爆炸喷涂WC-Co/CoMoCrSi复合涂层的组织与性能
发布时间：2021-11-17 04:03
为了提高CoMoCrSi涂层的结合强度和力学性能,采用爆炸喷涂技术制备了WC-12Co涂层作为过渡层的WC-Co/CoMoCrSi复合涂层,借助SEM和EDS等手段分析了涂层截面组织形貌和化学元素组成,采用显微硬度计、万能拉伸机及销盘式摩擦磨损试验机等研究了涂层的力学及摩擦磨损性能。结果表明:在氧燃充枪比为60%的喷涂参数下,制备WC-Co/CoMoCrSi复合涂层平均结合强度高达66 MPa,涂层截面组织致密、均匀,孔隙率小于0.6%,平均显微硬度为667 HV0.1,复合涂层摩擦因数0.530.56,具有优异的耐磨性能。
【文章来源】：金属热处理. 2016,41(12)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
CoMoCrSi合金粉末形貌(a)及元素分析(b)
44第41卷分析其机理在于爆炸喷涂过程中氧燃充枪比会影响爆炸轰击的温度和速率，当喷枪体积一定的前提下，随着氧燃充枪比例的增加，爆炸燃烧单位体积产生的能量增加，从而会提高爆轰温度和速率，喷涂粒子熔融更为充分，撞击到基体表面产生的动能越大，从而有利于提高涂层的结合强度，同时，爆炸能量增大，熔融喷涂粒子被爆炸轰击波作用后形成的液滴更为微小均匀，小尺寸粒子的紧密咬合也有利于提高涂层的内聚强度［8］。同时，采用弯曲试验法分析不同氧燃充枪比制备涂层的弯曲形貌，如图2(a)所示，采用50%氧燃充枪比制备涂层弯曲后涂层与靠近基体边缘出现多条不均匀裂纹。如图2(b)所示，可以看出采用60%氧燃充枪比制备涂层弯曲后，涂层未发现剥落，无明显裂纹，与基体紧密结合。分析其机理在于随着氧燃充枪比提高，轰击能量增加，涂层内部产生压应力越大，可在一定程度上抵消弯曲时产生的拉应力，降低裂纹的产生和扩展［9-10］。图2不同氧燃充枪比制备WC-12/CoMoCrSi涂层的弯曲形貌Fig．2BendingmorphologiesoftheWC-12/CoMoCrSicoatingsperparedbydifferentoxyen/fuelin-gunration(a)50%;(b)60%2．2涂层组织形貌及成分分析采用60%的氧燃充枪比喷涂参数进行WC-12/CoMoCrSi复合涂层的制备，其截面组织形貌如图3所示，可以看出涂层截面组织致密、均匀，无裂纹，涂层内部未发现未熔颗粒，界面夹杂物面积为4%，与基体紧密结合;涂层由双层结构组成，可以明显看到基体和CoMoCrSi工作层之间存在WC-12Co增强过渡层，双层结构涂层间紧密嵌合，在结合界面未发现明显的孔洞或微裂纹存在。图3WC-12Co/CoMoCrSi复合涂层截面形貌Fig．3CrosssectionmorphologyoftheWC-12Co/CoMoCrSicompositecoating采用能谱仪分析双层结构化
涂层的弯曲形貌Fig．2BendingmorphologiesoftheWC-12/CoMoCrSicoatingsperparedbydifferentoxyen/fuelin-gunration(a)50%;(b)60%2．2涂层组织形貌及成分分析采用60%的氧燃充枪比喷涂参数进行WC-12/CoMoCrSi复合涂层的制备，其截面组织形貌如图3所示，可以看出涂层截面组织致密、均匀，无裂纹，涂层内部未发现未熔颗粒，界面夹杂物面积为4%，与基体紧密结合;涂层由双层结构组成，可以明显看到基体和CoMoCrSi工作层之间存在WC-12Co增强过渡层，双层结构涂层间紧密嵌合，在结合界面未发现明显的孔洞或微裂纹存在。图3WC-12Co/CoMoCrSi复合涂层截面形貌Fig．3CrosssectionmorphologyoftheWC-12Co/CoMoCrSicompositecoating采用能谱仪分析双层结构化学成分，如图4(a)所示表层为CoMoCrSi涂层A区域化学成分(见图3)，图4(b)所示底层为WC-12Co涂层B区域化学成分(见图3)。选取WC-12Co作为过渡增强层可以提高CoMoCrSi合金涂层结合强度的机理在于，WC-12Co粉末为WC颗粒外部包覆有金属Co作为粘结相，喷涂过程中熔融粒子外层Co熔化，而内部WC陶瓷成分仍处于固态，形成涂层时由液固两相粒子沉积形成，有研究表明［9］喷涂过程中液固两相粒子状态的参量—有效固体相质量Ms，可由式(1)表示:Ms=ρs·fs2(1)其中:ρs为液固两相粒子中固相部分的密度;fs为固相部分的体积分数。随着Ms的增大，涂层结合强度增加。且由图3可以看出，涂层组织致密，说明制备涂层中液固两相粒子中固相颗粒具有较高的密度ρs，可以提高Ms，从而提高了复合涂层的结合强度。2．3涂层孔隙率及硬度分析表4是采用60%氧燃充枪比制备复合涂层的孔隙率和显微硬度测试结果，可以看出涂层具有较低的孔隙率，约0．58%，也印证了?
