2007-HVOF喷涂纳米结构WC_12Co涂层的组织结构分析
热喷涂中的喷涂涂层的组织结构与性能分析
热喷涂中的喷涂涂层的组织结构与性能分析热喷涂是一种常见的表面处理技术，通过高温喷涂将涂层材料喷涂在被涂物表面上，形成一层具有特定性能的涂层。
在热喷涂技术中，涂层的组织结构对于涂层性能的影响非常大。
本文通过分析热喷涂中的喷涂涂层的组织结构与性能，探讨涂层组织结构与性能之间的关系。
一、涂层组织结构涂层组织结构是指涂层内部不同材料相对分布的情况，通常包括涂层材料的晶体结构、孔隙度、厚度、相对密度等。
热喷涂涂层的组织结构受到多种因素的影响，其中包括涂层材料的物理化学性质、喷涂参数、喷涂设备性能、喷涂的物理环境等。
1. 涂层材料的晶体结构涂层材料的晶体结构是影响涂层性能的重要因素之一。
晶体结构的不同会影响涂层的硬度、强度、耐腐蚀性等性能。
例如，钨合金涂层中晶体结构的稳定性会影响涂层的耐腐蚀性。
2. 孔隙度涂层的孔隙度是指涂层中存在的毛孔和微缺陷的数量以及分布情况。
孔隙度会影响涂层的耐腐蚀性、耐磨损性和耐热性能。
例如，在涂层的热膨胀系数中，孔隙度是一个非常重要的因素。
3. 厚度涂层的厚度会影响其多种性能，包括耐冲击性、耐磨损性和导电性等。
通常情况下，增加涂层厚度可以提高涂层的硬度和综合性能。
4. 相对密度涂层的相对密度是指涂层的实际密度与材料理论密度之比。
相对密度越高，涂层的耐磨损性和硬度越高，但其制备难度也会增加。
二、涂层性能分析涂层性能是指涂层在使用过程中表现出来的各种性能特点。
涂层的性能分析需要考虑其用途和使用环境。
通常涂层的性能特点包括硬度、强度、耐腐蚀性、耐磨损性、耐热性和导电性等。
1. 硬度和强度涂层的硬度和强度可以通过厚度和组织结构的控制来调节。
例如，增加硬质相的含量和晶粒尺寸可以提高涂层的硬度和强度。
2. 耐腐蚀性涂层的耐腐蚀性是指在化学腐蚀介质中，涂层的表面不受腐蚀和破坏的能力。
通过增加涂层相对密度、减少涂层孔隙度、增加薄膜厚度等方式可以提高涂层的耐腐蚀性。
3. 耐磨损性涂层的耐磨损性是指涂层在机械磨损和摩擦过程中，表面不受磨损和破坏的能力。
基于硬质WC_涂层的不同摩擦副间的摩擦磨损特性及损伤机制研究
表面技术第53卷第7期基于硬质WC涂层的不同摩擦副间的摩擦磨损特性及损伤机制研究王晓霞1，陈杰1，郝恩康1*，刘光1*，崔烺1，贾利1，魏连坤1，郝建洁1，曹立军1，安宇龙2（1.中国兵器科学研究院宁波分院，浙江 宁波 315103；2.中国科学院兰州化学物理研究所 固体润滑国家重点实验室，兰州 730000）摘要：目的探究硬质WC-12Co涂层与摩擦副间的力学性能、摩擦磨损特性的对应关系。
方法采用超音速火焰喷涂（HVOF）技术制备WC-12Co硬质涂层，利用SEM、XRD、EDS等分析涂层的微观形貌、物相组成和元素分布规律等，研究该涂层与不同对偶配副的摩擦学性能及摩擦磨损机理等。
结果采用HVOF技术制备的WC-12Co涂层中各元素及物相分布均匀，涂层的显微硬度约为1 103.8HV0.3，纳米硬度约为20.47 GPa。
涂层和不同对偶配副的干摩擦因数均在0.80以上，磨损率在10−6 mm3/(N·m)量级，其中与Al2O3对偶球配副时摩擦因数（约0.81）最低，与WC-6Co对偶球配副时摩擦因数（约0.85）最大，在与Al2O3配副时磨损率最大，约为11.09×10−6 mm3/(N·m)，与GCr15配副时磨损率最小，约为1.60×10−6 mm3/(N·m)。
结论硬质WC-12Co涂层致密均匀，其力学性能优异，与不同材质对偶球配副时其磨损机制有所不同，导致摩擦副间的摩擦因数和磨损率略有差异，但其耐磨性均良好，可以根据实际应用工况特点选择不同的摩擦副，以保证硬质碳化钨涂层的安全稳定长效服役。
关键词：WC-12Co涂层；超音速火焰喷涂；摩擦副；力学性能；摩擦学性能中图分类号：TG174.442 文献标志码：A 文章编号：1001-3660(2024)07-0076-09DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2024.07.008Friction and Wear Behaviors and Damage Mechanisms ofDifferent Friction Pairs Based on Hard WC CoatingWANG Xiaoxia1, CHEN Jie1, HAO Enkang1*, LIU Guang1*, CUI Lang1,JIA Li1, WEI Liankun1, HAO Jianjie1, CAO Lijun1, AN Yulong2(1. Chinese Weapons Science Academy Ningbo Branch, Zhejiang Ningbo 315103, China; 2. State Key Laboratory ofSolid Lubrication, Lanzhou Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China)ABSTRACT: The WC-12Co metalloceramic coating is regarded as the ideal choice to improve the wear resistance of engineering components. However, the