WC/Co 基热喷涂粉末与涂层制备及其性能的研究
向 锦 涛
中国知网
摘 要
热喷涂技术制备 WC/Co 基金属陶瓷涂层是目前科学研究的一个新兴重要领域。常用的热喷涂技术有电弧喷涂、等离子喷涂、爆炸喷涂和超音速火焰喷涂(HVOF)等技术。HVOF 技术被认为是制备 WC/Co 基金属陶瓷涂层最好和应用最广泛的技术，所制备的 WC 基涂层具有优异的结合性和耐磨性。
本论文以微米级 WC、Co 粉为基本原料，以 Cr3C2作为 Cr 元素的添加方式，采用烧结破碎法制备了 WC-10Co4Cr 复合粉。探讨了 Cr3C2的添加以及烧结时间对于制备 WC-10Co4Cr 复合粉末的影响，分析和表征了粉末的性能。采用 HVOF技术制备了 WC-12Co 和 WC-10Co4Cr 两种耐磨涂层。研究了粉末组成、组织结构以及液体燃料对涂层性能的影响。研究了 WC-10Co4Cr 涂层的显微结构及耐蚀和耐滑动磨损行为。得到如下结果：
采用球磨-烧结-破碎方法以 1.5μmWC 粉、1.5μm Co 粉和 Cr3C2粉为基本原料制备了 WC-10Co4Cr 复合粉。采用 1250℃氢气气氛烧结 1.5h-5h 后，粉末形貌和相组成发生明显变化。烧结 1.5h，主相仍为 WC，Cr3C2相，出现了 Co3W3C相以及 Cr7C3相；烧结 2.5h，Cr3C2相消失，表明 Cr3C2的扩散完全，WC 晶粒没有明显长大；烧结 5h，出现了大量的脱碳 η 相（Co3W3C 和 Co6W6C 相），甚至出现了金属 W 相，粉末产生一定的氧化，出现了 WO3、WO2和 Cr2O3相，WC晶粒长大明显。
采用 JP-5000 喷枪喷涂制备的两种涂层微观结构致密，WC-10Co4Cr 涂层孔隙率为 0.8%，平均显微硬度为 HV0.31322；WC-12Co 涂层孔隙率为 1.1%，平均显微硬度为 HV0.31238.5。相同喷涂工艺参数下制备的 WC-10Co4Cr 、WC-12Co涂层物相主相均为 WC 相，脱碳程度小，WC-10Co4Cr 涂层中出现少量 W2C 相无 η 相（Co3W3C、Co6W6C）生成，WC-12Co 涂层中包含少量 W2C 及微量 Co6W6C相。
在载荷为 10N、转速为 600r/min、磨损时间为 120min 的条件下的滑动磨损试验表明，WC-10Co4Cr 涂层体积磨损量为不锈钢的 1/146，摩擦因数 1000s 后稳定在 0.8 左右。其滑动磨损机制以 WC 的碎裂和三体磨粒磨损为主。在 25±0.5℃的 3.5%NaCl 溶液，动电位扫描速度为 0.001V/s，扫描电位为 Eocp的-300～+200mV范围内对不锈钢、电镀硬铬和 WC-10Co4Cr 涂层进行电化学极化和中性盐雾腐蚀 测 试 ， WC-10Co4Cr 涂 层 表 现 出 极 强 的 耐 腐 性 能 力 ， 耐 蚀 性 顺 序 为 ：WC-10Co4Cr 涂层>电镀硬铬>不锈钢（1Cr18Ni9Ti）。
关键词：超音速火焰喷涂(HVOF); WC/Co 基涂层; 烧结-破碎法; 滑动磨损; 耐蚀性
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