【参考文献】：
期刊论文
[1]热处理对等离子熔覆钴基涂层组织及性能的影响[J]. 戴军,宋玮琦,张杰,张尧成,杨莉. 热加工工艺. 2015(22)
[2]提高300M钢零件HVOF涂层结合力的方法[J]. 李博. 新技术新工艺. 2015(02)
[3]氧燃充枪比对爆炸喷涂CoCrAlYTa涂层抗氧化性能的影响[J]. 高俊国,陆峰,王长亮,郭孟秋,崔永静. 材料工程. 2013(04)
[4]氧燃充枪比对爆炸喷涂CoCrAlYTa涂层组织和性能的影响[J]. 高俊国,陆峰,汤智慧,王长亮,郭孟秋,崔永静. 航空材料学报. 2013(02)
[5]钛合金表面激光熔覆钴基复合涂层的组织和性能[J]. 马海波,张维平. 稀有金属材料与工程. 2010(12)
[6]爆炸喷涂WC-12%Co涂层的滑动磨损性能[J]. 王瑞雪,刘阳,李曙. 中国有色金属学报. 2005(11)
[7]碳化钨含量对钴基碳化钨复合喷熔层耐磨性的影响[J]. 王海斗,徐滨士,魏世丞,张显程,金国,姜祎. 金属热处理. 2005(10)
[8]导卫板失效分析及表面喷涂层的耐磨性能[J]. 王海斗,徐滨士,魏世丞,张显程,金国,姜祎. 金属热处理. 2005(08)
[9]激光熔覆耐磨涂层的研究进展[J]. 陈浩,潘春旭,潘邻,陶锡麒. 金属热处理. 2002(09)
[10]Preparation and characterization of LPPS NiCoCrAlYTa coatings for gas turbine engine[J]. 洪瑞江,周克崧,王德政,朱晖朝,邝子奇. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2001(04)
本文编号：3500158
【文章来源】：金属热处理. 2016,41(12)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
CoMoCrSi合金粉末形貌(a)及元素分析(b)
44第41卷分析其机理在于爆炸喷涂过程中氧燃充枪比会影响爆炸轰击的温度和速率，当喷枪体积一定的前提下，随着氧燃充枪比例的增加，爆炸燃烧单位体积产生的能量增加，从而会提高爆轰温度和速率，喷涂粒子熔融更为充分，撞击到基体表面产生的动能越大，从而有利于提高涂层的结合强度，同时，爆炸能量增大，熔融喷涂粒子被爆炸轰击波作用后形成的液滴更为微小均匀，小尺寸粒子的紧密咬合也有利于提高涂层的内聚强度［8］。同时，采用弯曲试验法分析不同氧燃充枪比制备涂层的弯曲形貌，如图2(a)所示，采用50%氧燃充枪比制备涂层弯曲后涂层与靠近基体边缘出现多条不均匀裂纹。如图2(b)所示，可以看出采用60%氧燃充枪比制备涂层弯曲后，涂层未发现剥落，无明显裂纹，与基体紧密结合。分析其机理在于随着氧燃充枪比提高，轰击能量增加，涂层内部产生压应力越大，可在一定程度上抵消弯曲时产生的拉应力，降低裂纹的产生和扩展［9-10］。图2不同氧燃充枪比制备WC-12/CoMoCrSi涂层的弯曲形貌Fig．2BendingmorphologiesoftheWC-12/CoMoCrSicoatingsperparedbydifferentoxyen/fuelin-gunration(a)50%;(b)60%2．2涂层组织形貌及成分分析采用60%的氧燃充枪比喷涂参数进行WC-12/CoMoCrSi复合涂层的制备，其截面组织形貌如图3所示，可以看出涂层截面组织致密、均匀，无裂纹，涂层内部未发现未熔颗粒，界面夹杂物面积为4%，与基体紧密结合;涂层由双层结构组成，可以明显看到基体和CoMoCrSi工作层之间存在WC-12Co增强过渡层，双层结构涂层间紧密嵌合，在结合界面未发现明显的孔洞或微裂纹存在。图3WC-12Co/CoMoCrSi复合涂层截面形貌Fig．3CrosssectionmorphologyoftheWC-12Co/CoMoCrSicompositecoating采用能谱仪分析双层结构化
