WC基涂层材料和制备工艺对其组织结构与性能的影响

本文采用超音速火焰(HVOF)喷涂工艺制备了二种微米结构WC-10Co-4Cr及一种纳米结构WC-12Co金属陶瓷复合涂层;采用SEM、XRD等分析了涂层的组织结构;测量了涂层的显微硬度、孔隙率及开裂韧性;采用超声振动空蚀装置研究了涂层的抗空蚀性能,探讨了涂层空蚀机理。结果表明:由燃油型HVOF工艺制备的纳米WC-12Co涂层孔隙率最低,组织最细小,开裂韧性明显高于燃油型和燃气型HVOF工艺制备的微米WC-10Co-4Cr涂层;燃油型HVOF工艺制备的微米结构WC-10Co-4Cr涂层显示了最优异的抗空蚀性能,空蚀率仅为纳米WC-12Co涂层的1/3左右。

不同预热温度WC增强镍基合金堆焊层的微结构演化与摩擦学性能

目的研究不同预热温度(200、400℃)条件下硬质颗粒增强镍基合金堆焊层的微观组织结构演化机理,以及对其力学性能、磨损性能的影响规律。方法采用等离子弧焊接技术在42CrMo钢基体表面堆焊硬质WC颗粒增强镍基强化层,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、硬度计和摩擦磨损试验机,分析不同预热温度堆焊层的物相组成、微观组织形貌、力学性能和磨损性能,建立堆焊层制备工艺–微观组织结构–力学性能–磨损性能之间的强映射关系。结果堆焊层主要由γ-Ni/Fe、WC、W_(2)C、M_(7)C_(3)、M_(23)C_(6)、Ni_(2)W_(4)C、Cr_(3)C_(2)等物相组成,在预热温度200℃下堆焊层二次碳化物析出较少,发生了严重的WC颗粒沉降现象;在预热温度400℃下,堆焊层析出了大量的二次碳化物,WC颗粒沉降减弱,组织均匀性提高。在400℃下预热,相较于200℃下预热,堆焊层的磨损质量减少了51.85%,磨损率减少了51.89%。结论高预热温度和长保温时间可促进WC颗粒界面反应,驱动大面积二次碳化物的析出,有效缓解WC颗粒沉降,改善凝固组织中WC颗粒的分布均匀性,从而显著提高堆焊层的硬度和耐磨性。

机械锤击式铝基WC涂层制备方法及其参数影响规律研究

以6061铝合金为研究对象,探究用音圈电机驱动机械锤击方式制备铝基WC涂层的可行性,研究锤击参数及WC颗粒粒径对涂层制备的影响规律。结果表明:WC颗粒粒径对涂层制备影响极大,用15~20、45~50μmWC颗粒能有效的在6061铝合金上锤击得到WC涂层,2~4μmWC颗粒难以通过机械锤击方式得到相对致密的WC涂层,WC涂层覆盖率随锤击力增大先降后升,粗糙度随锤击力增大先升后降,与覆盖率呈负相关。15~20、45~50μmWC颗粒的机械锤击式铝基WC涂层覆盖率无明显差别,15~20μmWC涂层粗糙度明显低于45~50μmWC涂层。机械锤击式WC涂层是一种新颖、可控的涂层加工工艺。

不同环境中HVOF喷涂WC-Ni和WC-Cr_(3)C_(2)-Ni涂层的耐腐蚀性能

利用超音速火焰(HVOF)喷涂技术制备了WC-Ni和WC-Cr_(3)C_(2)-Ni两种金属陶瓷涂层,并采用电化学工作站对涂层在不同环境中的耐腐蚀性能进行了表征。结果表明:WC-Ni涂层和WC-Cr_(3)C_(2)-Ni涂层在1mol·L^(-1)NaOH溶液的耐腐蚀性均低于在1mol·L^(-1)HCl溶液中的耐腐蚀性。WC-Ni涂层和WC-Cr_(3)C_(2)-Ni涂层在1mol·L^(-1)HCl和1mol·L^(-1)NaOH溶液中均产生钝化现象,涂层表面的钝化膜有助于其耐腐蚀能力的提升。WC-Ni涂层在1mol·L^(-1)HCl溶液的耐腐蚀性高于WC-Cr_(3)C_(2)-Ni涂层,而在1mol·L^(-1)NaOH溶液中耐腐蚀性低于WC-Cr_(3)C_(2)-Ni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。