friction and wear characteristics of the coating are not only related to its structure and收稿日期：2023-04-10；修订日期：2023-10-09Received：2023-04-10；Revised：2023-10-09基金项目：国家自然科学基金（52205223）；内蒙古自治区自然科学基金（2022QN05019）；宁波市自然科学基金（2022J316）Fund：National Natural Science Foundation of China (52205223); Natural Science Foundation of Inner Mongolia Municipality (2022QN05019); Natural Science Foundation of Ningbo City (2022J316)引文格式：王晓霞, 陈杰, 郝恩康, 等. 基于硬质WC涂层的不同摩擦副间的摩擦磨损特性及损伤机制研究[J]. 表面技术, 2024, 53(7): 76-84.WANG Xiaoxia, CHEN Jie, HAO Enkang, et al. Friction and Wear Behaviors and Damage Mechanisms of Different Friction Pairs Based on Hard WC Coating[J]. Surface Technology, 2024, 53(7): 76-84.*通信作者（Corresponding author）第53卷第7期王晓霞，等：基于硬质WC涂层的不同摩擦副间的摩擦磨损特性及损伤机制研究·77·components, but also closely associated with the friction pairs and working conditions. Thus, the work aims to expound the relationship between the mechanical and tribological properties of the hard WC-12Co coating sliding with different friction pairs. In this work, the WC-12Co coating was prepared by the high velocity oxygen fuel (HVOF) spraying technology, and then its morphology, phase composition and element distribution were analyzed by SEM, XRD and EDS. Meanwhile, the tribological properties and friction and wear mechanism of the coating sliding against three different coupled balls of GCr15 stainless steel, WC-6Co and Al2O3 were studied as well. Moreover, the friction and wear mechanisms were analyzed from the evolution of microstructure, mechanical properties and phase components.The elements and phases of WC-12Co coating prepared by HVOF technology were evenly distributed. The interior of the coating was uniform and compact with an average porosity of (2.86±0.16)%, while the near-surface layer was loose. This was caused by the tamping effect because of subsequent particles compacting the previous deposited particles. In addition, there wasa slight decarbonization during deposition proved by the presence of W3C phase in the coating. The WC-12Co coating had amicrohardness of about 1 103.8HV0.3, and a nano-hardness of about 20.47 GPa. According to the order of GCr15 stainless steel, WC-6Co and Al2O3, the microhardness, contact stiffness, nano hardness, elastic modulus and resilience of the coupled balls gradually