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。

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。

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。

高温及氧化对WC-10Co4Cr涂层微观结构及性能的影响

采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、显微硬度计、摩擦磨损试验机、冲蚀试验机等手段研究高温及氧化对超音速喷涂WC-10Co4Cr涂层的显微组织、显微硬度、结合强度、耐磨性能、耐冲蚀性能等的影响。结果表明:在空气中经600℃热处理后,涂层发生了明显的高温氧化,涂层中WC、Co、Cr相的含量降低,转化为Co WO_4、Cr_2O_5、C_6WO_6等氧化物相,孔隙率明显升高,结合强度有所降低,虽然涂层的显微硬度值有所提高,但耐磨损及耐冲蚀性能都明显降低;通过Ar保护,涂层只受到600℃的高温作用,涂层的相组成未发生明显改变,显微硬度有较大幅度的提高,且分布更加均匀,耐干摩擦磨损及耐泥沙冲蚀性能均获得大幅提高。

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。

不同工艺粉末对超音速火焰喷涂WC-10Co-4Cr涂层性能的影响

对比分析了采用烧结破碎和团聚烧结工艺制备的两种WC-10Co-4Cr粉末的物理性能和物相组成。采用超音速火焰喷涂技术对两种粉末进行了涂层制备,并对两种涂层的性能进行对比评价,结果表明:团聚烧结粉末制备涂层的硬度、孔隙率和抗冲蚀磨损性能均优于烧结破碎粉末制备涂层,但其结合强度略低于烧结破碎粉末制备涂层。

HVOF喷涂WC-10Co-4Cr涂层的砂浆冲蚀行为

以2种不同的HVOF喷涂系统和3种商用粉末在0Cr13Ni5Mo基材上喷涂6种WC–10Co–4Cr涂层,用自行研制的料浆罐冲蚀设备对涂层和基材的砂浆冲蚀行为进行了研究,分析了显微结构和显微硬度对涂层冲蚀性能的影响及涂层冲蚀后的表面形貌。结果表明,在文中试验范围内涂层和基材的冲蚀失重均随冲蚀时间线性增加;各攻角下,WC–10Co–4Cr涂层的耐冲蚀性远远优于0Cr13Ni5Mo不锈钢;除了分层和裂纹明显的涂层,HVOF热喷WC–10Co–4Cr涂层的冲蚀失重表现出对攻角不敏感的特征。涂层的冲蚀机制为粘结相的微切削和涂层片状剥落,低攻角下的剥落坑面积大而浅,高攻角时面积小而深,片状剥落的程度随涂层气孔率的增加而增加。

超音速火焰喷涂WC-10Co-4Cr涂层的微观组织与摩擦磨损性能

采用超音速火焰(High Velocity Oxygen Fuel,HVOF)喷涂技术在Q235钢基体上制备WC-10Co-4Cr涂层。利用透射电子显微电镜、扫描电子显微电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、摩擦磨损试验机等手段对涂层的微观组织结构和摩擦磨损性能进行研究。结果表明:采用HVOF喷涂技术制备的WC-10Co-4Cr涂层结构致密,与基体结合良好,孔隙率为0.67%。涂层中的物相以WC为主,此外还含有少量W2C相和非晶相。涂层的平均显微硬度为1230HV0.3。WC-10Co-4Cr涂层具有良好的耐摩擦磨损性能,累计磨损量(14.4mg)仅为Cr12MoV冷作模具钢的2/5。磨粒磨损为WC-10Co-4Cr涂层的主要磨损机制。

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。

超音速火焰喷涂制备WC-10Co-4Cr涂层工艺参数的优化

采用超音速火焰喷涂(HVOF)系统在Q235钢表面制备了WC-10Co-4Cr涂层,用正交试验方法研究了喷涂距离、氧气流量、煤油流量等工艺参数对涂层孔隙率和显微硬度的影响。结果表明:氧气流量是影响涂层孔隙率和显微硬度的最显著因素,煤油流量和喷涂距离的影响较小;最佳工艺参数为氧气流量897L·min-1、煤油流量0.38L·min-1、喷涂距离300mm,在此工艺参数下制备涂层的孔隙率为0.31%,显微硬度为1 323HV。

WC粒度对超音速火焰喷涂WC-10Co-4Cr涂层耐腐蚀性能的影响

采用制粒-高温快速烧结法制备两种分别含亚微米级和微米级WC粒径的WC-10Co-4Cr喷涂粉末,并用超音速火焰喷涂(HVOF)技术在45#钢基体上制备涂层;利用扫描电子显微镜和电化学工作站分别对涂层的显微形貌及耐腐蚀性能进行分析检测,探讨WC粒度对涂层耐腐蚀性能的影响和涂层的电化学腐蚀机理。研究结果表明:两种涂层组织致密,界面结合良好;含亚微米级WC粒径的涂层具有相对较低的孔隙率,使其涂层的耐腐蚀性能优于含微米级WC粒径的涂层。在3.5%Na Cl溶液中涂层的硬质相WC和粘结相Co发生电偶腐蚀,且低电位的Co相优先腐蚀,导致WC颗粒脱落,出现凹坑及点蚀现象。

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。

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。

颗粒致密度对WC-10Co-4Cr涂层性能的影响

利用超声速火焰喷涂技术(High velocity oxygen fuel,HVOF)并采用两种不同颗粒致密度的WC-10Co-4Cr合金粉末在300M钢表面制备涂层。采用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计等设备对两种涂层的微观组织结构及特性进行分析,重点研究碳化钨颗粒的沉积过程,并通过腐蚀电化学试验研究两种涂层的耐腐蚀性能。结果表明,高颗粒致密度粉末在喷涂过程中WC相分解率为15.74%,是低颗粒致密度粉末的1.34倍,喷涂过程中WC相的分解率由碳化钨颗粒在超声速焰流中吸收的热能和颗粒中钴包WC粒子的包覆性两方面因素共同决定;高颗粒致密度粉末制备的涂层的孔隙率为1.52%,显微硬度为1 218 HV,分别是低颗粒致密度粉末制备的涂层的1.95倍和1.04倍,颗粒中钴包碳化钨粒子的铺展性是影响涂层孔隙率及显微硬度的关键因素;腐蚀电化学试验结果表明,颗粒致密度较低的碳化钨粉末制备的涂层耐腐蚀性能较好。

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。

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。

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。

不同颗粒致密度WC-10Co-4Cr涂层的耐腐蚀性能

在300 M钢表面上,利用超音速火焰喷涂技术将两种不同颗粒致密度的WC-10Co-4Cr粉末制成涂层.利用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计分析涂层的微观组织,通过极化试验和浸泡试验分析涂层的耐腐蚀性能.结果表明,高颗粒致密度粉末制备的WC-10Co-4Cr涂层孔隙率为1.52%,是低颗粒致密度粉末制备涂层的1.95倍;在3.5%NaCl溶液中,高颗粒致密度粉末制备涂层的耐蚀性较差,腐蚀电流密度是低颗粒致密度粉末制备涂层的2.67倍.低颗粒致密度粉末制备的涂层孔隙率低,对基体的保护性较好.