂层。运用金相光学显微镜(OM),扫描电镜(SEM),能谱仪(EDS)和X射线衍射(XRD)等表征手段分析了涂层结合区形貌、显微组织和物相组成,测试了复合涂层的显微硬度和磨损性能。结果表明,外加的WC颗粒在高能激光束作用下大部分发生溶解,涂层主要由碳化物WC、W2C、(Cr,Fe)7C3和M6C及Fe-Cr固溶体等物相组成。涂层中组织结构比较复杂,出现了树枝状初晶、包状过共晶,枝晶间共晶和硬质相颗粒。WC/Co50熔覆涂层的最大显微硬度位于涂层次表面,其最大平均显微硬度为基材的1.93倍,且随着深度的增加逐渐降低。相同磨损条件下,复合涂层的磨损失重仅为基材的13.3%。

激光熔覆微-纳米WC复合涂层的干摩擦磨损性能

以微米和纳米12％Co-WC颗粒为增强相,自熔合金粉末Ni60B为粘结剂,采用激光熔覆的方法在45钢表面制备出微-纳米WC增强Ni基合金复合涂层;在MM200磨损试验机上与硬质合金磨轮进行了不同载荷和距离的干磨损试验。并利用SEM、TEM、X-射线、显微硬度计等手段分析熔覆涂层在磨损前和磨损后的显微组织和硬度,研究了各涂层在此干摩擦条件下的磨损机理。结果表明,纳米晶WC的加入能改善涂层的耐磨性能,当纳米级WC和微米级WC各为15％时,涂层耐磨性能最佳,但纯纳米晶WC增强涂层耐磨性不佳,其主要磨损破坏方式随涂层中WC晶粒尺寸变化而有所变化。

等离子喷涂WC复合涂层耐磨性能

利用大气等离子喷涂技术在45钢基体上制备了WC复合涂层,采用Ml-10摩擦磨损试验机研究了涂层在干摩擦条件下摩擦磨损性能。结果表明:涂层比基体耐磨性高很多,未出现硬质相的剥落;涂层具有典型的"软基体加硬质相"耐磨组织结构,Ni包Al粉末的加入强化了软相,涂层在干摩擦条件下表现出来比较优良的耐磨性;由于气孔不可避免存在于涂层,涂层磨痕在气孔处出现断裂和塌陷现象,因此提高涂层致密性能降低涂层磨损率。

高速电弧喷涂Fe-Al/WC复合涂层的组织结构及其滑动磨损性能研究

采用粉芯丝材和高速电弧喷涂技术(HVAS)制备了Fe-Al/WC金属间化合物基复合涂层,并研究了涂层的显微组织和从室温至650℃的滑动磨损性能。结果表明,涂层的成分为Fe-13.87Al-17.27C-3.35W-2.59Ni-1.27Cr- 18.14O(%),主要相是Fe3Al、FeAl和a-Fe,还有少量WC、W2C和Al2O3;添加WC硬质相后提高了复合涂层的平均硬度,从而提高了复合涂层的耐磨性;高温下磨损面形成了大面积的氧化物保护层,降低了复合涂层的摩擦因数,分析认为剥层磨损是复合涂层的主要磨损机理。涂层中Fe3Al和FeAl金属间化合物相较高的高温强度和硬度,能有效地阻碍裂纹的产生、扩展及扁平颗粒的断裂,从而使复合涂层表现出优异的高温耐磨性。高速电弧喷涂技术配一Fe-Al/WC粉芯丝材是一种新型、优质、高效、低成本的耐高温涂层制备技术,具有很大的应用潜力。

AC-HVAF喷涂Ni60/WC复合涂层微观组织及冲刷磨损性能研究

利用先进的AC-HAVF喷涂技术在0Cr13Ni5Mo不锈钢上制备了Ni60/WC复合涂层.研究了其微观组织及耐磨性能.试验结果表明:涂层主要由Fe-Ni固溶体以及Cr0.19Fe0.7Ni0.11、WC、M6C(Ni2W4C或Fe3W3C)、Cr26C3、CrB2等相组成,未发现W2C以及W相;涂层与基体结合很好,涂层的孔隙率约2.5%;WC、M6C(Ni2W4C或Fe3W3C)、Cr26C3、CrB2硬质相弥散分布于涂层中,部分区域硬质相达到了200～800nm;涂层具有优异的耐冲蚀磨损性能,其耐磨性较基体有很大的提高.涂层应用于水轮机叶片的修复,三个月汛期使用后涂层良好.

激光熔覆Ni60A+WC/12Co复合涂层的组织及性能

采用激光熔化同步输送Ni6 0A +30wt%WC/ 12Co复合粉末 ,在适度预热后的 45钢表面激光熔覆获得了一定厚度的复合涂层。涂层中镶嵌着大量与基体合金结合良好的Co包WC颗粒。熔覆过程中Co包WC颗粒很少发生溶解。涂层与基板为冶金结合 ,对基板的适度预热避免了涂层的开裂。所得涂层具有很高硬度 ,涂层基体硬度为 10 30HV0 3,Co包WC颗粒硬度达2 0 5 0HV0 3。

送粉方式对WC增强复合涂层组织的影响

在同步送粉和后送粉两种不同的WC送粉方式下,通过等离子堆焊技术制备了WC增强镍基合金复合涂层.利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)对涂层的显微组织,相结构和成分特征进行观察和测试.结果表明,复合涂层显微组织为未溶WC颗粒、结晶碳化物(WC,W2C)分布于亚共晶组织基体之上.相对于同步送粉,后送粉时WC颗粒溶解较少;复合涂层中初生WC,W2C数量较少、组织较细,含钨共晶组织较少;WC与基体界面元素浓度梯度较大.

渗透钎焊法制备的WC复合涂层的磨损性能

WC复合涂层是一种有效减少工件磨损的保护涂层,目前国内外对渗透钎焊制备的WC复合涂层磨损机理的研究较少。利用渗透钎焊技术在Q235钢表面制备了镍铬合金-碳化钨复合涂层;观察了涂层经过砂轮摩擦后的磨损表面形貌,分析了WC含量对涂层耐磨性能的影响规律以及涂层磨损的微观机制。结果表明:影响涂层耐磨性的因素主要是涂层中的WC含量,涂层的耐磨性随着WC相含量的升高而提高;WC-Co用量为50%制得的涂层的磨损机理是砂轮硬质颗粒对涂层的磨粒磨损,而WC-Co用量10%制得的涂层,砂轮硬质颗粒对涂层的切割除造成少量的WC颗粒脱落外,主要是使大量粘结相镍铬合金韧性撕裂脱落,耐磨性很差,表面形貌为平面状撕裂断面,所以磨损断裂主要是以塑性变形为主。