超音速火焰喷涂WC基金属陶瓷涂层的长期腐蚀行为

采用超音速火焰喷涂技术在Q235钢基体上制备了WC-Ni和WC-Cr_(3)C_(2)-Ni两种涂层。利用X射线衍射仪、金相显微镜等分析了涂层的相组成和组织结构;通过电化学工作站、全浸泡试验等研究涂层在3.5 wt%NaCl溶液中的耐腐蚀性。结果表明:两种涂层结构均匀致密,WC-Ni和WC-Cr_(3)C_(2)-Ni涂层的孔隙率分别为1.71%和1.15%。在3.5wt%NaCl溶液中,两种涂层均产生钝化现象,涂层表面的钝化膜提高了其耐腐蚀能力。在3.5wt%NaCl溶液中的长期浸泡腐蚀过程中,WC-Cr_(3)C_(2)-Ni涂层的失重少于WC-Ni涂层,其耐腐蚀性能更好。浸泡28 d后,WC-Ni涂层表面结构较疏松,孔洞较小但比较密集;WC-Cr_(3)C_(2)-Ni涂层表面较平整,孔洞较大但分布稀疏。疏松的结构、较高的孔隙率会导致侵蚀性离子渗入到涂层的孔隙和晶界中,从而降低涂层的耐腐蚀性。

镍基WC陶瓷涂层的干滑动摩擦磨损性能

为了改善制动器的制动性能 ,即提高它的耐磨性和摩擦系数 ,对 4种WC含量不同的镍基复合涂层的摩擦磨损性能进行了试验研究 ,并且利用扫描电子显微镜对复合涂层的磨损面进行了观察 ,在此基础上对其抗磨机理和WC含量对涂层摩擦磨损性能的影响进行了分析与讨论。试验结果表明 ,含WC硬质相的镍基复合涂层的耐磨性和摩擦系数都高于基体HT2 5 0 。

热/冷喷涂典型抗空蚀涂层结构与性能研究

冷喷涂作为近年来兴起的涂层固态沉积技术,所制备的涂层具有高结合强度、高硬度、无氧化夹杂等优点,在过流器械表面的空蚀损伤防护方面极具应用潜力。采用冷喷涂技术,在40Cr钢基体表面制备了高致密的CuAl9Fe1铝青铜抗空蚀涂层,利用光镜/扫描电镜、显微硬度计、超声波空蚀试验机、三维轮廓仪等设备,表征了涂层的微观结构、力学性能及抗空蚀性能,分析了涂层的空蚀破坏形貌及机理,并与超音速火焰(high-velocity oxygen-fuel,HVOF)喷涂制备的WC类典型抗空蚀涂层(WC-Co-Cr和WC-Cr_(2)C_(3)-Ni)进行了对比。结果表明,冷喷涂CuAl9Fe1涂层的平均孔隙率为1.4%,平均显微硬度为3126 MPa,平均结合强度为32.3 MPa,空蚀6 h的空蚀深度为4.988μm;与之相比,HVOF喷涂的WC-Co-Cr和WC-Cr_(2)C_(3)-Ni涂层的平均孔隙率分别为0.7%和1.6%,平均显微硬度分别为10 065和10 094 MPa,平均结合强度分别为84.2和73.5 MPa,空蚀6 h的空蚀深度分别为11.901和10.645μm。冷喷涂CuAl9Fe1涂层虽硬度较低,但塑韧性较好,可有效抑制空蚀过程中颗粒结合界面的裂纹萌生、扩展导致的颗粒脱落,因此相比HVOF制备的WC类涂层具有更高的抗空蚀性能。

激光熔覆Ni基WC涂层内铸造WC颗粒溶解特征的研究

采用激光熔覆的方法在Q235钢表面制备了WC颗粒强化的Ni基涂层,研究了铸造WC颗粒在涂层内的溶解特征。结果表明:铸造WC颗粒在涂层底部几乎完全溶解并与扩散进入的Fe发生共晶反应形成粗大的鱼骨状形貌特征M6C型碳化物;在涂层中部,铸造WC颗粒完全溶解并析出M7C3,M12C与M23C6型碳化物;在涂层边部,大部分铸造WC颗粒发生部分溶解形成3-5μm的M6C合金化反应层,保持了原有多角状结构与高硬度特征。

添加CeO_2激光熔覆Ni基WC金属陶瓷涂层的高温干摩擦磨损性能

采用CO2横流激光器在21-4-N耐热钢表面熔覆添加0.5%CeO2的不同成分Ni基WC金属陶瓷复合层;对熔覆层进行了显微组织观察、显微硬度测量以及不同温度下的高温干摩擦磨损试验。结果表明,Ni21+25%WC+0.5%CeO2熔覆层组织均匀细小,高温下以粘着磨损和氧化磨损为主,干摩擦磨损性能优良。