increased, while the mechanical properties of the coating were slightly less than the values of the WC-6Co coupled ball. The dry coefficient of friction (COF) of WC-12Co coating sliding against different friction pairs was above 0.80, and the wear rate (WR) was in the order of 10−6 mm3/(N·m). The lowest COF was about 0.81 when the coating slid against alumina ball, and the highest COF was about 0.85 when the coating slid against tungsten carbide ball. The coating had the highest WR(11.09×10−6 mm3·N−1·m−1) coupled with aluminum oxide ball, and the lowest WR (1.60×10−6 mm3·N−1·m−1) coupled withGCr15 steel ball. Due to the low hardness and large plasticity of GCr15 stainless steel ball, the transfer film was easy to form and adhere to the coating surface during friction, appearing typical abrasive wear and adhesive wear characteristics. The mechanical properties of WC-6Co ball and coating were approximate, and there were no typical signs of abrasive wear or adhesive wear. The alumina would appear moisture absorption phenomenon in the air, and the formation of intermediate products could play a lubricant effect to reduce the COF. However, the hardness of Al2O3 ball was very high, and it was easy to wear the softer one of the friction pairs, so the wear rate of the coating was the largest. Besides, the tribochemical reactions of the coating sliding against different coupled balls were roughly the same.In general, the WC-12Co coating is dense and uniform with excellent mechanical properties. Although the COF and WR of the coating are slightly different due to the wear mechanism difference with different coupled balls, the wear resistance of the hard WC-12Co coating is very excellent. The various friction pairs can be selected according to the characteristics of the actual application conditions, so as to ensure the safe, stable and long-term service of the hard WC-12Co coating.KEY WORDS: WC-12Co coating; HVOF spraying; friction pairs; mechanical properties; tribological properties履带行动系统（如主动轮齿圈、履带连接环等“四轮一带”运动摩擦部件）具有高速重载的典型特征，互相接触的运动部件之间通常伴随着磨损的产生，这是导致相应部件损伤失效的重要因素[1-3]。
试分析船舶机械中WC-12Co金属陶瓷涂层性能
试分析船舶机械中WC-12Co金属陶瓷涂层性能发表时间：2020-07-09T07:04:19.987Z 来源：《科技新时代》2020年4期作者：危安[导读] 本文采用HVOF工艺对多峰结构与亚微米结构涂层进行制备，并分别对三种涂层的结构形貌、相结构与显微硬度进行分析。
通过开展磨损试验探究多峰涂层磨损原理。
试验结果表明，30%纳米WC-12CO制备的多峰涂层的WC氧化脱碳度最低，显微硬度最高；50%纳米多峰涂层耐磨性最佳，可在船舶机械领域得到广泛应用。