涂层的弯曲形貌Fig．2BendingmorphologiesoftheWC-12/CoMoCrSicoatingsperparedbydifferentoxyen/fuelin-gunration(a)50%;(b)60%2．2涂层组织形貌及成分分析采用60%的氧燃充枪比喷涂参数进行WC-12/CoMoCrSi复合涂层的制备，其截面组织形貌如图3所示，可以看出涂层截面组织致密、均匀，无裂纹，涂层内部未发现未熔颗粒，界面夹杂物面积为4%，与基体紧密结合;涂层由双层结构组成，可以明显看到基体和CoMoCrSi工作层之间存在WC-12Co增强过渡层，双层结构涂层间紧密嵌合，在结合界面未发现明显的孔洞或微裂纹存在。图3WC-12Co/CoMoCrSi复合涂层截面形貌Fig．3CrosssectionmorphologyoftheWC-12Co/CoMoCrSicompositecoating采用能谱仪分析双层结构化学成分，如图4(a)所示表层为CoMoCrSi涂层A区域化学成分(见图3)，图4(b)所示底层为WC-12Co涂层B区域化学成分(见图3)。选取WC-12Co作为过渡增强层可以提高CoMoCrSi合金涂层结合强度的机理在于，WC-12Co粉末为WC颗粒外部包覆有金属Co作为粘结相，喷涂过程中熔融粒子外层Co熔化，而内部WC陶瓷成分仍处于固态，形成涂层时由液固两相粒子沉积形成，有研究表明［9］喷涂过程中液固两相粒子状态的参量—有效固体相质量Ms，可由式(1)表示:Ms=ρs·fs2(1)其中:ρs为液固两相粒子中固相部分的密度;fs为固相部分的体积分数。随着Ms的增大，涂层结合强度增加。且由图3可以看出，涂层组织致密，说明制备涂层中液固两相粒子中固相颗粒具有较高的密度ρs，可以提高Ms，从而提高了复合涂层的结合强度。2．3涂层孔隙率及硬度分析表4是采用60%氧燃充枪比制备复合涂层的孔隙率和显微硬度测试结果，可以看出涂层具有较低的孔隙率，约0．58%，也印证了?
【参考文献】：
期刊论文
[1]热处理对等离子熔覆钴基涂层组织及性能的影响[J]. 戴军,宋玮琦,张杰,张尧成,杨莉. 热加工工艺. 2015(22)
[2]提高300M钢零件HVOF涂层结合力的方法[J]. 李博. 新技术新工艺. 2015(02)
[3]氧燃充枪比对爆炸喷涂CoCrAlYTa涂层抗氧化性能的影响[J]. 高俊国,陆峰,王长亮,郭孟秋,崔永静. 材料工程. 2013(04)
[4]氧燃充枪比对爆炸喷涂CoCrAlYTa涂层组织和性能的影响[J]. 高俊国,陆峰,汤智慧,王长亮,郭孟秋,崔永静. 航空材料学报. 2013(02)
[5]钛合金表面激光熔覆钴基复合涂层的组织和性能[J]. 马海波,张维平. 稀有金属材料与工程. 2010(12)
[6]爆炸喷涂WC-12%Co涂层的滑动磨损性能[J]. 王瑞雪,刘阳,李曙. 中国有色金属学报. 2005(11)
[7]碳化钨含量对钴基碳化钨复合喷熔层耐磨性的影响[J]. 王海斗,徐滨士,魏世丞,张显程,金国,姜祎. 金属热处理. 2005(10)
[8]导卫板失效分析及表面喷涂层的耐磨性能[J]. 王海斗,徐滨士,魏世丞,张显程,金国,姜祎. 金属热处理. 2005(08)
[9]激光熔覆耐磨涂层的研究进展[J]. 陈浩,潘春旭,潘邻,陶锡麒. 金属热处理. 2002(09)
[10]Preparation and characterization of LPPS NiCoCrAlYTa coatings for gas turbine engine[J]. 洪瑞江,周克崧,王德政,朱晖朝,邝子奇. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2001(04)
本文编号：3500158
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