功率对激光熔覆Ni基WC涂层组织与硬度的影响

使用YLS-6000-BR用于钎焊的三光点光纤激光器对合金42CrMo表面的Ni基WC涂层进行测验,判断激光功率对于合金42CrMo表面的Ni基WC涂层性能、组织结构影响。伴随YLS-6000-BR设备运作功率的增加,合金42CrMo表面的Ni基WC涂层组织表现出粗化发展趋势,在功率持续增加的过程中,Ni基WC涂层的颗粒发生分解,出现Fe-C化合物,Ni基WC涂层的硬度也持续减小,YLS-6000-BR激光功率调整至1800W,涂层硬度最大值为1050HV,而伴随功率增加,其硬度逐渐衰减,表示Ni基WC涂层虽然能够显著增加合金材料的物理性能,但是激光对于Ni基WC涂层性能、组织有影响,实际造成损伤和功率大小有关。

石油天然气工业用不同类型WC基陶瓷涂层性能之比较

WC基热喷涂涂层被广泛应用于各种工业领域以改善组件的机械强度及增强基材的耐磨损耐腐蚀性能。超音速火焰喷涂方法制备的涂层具有涂层密度高、结合强度高等特点,而且在喷涂过程中粒子速度高,粒子的沉积温度相对较低,因而具有较低的"脱碳"现象,被人们视为优异的涂层制备技术。通过与不同化学元素合金化的方法制备了多种类型的碳化钨金属陶瓷,以提高其在超音速火焰喷涂方法制备下的耐腐蚀和耐冲刷腐蚀性能,从而满足各种工业应用需求,如石油和天然气工业。本文通过对石油和天然气工业使用环境条件下的模拟,对三种类型的碳化钨硬质合金涂层的电偶序和耐冲刷腐蚀性以及三种不同的密封技术进行了比较。以期获得在特定应用条件下选择最优涂层的相关知识。

铝合金表面添加稀土激光熔覆Ni基WC金属陶瓷涂层研究

添加适量稀土氧化物,采用自配的熔覆材料在ZL108表面激光熔覆制备了Ni基WC金属陶瓷复合涂层,对熔覆层进行了显微组织分析、显微硬度测量以及室温下的干滑动摩擦磨损试验。结果表明,铝合金上激光熔覆Ni基WC金属陶瓷增强熔覆层无裂纹,组织细小、致密,WC颗粒增强相与基体之间结合良好。室温下熔覆层的磨损主要为显微切削和粘着磨损,干摩擦磨损性能优良。

不同含量WC颗粒增强激光熔覆截齿涂层性能研究

目的解决截齿磨损失效问题,研究不同WC颗粒含量对42CrMo截齿激光熔覆Co基/WC复合涂层表面形貌及裂纹率、显微硬度、耐磨/耐腐蚀性能的影响机制。方法通过在42CrMo截齿基体上制备Co基/WC复合涂层,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、显微硬度计、摩擦磨损试验仪及电化学工作站测试不同WC颗粒含量对熔覆层性能的影响。结果Co基/WC复合涂层表面较为平整,当WC颗粒质量分数大于30%时,熔覆层表面开始出现交错裂纹;当WC质量分数为80%时,裂纹率增加35%。Co基/WC复合涂层的显微硬度皆高于42CrMo基体(378HV0.2),随着WC颗粒含量的增加,熔覆层平均显微硬度从448HV0.2提升到890HV0.2。Co基/WC复合涂层的摩擦系数、磨损量均小于42CrMo基体,WC颗粒质量分数增加到80%时,熔覆层平均摩擦系数为0.270,为基体(0.567)的50%,磨损量仅为1.0 mg,相比于42CrMo基体(18.6 mg)降低了约95%,低WC颗粒含量以黏着磨损为主,高WC含量以磨粒磨损为主。熔覆层耐腐蚀性能随WC含量的增加先增大、后减小,WC质量分数为30%时,熔覆层的耐腐蚀性能最好,具有最小的电流密度(1.465×10^(–7)A/cm^(2)),相比基体电流密度(8.031×10^(–6)A/cm^(2))降低了98%。结论WC颗粒含量对Co基/WC复合熔覆层的裂纹敏感性有显著影响,WC颗粒的细晶、弥散及固溶强化使熔覆层的显微硬度、耐磨/耐腐蚀性能得到明显改善。

铝合金表面添加La_2O_3激光熔覆Ni基WC金属陶瓷涂层研究

添加适量La2O3,采用自配的熔覆材料在ZL108表面激光熔覆制备了Ni基WC金属陶瓷复合涂层,对熔覆层进行了显微组织和能谱分析、显微硬度测量以及室温下的干滑动摩擦磨损试验。结果表明,在铝合金表面激光熔覆处理时添加适量La2O3获得的Ni基WC金属陶瓷增强涂层无裂纹,组织细小,致密,WC颗粒增强相与基体之间结合良好。室温下熔覆层的磨损主要为显微切削和粘着磨损,干摩擦磨损性能优良。

