超音速火焰喷涂WC-CoCr涂层组织及耐腐蚀性
超音速火焰喷涂ＷＣ・ＣｏＣｒ
涂层组织及耐腐蚀性
洪晟１，吴玉萍１，秦玉娇１，郑源２
（１．河海大学力学与材料学院，江苏南京２１００９８；２．河海大学能源与电气学院，江苏南京２１００９８）
摘要：为了提高潮汐电站金属部件的耐腐蚀性，采用超音速火焰喷涂技术在
Ｑ２３５钢基体表面上制备了约２３０１山ｍ的ＷＣ—ＣｏＣｒ涂层。采用金相显微镜和Ｘ射线衍射仪等对涂层的组织结构进行了观察和分析；在电化学工作站上对ＷＣ．ＣｏＣｒ
涂层与镀铬层的耐腐蚀性能进行试验研究。结果表明：ＷＣ．ＣｏＣｒ涂层由ＷＣ和
Ｃｏ，Ｗ，Ｃ相组成，组织致密，平均孔隙率为１．５％，硬度为１３１７Ｈｖ。．，，涂层在３．５ｗｔ．％ＮａＣｌ溶液中的电化学腐蚀性能优于镀铬层。
关键词：超音速火焰喷涂；涂层；组织结构；腐蚀
１引言
能源问题是世界各国面临的重大难题，国家将可再生能源的开发利用列为能源发展的
优先领域，而利用潮汐能发电是海洋可再生能源生产的重要途径之一［１，２］。然而国内外的
研究与运行实践表明，潮汐电站机组长期在盐雾和海水里运行，导致金属构件极易被腐
蚀，造成设备运行效率低下、大修频繁、使用寿命缩短，严重影响机组的稳定和安全。因
此如何解决潮汐电站水轮机的腐蚀问题是保障潮汐能发电系统能否持续可靠运行的关键
之一。为了提高这些水轮机零部件的使用寿命，人们相继引入了各种先进涂层材料及表面技
术，其中热喷涂技术是目前应用最为广泛的表面涂层制备技术之一［２。４］。超音速火焰喷涂
技术具有高速（可使颗粒获得高的动能和较短的氧化暴露时间）和相对较低的温度这两个
重要特征，所得涂层硬度、强度高，孔隙率低，涂层与基体结合强度高，尤其适合于ＷＣ．Ｃｏ基复合涂层的制备∞’６Ｊ。
基金项目：海洋可再生能源专项资金资助项目（ＧＨＭＥ２０１１ＣＸ０２）。作者简介：洪晟（１９８８一），男，博士研究生，主要从事热喷涂技术的研究，Ｅｍａｉｌ：ｈｏｎｇｓｈｅｎｇｌ９８８０１ｌｌ＠ｙａ．ｈｏｏ．ｃｏｎＬｃｎ。
通讯作者：吴玉萍，女，教授，Ｅｍａｉｌ：ｗｕｙｕｐｉｎｇ＠ｈｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。超音速火焰喷涂ＷＣ．ＣｏＣｒ涂层组织及耐腐蚀性４１１
对于ＷＣ—ＣｏＣｒ涂层来说，Ｃｒ的加入不仅能改善涂层的抗腐蚀能力，而且显著提高ＷＣ
颗粒与ｃｏ粘结相的结合。因此，ＷＣ．ＣｏＣｒ涂层被成功用于水力机械部件的表面防护…。本文研究了超音速火焰喷涂ＷＣ—ＣｏＣｒ涂层的组织及耐腐蚀性能，并与镀铬层进行了对比，
可为潮汐电站水轮机零部件防护技术的建立提供技术支持。
２试验材料与方法
２．１涂层的制备
试验用粉体为商用ＷＣ一１０Ｃｏ－４Ｃｒ粉，采用团聚烧结工艺制备，呈颗粒状，粒径为
１５—４５¨ｍ。基体材料为Ｑ２３５普通碳素钢，喷涂试样尺寸为１５ｍｍ×５ｍｍ×３ｍｍ。喷涂前先用丙酮清洗试样表面，然后用白刚玉磨料对试样表面进行喷砂粗化处理。采用ＪＰ８０００型超
音速火焰喷涂系统制备ＷＣ—ＣｏＣｒ涂层，以航空煤油为燃料，氧气为助燃气，氮气为送粉气，
喷涂过程中，喷涂距离为４００ｍｍ，氧气流量为８０２Ｌ・ｍｉｎ～，煤油流量为０．４４Ｌ・ｍｉｎ～，氮
气流量为１０．８６Ｌ・ｍｉｎ～，送粉器转速５ｒ・ｍｉｎ‘。，喷枪移动速度２８０ｍｍ・ｓ～。
２．１涂层分析与试验方法
利用ＯＬＭＰＵＳ—ＢＸ５１Ｍ型光学显微镜观察涂层截面的显微结构；采用Ｄ８型ｘ射线衍射仪对涂层进行相结构分析。采用ＨＸＤ．１０００显微硬度计测定涂层截面的显微硬度，测试载