危安中交广州航道局有限公司广东广州 510000摘要：本文采用HVOF工艺对多峰结构与亚微米结构涂层进行制备，并分别对三种涂层的结构形貌、相结构与显微硬度进行分析。
通过开展磨损试验探究多峰涂层磨损原理。
试验结果表明，30%纳米WC-12CO制备的多峰涂层的WC氧化脱碳度最低，显微硬度最高；50%纳米多峰涂层耐磨性最佳，可在船舶机械领域得到广泛应用。
关键词：船舶机械；WC-12Co涂层；性能试验引言：在普通基体表面制备方面，通常采用表面工程技术，可制备出品质优良、耐高温、耐腐蚀的涂层，在船舶设备制造与维修等领域得到广泛应用。
在该技术研究中，由HVOF工艺制备出的WC-12CO涂层在硬度、孔隙率等方面具有较大优势，可在船艉、泵轴套、柱塞等零件中得到广泛应用。
1WC-12Co金属陶瓷涂层简介WC-12CO金属陶瓷在硬度与耐磨性方面具有较大优势，经常作为整体和表面强化材料而应用。
该涂层受硬质相颗粒大小、分布情况、含量等因素影响，细小碳化物颗粒的涂层可达到良好的耐磨需求。
WC-12CO作为一种该金属陶瓷作为耐磨硬质合金涂层材料，在诸多领域得到广泛应用。
其制备方法为等离子喷涂、爆炸喷涂、高速火焰喷涂（HVOF）等方式。
该涂层结构受多种因素影响，包括粉末结构、工艺参与、喷涂方式等等。
在HVOF技术应用中，等离子喷涂的方式难以满足现实需求，而HVOF技术中涂层的耐磨性能更具优势，现已逐渐取代等离子喷涂的地位[1]。
HVOF技术简介
• 5、 HVOF 涂层与其它方法制备的涂层的性能比较
5.1 与其它热喷涂方法的比较 HVOF WC-Co 涂层的硬度可以达到 1100 — 1300Hv ，与爆炸喷涂层相 当，显著高于等离子喷涂层，一般等离子 WC-Co 涂层的显微硬度为 800 — 1000Hv 。表 2 为文献 [30] 所报导的几种涂层的硬度值。 表 2 几种 WC-Co 涂层与电镀硬铬层的硬度 [30] 涂层 HVOF HVOF 电镀硬铬层 爆炸喷涂 成分 WC-12Co WC-27NiCr Cr WC-13Co 硬度（ Hv 0.3 ） 1100~1270 1000~1100 800~900 1100~1200
但是，涂层的重熔工艺要求将工件表面加热到1000℃以上，加热温 度高，不仅容易引起基体组织和性能的变化，而且，还会产生巨大的热
应力，从而引起变形，对于要求比较严格的近终成形的零件，就难以适 用。HVOF涂层的优越性能为取代喷焊层提供了可能。
图 4各类HVOF喷涂层与NiCrBSi喷焊层，电镀硬铬层的耐磨料磨损性能 试验结果的比较例[33]。HVOF采用DJ系统喷制。图中，NiCrBSi（相当于 Ni60）喷焊层的耐磨损性作为1进行相对比较，该结果也说明通过选择合 适的涂层材料，可以得到性能优于喷焊与电镀硬铬层的HVOF涂层。
ZTA15钛合金表面热喷涂WC-12Co涂层的组织及性能
486FO U N D R V工艺技术Vol.70 No.4 2021ZTA 15钛合金表面热喷涂WC -12CO 涂层的组织及性能金国栋1,游涛2，柴能2，徐卫龙2，李巍2，姚谦2，刘时兵2，王洪锋2(1.海装沈阳局，黑龙江齐齐哈尔161000; 2.沈阳铸造研究所有限公司，高端装备轻合金铸造技术国家重点实验室，辽宁沈阳110022)摘要：采用超音速火焰喷涂（HVOF )技术在ZTA 15钛合金表面喷涂W C -12C O 粉末，可以得 到较为致密的WC 硬质涂层。
通过XRD 分析发现，涂层内主要相为WC ,并伴随少量的W2C 和Co ;W 3C ,未发现Co 相的存在。
涂层与基体之间不存在过渡区，涂层内的组织之间为冶金 结合，涂层与基体之间为物理结合，并且涂层与基体之间的结合强度略高于涂层组织自身强 度。
涂层的显微硬度可达到HV 11 045,是ZTA 15钛合金显微硬度值的3倍。
涂层材料断口具有 脆性断口特征，涂层材料的强度和塑性均低于钛合金基体。
关键词：ZTA 15;热喷涂；WC -12C OZTA 15合金是一种综合性能优异的中高强度钛合金，具有良好的焊接性能、优异的耐腐蚀性能以及良好的强度、塑性配比m 。
近年来，随着钛合金材料制备技术和 加工技术的发展，钛合金提炼及加工成本大幅降低，钛合金在各行各业得到了广泛 的应用，尤其是在航空、航天以及海洋装备制造领域，大量的钛合金部件替代了传统的钢制部件。
但是ZTA 15合金同其他钛合金一样，其材料硬度较低、抗磨损性能较差，在同 其他材料的部件存在相对摩擦运动的工况下，钛合金易优先发生摩擦磨损，从而影 响工件的功能甚至带来失效风险[2—41。
因此，近年来钛合金表面改性技术一直是钛合 金应用方面的一个重点研究方向。
目前，常见的改善钛合金表面硬度及耐磨性的方 法有微弧氧化激光熔覆热喷涂[1M 31、离子渗氮[14~]、真空渗碳nw 71等等。
其 中热喷涂技术中的超音速火焰喷涂（HVOF )技术，是一种高效的表面处理方式，它 具有不影响基体组织和性能、涂层厚度范围宽、喷涂效率高的优点〜191。
HVOF制备亚微米结构WC-12Co涂层性能研究
研 究结 果表 明 ： 喷涂过 程 中， 亚微 米结构 ＷＣ粒 子 没有 明 显的 脱碳 分 解发 生 ， 层 组 织结 构 涂
致 密 ， 显微硬 度平 均值 高达 ＨＶ１ ０ ； 相 同的试验 条件 下 ，６ 其 １５ 在 １ Ｍｎ钢 的磨粒 磨损 量 是 亚微