钎剂保护法WC/Cu基钎涂层的制备及其性能

目前,比较成熟的钎涂工艺基本上采用真空或气保护的方法,而仅以钎剂作保护实现钎涂加工的方法鲜有报道。为此,采用钎剂作保护,通过炉中钎焊的方法在Q235A钢表面制备了WC/Cu复合材料耐磨涂层,并通过组织观察和力学性能测试考察了钎涂层的性能。结果表明,使用粉状铜基钎料在大气环境下焊出的涂层气孔、渣孔等缺陷情况为:当涂层厚度为1mm时,在放大100倍的金相显微镜下观察不到明显的气孔、渣孔,缺陷低于0.3%;厚度为2 mm时,气孔、渣孔等缺陷低于1%;厚度为4 mm时,气孔、渣孔等缺陷接近4%;涂层与基体的结合强度高于涂层的自身强度;WC含量为40%的钎涂层的耐磨性能良好。

超音速火焰喷涂制备的WC-WCoB涂层在熔锌中的腐蚀行为及其耐蚀机理

目的揭示新型WC-WCoB涂层在锌液中的腐蚀行为及耐蚀机理,从而提高WC基涂层的耐熔锌腐蚀性能。方法以WC、Co和WB粉末为原料,结合离心喷雾干燥和真空热处理,制备得到具有高球形度、结构致密的WC-WCoB热喷涂粉末喂料,并利用超音速火焰喷涂工艺进行涂层的制备。将涂层浸泡于熔融锌液中不同时间,观察其截面组织,以评价涂层的耐熔锌腐蚀性能,并通过X射线衍射仪、热重/差热分析仪、扫描电子显微镜、能谱分析仪对涂层进行结构、性能表征。结果 WCoB相与熔锌间不发生化学反应,制备的WC-WCoB涂层在锌液中浸泡达600 h时,仍未观察到Zn向涂层内的扩散,但在锌液中氧的缓慢作用下,涂层边缘处易产生微裂纹并逐步向内扩展,最终导致涂层材料逐层剥落。WC-WCo B涂层在腐蚀600 h后,完好区域面积占试验涂层总面积的56.3%。结论在传统WC-Co涂层中添加一定量的WB,可使Co相完全转化为WCoB相,与目前广泛使用的WC-η涂层相比,该研究制备的WC-WCoB涂层具有更突出的抗氧化性能,使其在锌液中由于氧化引起的裂纹形成扩展速率显著降低,宏观上表现出更强的耐熔锌腐蚀性能。

感应重熔Ni60/WC涂层的界面组织与耐磨性研究

用冷涂工艺在45钢表面制备了Ni基WC覆层,并采用高频感应加热的方法获得重熔涂层。用金相显微镜、扫描电镜和X射线能谱仪分析涂层的成分、显微组织和界面特征,分析了不同重熔温度对涂层组织和硬度分布的影响。进行了磨损试验,比较Ni基WC涂层与Ni60、T10钢的磨损性能。结果表明,冷涂结合高频感应重熔可以获得WC颗粒弥散分布的致密的Ni基涂层,涂层与钢基体间由于原子扩散形成一条冶金结合的白亮带;涂层的磨损机理是磨粒磨损和微犁削,Ni基WC涂层的磨损性能优于Ni60涂层,远高于淬火T10钢。

钛材上火焰喷焊Ni-WC耐磨涂层的组织和性能

研究了在钛合金Ti-6A l-4V表面上采用火焰喷焊技术制备镍基碳化钨型自熔性合金涂层的可行性,利用SEM、XRD等手段分析了它的组织和性能。结果表明:采用火焰喷焊技术在钛合金表面上获得了功能梯度涂层,N i-WC涂层为韧基体+硬质相的耐磨组织,涂层和过渡层之间形成了韧性镍基合金层,在涂层、过渡层和基体之间形成了牢固的冶金结合,涂层的组织和显微硬度沿层深方向呈连续性和渐变性,喷焊表层中WC起到了主要的抗磨作用,涂层磨损失重仅为未喷焊钛合金的1/10。

螺杆表面超音速喷涂WC-Co耐磨涂层的研究

采用超音速喷涂技术在45#钢螺杆表面制备了钴基碳化钨型合金涂层,利用SEM、XRD和金相等手段分析了涂层的组织和性能.结果表明:在45#钢基体和涂层的界面区域,WC-Co涂层主要由细小的WC相、块状含铁相和分布均匀的钴相组成;在WC-Co/45#钢界面层中,块状含铁相是α-Fe和马氏体组织;涂层的拉伸结合强度达到65 MPa,显微硬度达到1 200 HV.