新型WC-Co热喷涂粉末HVOF涂层制备及性能研究

发布时间：2017-06-06 01:09

  本文关键词：新型WC-Co热喷涂粉末HVOF涂层制备及性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：超音速火焰(HVOF)喷涂WC-Co涂层因具备良好的耐磨、耐腐蚀性能,被广泛地应用于石油化工、冶金、印刷和航空航天等工业领域。国内常用于制备WC-Co热喷涂粉末的方法大致有三类:烧结破碎法、熔融法和团聚烧结法。前两者存在粉末多棱角、流动性差、涂层结合强度低等问题,后者的工艺流程长、耗能大和生产成本高。水溶法可短流程、低能耗、高效率的制备成分均匀的WC-Co粉末。目前国内该法多用于制备高性能硬质合金用超细/纳米WC-Co粉末,在热喷涂领域的应用报道少有。因此,本研究采用水溶法制备的新型WC-Co热喷涂粉末为原料,经HVOF喷涂制备WC-Co涂层,采用正交试验法对涂层性能进行优化,利用OM、SEM、EDS、XRD、BSD等检测手段系统研究涂层的微观组织结构、物相组成和力学性能,为制备高性能WC-Co涂层开拓一条新路径。得出以下结论:(1)水溶法制备的新型WC-Co热喷涂粉末粒度分布均匀,平均粒径约30μm;形貌呈多孔空壳球形结构,比表面积大;Co均匀包覆WC颗粒,W-Co-C高度均匀混合。(2)在HVOF喷涂过程中,新型WC-Co热喷涂粉末发生了明显的脱碳,其脱碳过程既有直接氧化脱碳反应,又有间接氧化脱碳反应,其脱碳机制是复合氧化脱碳机制。(3)新型WC-12Co热喷涂粉末比表面积大、活性高,HVOF喷涂时脱碳分解出大量W_2C相,但细小的WC颗粒被Co均匀的包覆,对WC进一步脱碳分解成单质W有一定的抑制作用,有效的降低了WC的分解。(4)新型WC-Co热喷涂粉末的多孔空壳结构一方面有利于焰流对粉末均匀加热,提高涂层的致密度和物相分布的均匀性,另一方面有利于提高粉末的沉积效率,效率高达56%左右。(5)涂层的金相显微组织为典型的层状结构,WC晶粒因烧结作用出现棱角圆润化,新型WC-Co热喷涂粉末的WC晶粒细小且与Co均匀分布的特性具有一定的遗传性,在涂层中得到保留,提高了涂层性能。(6)水溶法制备的新型WC-12Co热喷涂粉末适用于HVOF,而且涂层综合性能良好,显微硬度1218HV0.3/10、开裂韧性4.85MPa·m~(1/2),磨损质量损失0.673mg/min。开裂裂纹沿着涂层Co相界面薄弱处沿晶扩展,涂层抗磨损性能随着涂层表面粗糙度的降低、硬度的增加而提高。
【关键词】：水溶法 新型WC-Co热喷涂粉末 HVOF 涂层 性能
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 绪论9-21
• 1.1 引言9
• 1.2 热喷涂涂层形成过程及其特点9-10
• 1.3 热喷涂技术概述10-15
• 1.3.1 火焰喷涂技术11
• 1.3.2 电弧喷涂技术11-12
• 1.3.3 等离子喷涂技术12
• 1.3.4 其他喷涂技术12-14
• 1.3.5 超音速火焰喷涂技术14-15
• 1.4 热喷涂粉末制备方法15-18
• 1.4.1 雾化法15-16
• 1.4.2 熔融破碎法16-17
• 1.4.3 烧结破碎法17
• 1.4.4 包覆法17
• 1.4.5 团聚烧结法17-18
• 1.4.6 水溶法18
• 1.5 本课题的研究意义及研究内容18-21
• 1.5.1 研究意义18-20
• 1.5.2 研究内容20-21
• 第二章 试验材料与研究方法21-31
• 2.1 热喷涂粉末制备原料及工艺21-22
• 2.1.1 试验原料21
• 2.1.2 热喷涂粉末制备工艺及设备21-22
• 2.2 HVOF喷涂制备WC-Co涂层22-26
• 2.2.1 基体及热喷涂粉末预处理22-24
• 2.2.2 HVOF喷涂设备及工艺参数设计24-26
• 2.2.3 HVOF喷涂流程26
• 2.3 分析检测26-31
• 2.3.1 热喷涂粉末化学成分检测26-27
• 2.3.2 热喷涂粉末物理性能检测27-28
• 2.3.3 热喷涂粉末与涂层的物相、形貌结构分析28
• 2.3.4 涂层性能测试28-31
• 第三章 水溶法制备新型WC-Co热喷涂粉末31-36
• 3.1 引言31
• 3.2 喷雾造粒31-32
• 3.3 煅烧预处理32-33
• 3.4 还原、碳化33-35
• 3.5 本章小结35-36
• 第四章 HVOF涂层制备及组织结构研究36-49
• 4.1 引言36
• 4.2 HVOF喷涂制备WC-Co涂层36-37
• 4.3 HVOF涂层物相结构研究37-41
• 4.3.1 HVOF喷涂WC-Co涂层物相组成37-39
• 4.3.2 WC-Co热喷涂粉末脱碳过程39-41
• 4.4 HVOF喷涂WC-Co涂层微观组织结构41-47
• 4.4.1 HVOF喷涂WC-Co涂层金相（OM）组织结构分析41-44
• 4.4.2 HVOF喷涂WC-Co涂层SEM组织结构分析44-47
• 4.5 本章小结47-49
• 第五章 HVOF喷涂WC-Co涂层性能研究49-69
• 5.1 引言49
• 5.2 HVOF喷涂WC-Co涂层力学性能49-62
• 5.2.1 HVOF喷涂WC-Co涂层显微硬度49-55
• 5.2.2 HVOF喷涂WC-Co涂层开裂韧性55-61
• 5.2.3 HVOF喷涂WC-Co涂层显微硬度与开裂韧性的关系61-62
• 5.3 HVOF喷涂WC-Co涂层耐磨粒磨损性能62-68
• 5.4 涂层厚度及沉积效率68
• 5.5 本章小结68-69
• 第六章 结论69-70
• 参考文献70-74
• 致谢74-75
• 攻读硕士研究生学位期间的研究成果75-76

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