米 ｗ Ｃ１Ｃ －２ ｏ涂 层 的 ７ ８倍 ， 表 明亚微 米 结构涂 层具有优 异 的抗磨 粒磨损 性 能 ． ． 这
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第 ３ ４卷
第 ２期
湖
南
大
学
学
报 （自 然 科 学 版 ）
Ｖｏ ． ４． １３ ＮＯ． ２ Ｆｅ ｂ．２ ０ ０ ７
２ 年 ２ 月 ０ ０ ７
Ｊ ｕｎ ｌ ｆＨｕ ａ ｉｅｓｔ（ ｔ ｒｌ ｃｅ ｃｓ ｏ ｒａ ｎ ｎ Ｕｎｖ ｒｉ Ｎａｕａ Ｓ ｉｎ ｅ ） ｏ ｙ
文 章编 号 ：０ ０ ２ ７ ２ ０ ０ — ０ ６ ０ １ ０ —４ ２（０ ７） ２０ ５ ．４
Ｈ ＶｏＦ 制 备 亚 微 米 结 构 Ｗ Ｃ． ２ １ Ｃｏ 涂 层 性 能 研 究
王 群 ¨， 彰 雄 陈振 华 张世 英 吴 维冬 丁 ， ， ，
（ ． 南 大 学 材 料 科 学 与工 程学 院 ， 南 长 沙 １湖 湖 湖北 武汉 ４ ０ ８ ； ． 汉 理 工 大学 能 源 与 动 力 工 程 学 院 ， １０ ２ ２ 武 ４００ ） １ ０ ３ ４ ０ ６ ； ． 沙学 院 生 物 工 程 与 环境 科 学 系 ， ３０ ３ ３ 长 湖南 长 沙
Ｗ ＡＮＧ ｎ Ｑｕ ¨。ＤＩ ＮＧ ｈ ｎ — ｉｎ ２ ＨＥＮ ｅ ｇｈ ａ ，Ｚ Ｚ ａ ｇ ｘｏ ｇ 。Ｃ Ｚｈ ｎ ． ｕ ＨＡＮＧ ｈ— ｉｇ 。 Ｕ ｅ—ｏ ｇ Ｓ ｉ ｎ。Ｗ Ｗ ｉ ｎ ｙ ｄ
【国家自然科学基金】_wc-12co涂层_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140802
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
科研热词 高速燃气喷涂(hvaf) 钛合金 金属陶瓷涂层 超音速火焰喷涂 空蚀 磨损机理 硬度 激光熔覆 泥沙磨损 显微组织 冲蚀磨损
推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2013年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
2011年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
2011年 科研热词 金属陶瓷涂层 超音速火焰喷涂(hvof) 超音速火焰喷涂 耐磨性 磨粒磨损 热喷涂 涂层材料 汽蚀 摩擦 搅拌器叶轮 多峰结构 再制造 wc-12co涂层 推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
科研热词 组织结构 性能 冷喷涂 黏结相 金属陶瓷涂层 结构 空蚀 材料失效与保护 微纳米结构 多尺度 wc-co涂层 wc-co wc-12co涂层 hvof
推荐指数 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2014年Байду номын сангаас序号 1 2 3
2014年 科研热词 超音速火焰喷涂 粒度 wc-12co 推荐指数 1 1 1
2008年 序号 1 2 3 4 5 6 7
科研热词 超音速火焰 船舶机械 纳米粉末 磨损 涂层 wc-12co涂层 wc-12co
推荐指数 1 1 1 1 1 1 1
2009年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
科研热词 wc-12co涂层 超音速火焰喷涂 冷喷涂 wc-co 韧性 超音速喷涂 脱碳分解 耐磨性能 耐磨性 纳米结构涂层 纳米结构 纳米稀土改性 粉末结构 等离子喷涂 硬度 滑移区 涂层 泥浆冲蚀 沉积行为 微动磨损 wc-12co tialzr钛合金
冷喷涂WC-Co涂层的组织结构和性能研究
冷喷涂WC-Co涂层的组织结构和性能研究王洪涛;陈枭;纪岗昌;白小波;董增祥;仪登亮【摘要】以微米WC-12Co、纳米WC-17Co和WC-23Co三种团聚烧结粉末为原料,进行冷喷涂沉积涂层实验,通过扫描电镜、X射线衍射仪分别分析了涂层的组织结构和相结构,运用压痕法测定了涂层的显微硬度、弹性模量和断裂韧性,并通过销-盘磨损实验测定了涂层的耐磨损性能.实验表明,三种粉末所沉积的WC-Co涂层均具有致密的组织结构,涂层保持与原始粉末相同的相结构,黏结相Co由于强烈塑性变形发生了同素异构转变,涂层组织无传统层状结构,WC硬质相发生了局部流动和再分布.对于纳米WC-Co涂层,随着黏结相含量增加,涂层硬度和弹性模量降低、断裂韧性增加,相对于316L不锈钢,冷喷涂WC-Co涂层表现出了优异的耐磨损性能,涂层磨损失效机理主要为磨粒对涂层的切削作用.【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2013(000)010【总页数】7页(P29-35)【关键词】冷喷涂;WC-Co涂层;黏结相;组织结构;性能【作者】王洪涛;陈枭;纪岗昌;白小波;董增祥;仪登亮【作者单位】九江学院机械与材料工程学院九江市绿色再制造重点实验室,江西九江332005;九江学院机械与材料工程学院九江市绿色再制造重点实验室,江西九江332005;九江学院机械与材料工程学院九江市绿色再制造重点实验室,江西九江332005;九江学院机械与材料工程学院九江市绿色再制造重点实验室,江西九江332005;九江学院机械与材料工程学院九江市绿色再制造重点实验室,江西九江332005;九江学院机械与材料工程学院九江市绿色再制造重点实验室,江西九江332005【正文语种】中文【中图分类】TG115.5纳米WC－Co因具有较高的硬度成为表面涂层材料研究的热点之一［1－3］，但纳米 WC颗粒在超音速火焰喷涂过程中易于发生受热分解，导致所沉积涂层中出现硬脆相（η相）而影响涂层的韧性和磨损性能，从而难于发挥纳米硬质颗粒对涂层性能的强化作用［3，4］。
