大气等离子喷涂WC-12Co涂层工艺参数优化及抗冲蚀磨损性能研究

发布时间：2020-07-24 04:34

【摘要】：本文利用大气等离子喷涂(APS)技术在Q235碳素结构钢上制备出WC-12Co复合涂层。选取影响等离子喷涂涂层质量的主要因素电流I、主气流量Q_(Ar)和喷涂距离d为研究工艺参数,以涂层的显微硬度、结合强度和涂层厚度为评价涂层质量的性能指标,利用中心组合法设计实验方案。通过曲面响应法对影响涂层性能的因素进行分析,得到各影响因素的主次顺序以及各因素的交互式影响规律。利用基于回归分析的多目标参数优化和基于灰关联分析的多目标参数优化这两种方法对喷涂工艺进行优化,获得所选参数条件下较好工艺参数,制备WC-12Co复合涂层。采用S EM、XRD、EDS等分析测试手段对涂层表面宏观和微观组织形貌进行观察,对喷涂态WC-12Co复合涂层相组成及涂层表面成分进行分析,探讨了WC-12Co复合涂层的物相转变原因。从微观角度分析冲蚀角度对涂层冲蚀磨损性能的影响,不同喷涂距离下涂层耐冲蚀磨损性能的高低原因,并对磨粒直径和磨粒速度对冲蚀磨损性能的影响进行分析。通过响应曲面法分析发现,喷涂距离d和氩气流量Q_(Ar)与电流I的交互项对涂层显微硬度影响大;同时,关于显微硬度的二次回归模型的复相关系数R~2为0.9799。在涂层结合强度的响应曲面中,电流I和喷涂距离d的P值都小于0.05,各交互项p值都大于0.05,说明电流和喷涂距离对涂层结合强度影响较大。关于涂层厚度的回归模型复相关系数为0.9876,信噪比精度为19.975。氩气流量Q_(Ar)和喷涂距离d的P值分别为0.0131和0.0002,都小于0.05,对涂层厚度影响较大。在多目标参数优化的过程中,通过层次分析后得到评价指标重要性依次为:显微硬度,结合强度,涂层厚度。第8组实验灰关联度Ri最大为0.98,从而判断出主气流量2500L/h、电流350A、喷涂距离130mm为最优工艺参数。通过回归分析得到最优参数主气流量2500 L/h、电流349.08A、喷涂距离129.18mm。对比两种不同方法得到很接近的工艺参数,表明两种多目标工艺参数优化方法是可行的。通过SEM、XRD和EDS等分析手段对不同喷涂距离的涂层进行了分析,等离子喷涂WC-12Co涂层的主要组成相为WC相,并且有一定量的W_2C相与脆硬相Co_6W_6C相。喷涂距离为120mm时脱碳行为最为严重,涂层耐磨性较差。喷涂距离130mm与140mm时脱碳程度较轻。喷涂距离为130mm时涂层涂层结合强度最大,涂层整体结构较好,韧性较好;喷涂距离为140mm时,涂层结合强度最小,抗冲蚀磨损能力较差。通过对比不同冲蚀角度下涂层的冲蚀磨损量和微观组织形貌,在冲蚀角为60°时冲蚀磨损量最大,90°次之,小角度30°冲蚀磨损量最小;在小角度30°冲蚀时,微观切削、犁沟变形和微观疲劳剥落是冲蚀磨损的特征,涂层具有较好的抗塑性冲蚀磨损能力;在大角度90°时,疲劳剥落为主要特征,涂层有较好的抗脆性冲蚀磨损性能。
【学位授予单位】：新疆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG178
【图文】：

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备中有超过 70%是各种形式的磨消耗 30 亿吨石油的价值[66]。据材料约为全球钢产量的百分之十，从 1990 年到 2016 年之间，关研工作者对耐磨损研究越来越重业机械设备的磨损腐蚀已造成了以生存的地球环境造成危害与威有效解决。提高工业机械零件的仅能为企业创造巨大的经济效益有利于资源节约型及环境友好型

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图 1-2 中国知网关于磨损文献统计量磨涂层较为常用的表面工程技术之一[68]，能够喷结构紧密、涂层与基体之间粘结性好并且喷涂喷涂工艺在工业领域得到广泛应用。通过百度统关于热喷涂和等离子喷涂的关键词搜索量呈逐于广东、山东和江苏等沿海发达省份。而新疆是中国最大的石油天然气产区，大量机械设备文在国家自然科学基金项目《强风沙尘环境下为研究》的支持下，研究了 WC-12Co 耐磨涂层

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图 1-2 中国知网关于磨损文献统计量APS 是制备耐磨涂层较为常用的表面工程技术之一[68]，能够喷涂多种金属陶瓷复合材料、涂层内部结构紧密、涂层与基体之间粘结性好并且喷涂系统可控性好等优点，使得在 APS 喷涂工艺在工业领域得到广泛应用。通过百度统计结果显示，从2011 年到 2016 年，关于热喷涂和等离子喷涂的关键词搜索量呈逐年上升趋势。同时，搜索量主要集中于广东、山东和江苏等沿海发达省份。而新疆地区分布着中国最大的沙漠，同时也是中国最大的石油天然气产区，大量机械设备承受着被风沙磨损的危害。所以，本文在国家自然科学基金项目《强风沙尘环境下等离子喷涂复合层冲蚀及腐蚀磨损行为研究》的支持下，研究了 WC-12Co 耐磨涂层的抗冲蚀磨损性能。

【参考文献】