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APS/HVOF热喷涂WC基金属陶瓷涂层的微观组织与性能

时间:2017-10-24 21:35:54  来源:桑尧热喷涂网整理  作者:tianzhongma

    工业中,机械设备和零件在服役时,零件表面会发生磨损、腐蚀等损坏,大大减少零件使用寿命,严重时会使零件失效而造成大量的损失。据统计,中国每年因为腐蚀、磨损等问题而损失的钢的量占总产量的十分之一。为提高零件寿命,表面强化、表面改性等新兴技术成为工业应用的主流。热喷涂技术是表面改性技术重要的组成部分,其利用电弧、火焰、等离子弧等热源将粉末或丝材加热至软化或熔化状态,然后借助焰流等动力将材料加速,喷涂至基体表面,使喷涂材料紧密地结合在基体表面。提高基体的耐磨、耐腐蚀、抗氧化等性能,热喷涂不仅仅制造新的产品,通常还用来修复损毁的机械零件,在工业中具有广泛的应用。

    超音速火焰喷涂(HVOF)和热喷涂大气等离子热喷涂(APS)是两种广泛应用的热喷涂方式,具有自己独特的优势。APS在喷涂过程中,等离子弧热量集中,温度范围广,可以提高至数万度,能够喷涂的材料也很广泛,在喷涂难容材料方面具有较大的优势,可以把金属与陶瓷各自的优点结合起来,制备复合材料涂层。而HVOF在喷涂过程中焰流速度快,粒子的动能很高,在与基体接触时具有很高的动能,可以使软化的粒子更好地平铺在基体表面,降低材料的孔隙率,同时在喷涂过程中会冲入N2等冷却喷涂材料,降低喷涂粒子温度,粒子飞行速度快、时间短,减少粒子在喷涂过程中的氧化过

程。

    WC基热喷涂涂层由于其高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性等优点,在石油化工、矿业、航空航天中具有广泛的应用,用以增加基体材料的硬度、耐磨性、耐腐蚀性能等等。例如,在石油化工的关键部位上喷涂碳化钨基材料,能显著提高机体的耐腐蚀性能,显著提高零件的服役寿命。作者利用APSHVOF两种方式喷涂WC-10Co-4CrWC-17Co涂层,研究喷涂方式对两种涂层的微观组织特征的影响。

结论

    1)相比于APS制备的涂层,通过HVOF制备的涂层在喷涂中粒子未充分融化、飞行速度更快,与基体界面形成的孔隙少,更易与基体良好地结合。

    2)采用HVOF制备的两种涂层的孔隙率均低于APS制备的涂层。同时,涂层截面硬度测试结果显示,超音速涂层的硬度均高于大气等离子热喷涂制备的涂层,因此通过超音速热喷涂制备的WC-10Co-4CrWC-17Co涂层质量要好于大气等离子制备的WC-10Co-4CrWC-17Co涂层。

    3)两种热喷涂方式中均出现一定的氧化脱碳现象,生成W2C等,但是大气等离子喷涂中脱碳较为严重,出现大量的W2C及少量的Co3W3CCo6W6C等脆性η相,同时WC-10Co-4Cr涂层中由于Cr元素固溶于Co中,形成CoCr相,显著提高涂层抗盐雾腐蚀及冲蚀性能。

 


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