HVOF喷涂纳米结构WC-12Co涂层的抗汽蚀性能
第 ３ 卷 第 ３ １ 期
２０ ０ ７年 ６月
武汉理工大学学报骛 差 （ ）
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｕ ａ ｎｖ ｒ ｉｙｏ ｃ ｎ ｌｇ ｏ ｒ ａ ｆＷ ｈ ｎ Ｕ ｉｅ ｓｔ ｆＴｅ ｈ ｏｏ ｙ
（ ａ ｓ ｏ ｔｔ ｎ Ｓ ｉｎ ｅ＆ Ｅｎ ｉｅ ｒｎ ） Ｔｒ ｎ ｐ ｒａｉ ｃｅ ｃ ｏ ｇｎ ｅ ｉｇ
要 的 ， 米 材 料 的小 尺 寸效 应及 其 表 面效 应 可 能 纳
赋 予 纳 米 涂 层 以独 特 的抗 汽蚀 性 能 ］ＷＣ Ｃ 吨． —ｏ
１ 试 验 材 料 与方 法
１ １ 试 验 材 料 ．
是 目前 所 能生 产 出来 的少 数几 种纳 米涂 层 材料 之
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其 中 ＷＣ 为硬质 相 ， ｏ为 金属 粘结 相 ， 有 一 Ｃ 具
赵
辉 ： ，５岁 ， 验 师 ， 要 研 究 领 域 为 材 料 表 面 工 程 女 ４ 实 主
国 家 自然 基 金 项 目资助 （ 准 号 ：０ ７ ０ ６ 批 ５４９１）
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第 ３期
赵
辉， ： 等 ＨＶＯＦ喷 涂 纳 米 结 构 Ｗ Ｃ １Ｃ 一２ ｏ涂 层 的抗 汽蚀 性 能
上… ］ ．
层 的 涂层设 计 、 工艺设 计 提 供理论 依 据 ， 且还 能 而 加 深 对纳 米 材 料 性 能 的认 识 ， 有 重要 的科 学研 具 究 意义 和实 际运 用价 值 ．
目前 的研 究 已表 明纳米材 料可 以同时 提高 材
料 的 硬度 和韧 性 ， 一特 性 正 是抗 汽 蚀 材 料 所 需 这
Ｖ ｏ１ Ｎｏ．３ ．３１
Ｊ ｎ ０ ７ ｕ ｅ２ ０
WC-Co（Cr）超音速火焰喷涂粉末和涂层性能
WC-Co（Cr）超音速火焰喷涂粉末和涂层性能周伍喜;李玉玺;颜维;易长宾;杨再江【摘要】WC12Co, WC17Co, WC10Co4Cr coatings were prepared by super high velocity oxygen fuel spray with the same sprayed parameters using agglomerated and sintered WC12Co, WC17Co, WC10Co4Cr powders with particle size range of-45~+15μm. The properties of powders and coatings were characterized by means of optical microscopy, X-ray diffraction analysis, microhardness meter and so on. The results indicate that all powders exhibit good flow-ability (~13 s/50 g) and spherical morphologies and nearly the same apparent density(4.8~5.0 g/cm3);WC and Co phases are detected in all the powders; the microstructure and physical properties of all the powders are suitable for the spraying. High deposition efficiency (52%~55%) and Vickers microhardness (1 200~1 300 HV300 g), low porosity (<1.1%), are obtained for coatings; WC, W2C phase and amorphous or nanocrystalline phase were detected in all coatings; the results of abrasive wear rate show that WC10Co4Cr coating has the best abrasive wear resistance than other two coatings under the same spray parameter;WC10Co4Cr coating also has the best corrosion resistance in salt fog exposure.%采用喷雾造粒和真空烧结工艺制备粒度15~45μm 的 WC-12%Co(WC12Co)、WC-17%Co(WC17Co)、WC-10%Co-4%Cr(WC10Co4Cr)球形喷涂粉末，并采用超音速火焰喷涂(HVOF)法在同一喷涂参数下制备WC12Co, WC17Co, WC10Co4Cr涂层，应用金相显微镜、X-射线衍射仪、扫描电镜、显微硬度计等表征粉末和涂层的结构和性能。
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第36卷 第4期 2007年8月 表面技术 Vol .36 No .4 Aug .2007 SURFACE TECHN OLO GY试验研究HVOF 喷涂纳米结构WC 212Co 涂层的组织结构分析赵辉1,王群2,丁彰雄1,张云乾1(1.武汉理工大学能源与动力工程学院,湖北武汉430063;2.湖南大学材料科学与工程学院,湖南长沙410082) [摘 要] 纳米结构WC 212Co 涂层的研究目前已受到了广泛重视,对其组织结构及影响因素的研究有利于提高涂层性能。
采用HVOF 工艺制备了纳米结构、多峰结构及普通微米结构3种WC 212Co 金属陶瓷复合涂层,并采用SE M 、XRD 等对粉末及涂层的显微形貌、组织结构进行了分析;探讨了粉末在喷涂过程中的氧化脱碳机理,并指出了与之相关的影响因素。
结果表明:纳米结构WC 212Co 涂层结构致密,孔隙率低,与基体结合状态良好;纳米粉末在喷涂过程中比微米粉末氧化失碳严重,并发生了不同的纳米晶粒的长大;纳米粉末在喷涂过程中的氧化脱碳程度不仅与喷涂工艺有关,还在很大程度上取决于粉末本身的结构特性。
[关键词] HVOF;纳米结构涂层;陶瓷涂层;WC 212Co;组织结构[中图分类号]TG174.442;TG174.453 [文献标识码]A [文章编号]1001-3660(2007)04-0001-03M i crostructura l Ana lysis of Nanostructured W C 212Co Coa ti n gs Sprayed by HVO FZHAO H u i 1,WAN G Q un 2,D I N G Zhang 2xiong 1,ZHAN G Yun 2qian1(1.College of Energy &Power Engineering,WUT,W uhan 430063,China;2.Materials Science &Engineering College,Hunan University,Changsha 410082,China )[Abstract] Research on nanostructured WC 212Co coatings has been e mphasized nowadays,and study on coating ’s m icr ostructure and the influencing fact ors is beneficial t o enhance the coating p r operties .Nanostructured,multi m odal and conventi onalWC 212Co cera m ic coatings were deposited by high vel ocity oxy 2fuel s p ray (HVOF )and the structures of the coatings such as m icr ostructures and phase compositi ons were analyzed by SE M and XRD.Finally the mechanis m s and fact ors of decarburizati on of WC particles in s p raying were exp l ored .Research results show that m icr ostructures of nanostructural and multi m odalWC 212Co coatings deposited by HVOF are dense,better adhesive strength and little por os 2ity than conventi onal one .A s well,it is f ound that although obvi ous decarburizati on of WC and crystal size gr owth oc 2curred during s p raying multi m odal and nanostructured WC 212Co powders in comparis on with conventi onal coating,the decarburizati on ofWC for the nanostructured powder is more severe because of the increase ment in nano size WC a 2mount,and the decarburizati on degree of nanostructured WC 2Co is not only influenced by s p ray para meters,but als o de 2pended on the po wder structure characteristics .[Key words] HVOF;Nanostructured coatings;Cera m ic coating;WC 212Co;M icr ostructure0 引 言[收稿日期]2007-02-13[基金项目]国家自然科学基金资助项目(50479016)[作者简介]赵辉(1961-),女,辽宁沈阳人,实验师,大专,主要从事材料表面工程实验教学及研究。
WC /Co 金属陶瓷热喷涂层由于具有优良的耐磨性已被广泛应用于航空、电力、冶金、石油、化工、机械等工业领域,其机械性能取决于它的组织结构特性,如涂层的孔隙率、粒子之间的结合状态及相结构等。
这些涂层特性主要受WC /Co 喷涂材料特性及涂层制备方法的影响。
目前的研究已表明:在WC /Co 材料中,材料的硬度和强度会随着WC 颗粒尺寸的减小而增加,纳米结构的WC /Co 金属陶瓷材料比传统的WC /Co 具有更高的硬度和韧性,耐磨性能更加优良,具有更为广阔的应用前景。
因而,纳米结构WC /Co 热喷涂层的研究已受到了广泛的重视[125]。
由于纳米结构WC 颗粒尺寸细小、比表面积大、活性高,在热喷涂过程中,纳米WC 颗粒具有晶粒长大,产生分解及脱碳的倾向,因此选择适当的工艺方法及制定合理的工艺参数是获得性能优良的纳米结构WC /Co 涂层的关键。
与其它热喷涂方法相比,超音速火焰喷涂(HVOF )的火焰喷射速度快,温度较低,喷涂粒子在空中飞行时间短,可显著缩短WC 在焰流中的停留时间,降低WC 在火焰中氧化脱碳的程度。
因此,它非常适合用于制备纳米结构WC /Co 金属陶瓷涂层[6210]。
在本研究中,选择纳米结构、多峰结构及普通微米结构3种WC 212Co 粉末为喷涂材料,采用超音速火焰喷涂方法制备涂层,分析了HVOF 喷涂的不同WC 212Co 涂层的结构特征,探讨1赵辉等 HVOF喷涂纳米结构WC212Co涂层的组织结构分析了WC212Co粉末结构特征对涂层组织结构的影响,分析了WC在喷涂过程中的氧化脱碳机理,为超音速火焰喷涂方法制备纳米结构WC/Co涂层的工艺选择提供了理论参数。
1 试 验1.1 试验材料喷涂粉末采用纳米结构、多峰结构及普通微米结构WC212Co粉末,它们分别以N1、M1及C1表示。
纳米结构及多峰结构WC212Co采用团聚烧结法制造。
微米结构WC212Co采用烧结破碎法制造,粉末粒度为10～45μm。
纳米结构WC212Co粉末牌号为I nfrall oy S7412,WC的原始晶粒尺寸为50～500n m,造粒后粉末的粒度为1～45μm,粒子的平均尺寸为23μm。
多峰结构WC212Co粉末的牌号为Nanomyte M l,粉末中纳米相与微米材料的质量比30∶70,纳米WC晶粒尺寸为30n m左右,微米WC的尺寸为2～3μm,造粒后喷涂粉末的粒度为5～40μm,粒子的平均尺寸为29μm。
喷涂试样的基体材料为Q235,试样尺寸为50mm×14mm×15mm。
1.2 涂层制备采用国产TⅠ2Ⅱ3200CY型HVOF设备进行喷涂,此设备采用航空煤油作为燃料,氧气作为助燃气,送粉载气采用氮气,喷涂工艺参数见表1。
由表1可以看出,喷涂纳米材料的参数和喷涂常规微米粉末材料的参数有所差异,这主要是考虑到它们在焰流中的特性差别,其目的主要是降低纳米材料中WC粒子的氧化脱碳程度。
表1 HVO F喷涂W C212Co的工艺参数Table1Spray param eters of W C212Co coa ti n gs by HV O F粉末类型喷枪型号煤油流量/(L・h-1)氧气流量/(m3・h-1)氧气压力/MPa送粉率/(kg・h-1)喷涂距离/mmN1长型20.453.760.936370M1长型20.453.760.936370C1长型20.461.4 1.236380 喷涂前先用丙酮清洗试样表面,然后用60目的刚玉对试样表面进行喷砂粗化处理。
喷涂后涂层的厚度为0.4mm左右。
1.3 试验方法涂层采用S2570型扫描电镜(SE M)进行金相及组织结构分析,工作电压20k V,束流110μA。
采用德国产D5000型X射线衍射仪进行物相分析,Cu靶,管压35k V,管流30mA,扫描步长0.02°(10°～90°)。
2 试验结果及分析2.1 WC212Co粉末的组织结构纳米结构、多峰结构及普通微米结构WC212Co粉末的表面形貌如图1～图3所示。
纳米结构及多峰结构WC212Co粉末都呈圆球形状,但纳米结构粉末原始晶粒尺寸分布较均匀,大部分尺寸小于100n m,而多峰结构粉末原始晶粒尺寸范围较大。
微米结构WC212Co粉末的形貌为棱形,WC晶粒尺寸分散,大的粒晶尺寸已达2～3μm,但小的粒晶尺寸为亚微米级。
图1 纳米结构WC212Co粉末形貌Figure1Mor phol ogy of nanostructured WC212Copowder图2 多峰结构WC212Co粉末形貌Figure2Mor phol ogy of multi m odalWC212Co powder图3 微米结构WC212Co粉末形貌Figure3Mor phol ogy of conventi onalWC212Co powder2.2 W C212Co涂层的组织结构图4所示为HVOF喷涂的纳米结构、多峰结构及普通微米结构WC212Co涂层的表面形貌,图5为它们的横截面显微组织结构。