荷为１００９，载荷持续时间１５ｓ，测定５个值，取其平均值作为测定结果。电化学腐蚀试验采用ＰＡＲＳＴＡＴ２２７３ＡｄｖａｎｃｅｄＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ型电化学仪器，参比电极采用２３２型饱和甘汞电极。腐蚀液为３．５ｗｔ．％ＮａＣｌ溶液，试样在溶液中浸泡１ｈ
后进行电化学腐蚀测试。
３试验结果与讨论
３．１涂层组织形貌
图１为ＷＣ．ＣｏＣｒ涂层的截面形貌图，涂
层的层状结构不明显，厚度约为２３０斗ｍ。涂层致密、孔隙率较低，用图像处理法测得涂
层的孔隙率约为１．５％。涂层与基体结合紧密、互相嵌合，交界处为波浪形不平整界面，
涂层与基体的结合以机械结合为主。
３．２涂层的相结构
图２（ａ）、２（ｂ）分别为ＷＣ．ＣｏＣｒ粉末图１涂层的截面形貌
Ｆｉｇ．１ＳＥＭｉｍａｇｅｏｆｔｈｅｃｏａｔｉｎｇ
和涂层的ｘ射线衍射图谱，从图谱上可以看出ＷＣ．ＣｏＣｒ粉末由ＷＣ和Ｃｏ相组成，而ＷＣ—
ＣｏＥｒ涂层则由ＷＣ和Ｃｏ，Ｗ，Ｃ相组成。在２０＝４０。处出现了一个宽化漫衍射峰，同时在漫４１２第二届中国海洋可再生能源发展年会暨论坛论文集
衍射峰上还叠加着晶化相衍射峰，这说明在超音速火焰喷涂ＷＣ．ＣｏＣｒ涂层中除了含有非
晶相外，还有一部分晶化相存在。
２ｔｈｅｔａ（ｄｅｇ．）
图２ＸＲＤ图谱（ａ）ＷＣ—ＣｏＣｒ粉末；（ｂ）ＷＣ．ＣｏＣｒ涂层
Ｆｉｇ．２ＸＲＤｐａｔｔｅｒｎｓ（ａ）ＷＣ—ＣｏＣｒｐｏｗｄｅｒ；（ｂ）ＷＣ・ＣｏＣｒｃｏａｔｉｎｇ
３．３涂层显微硬度
图３是ＷＣ—ＣｏＣｒ涂层截面的显微硬度沿截面方向分布。从图上可以看出，涂层的硬度
在１２００—１５００Ｈｖ。．。之间变化，涂层的平均硬度达到了１３１７Ｈｖ。．，，明显高于基体
（２２４Ｈｖ。．。），约为基体硬度的６倍。ＷＣ—ＣｏＣｒ涂层硬度高是因为喷涂过程中钴、铬粘结相
首先熔化，ＷＣ硬质相在温度高于１７７３Ｋ时开始熔解于钴、铬液相中，而喷涂火焰温度低
于此，大多数硬质相颗粒保留在涂层中‘８Ｉ。
图３涂层的硬度分布图
Ｆｉｇ．３Ｈａｒｄｎｅｓｓｐｒｏｆｉｌｅａｃｒｏｓｓｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｏｆｔｈｅｃｏａｔｉｎｇ
３．４涂层的抗腐蚀性
图４是ＷＣ—ＣｏＣｒ涂层和镀铬层的电化学Ｔ如ｌ极化曲线。可以看出ＷＣ—ＣｏＣｒ涂层的超音速火焰喷涂ＷＣ—ＣｏＣｒ涂层组织及耐腐蚀性４１３
腐蚀电位（一４１０ｍＶ）高于镀铬层（一６３２ｍＶ），ＷＣ—ＣｏＣｒ涂层的腐蚀电流密度
（２．０２ｌｘＡ・ｃｍ。２）略小于镀铬层（２．９１“Ａ・ｃｍ。２）。以“电位越高、电流密度越小，耐腐蚀性越好”为原则，ＷＣ．ＣｏＣｒ涂层的耐电化学腐蚀性能优于镀铬层。
图４涂层的电化学Ｔａｆｅｌ极化曲线
Ｆｉｇ．４ＴａｆｅｌｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎＣＯｌ＇ｙｅｓｏｆＨＶＯＦｓｐｒａｙｅｄＷＣ—ＣｏＣｒｃｏａｔｉｎｇａｎｄｈａｒｄｃｈｒｏｍｉｕｍｃｏａｔｉｎｇｉｎ３．５ｗｔ．％ＮａＣｌ
ＷＣ—ＣｏＣｒ涂层的腐蚀取决于ＷＣ硬质相与ＣｏＣｒ粘结相之间形成的腐蚀微电池和涂层
中孑Ｌ隙等缺陷的多少。在腐蚀过程中，Ｃｒ元素的存在能有效地促进钝化膜的形成，改善涂
层的抗腐蚀能力，然而孔隙底部的腐蚀电位要比孔隙外表面（有钝化膜存在）的腐蚀电位
低，构成了大阴极小阳极的腐蚀微电池，使孔隙中的金属表面以较大的阳极电流密度溶解，且孔隙处形状有突变，表面自由能较高，容易导致涂层表面钝化膜的破裂旧Ｊ，加速孔隙的腐蚀。
图５是ＷＣ－ＣｏＣｒ涂层和镀铬层的电化学阻抗曲线。从图中可以看出，ＷＣ．ＣｏＣｒ涂层
与镀铬层都显示出半弧形的阻抗弧，但是ＷＣ．ＣｏＣｒ涂层的阻抗弧半径要大于镀铬层。这
表明ＷＣ—ＣｏＣｒ涂层和镀铬层的电化学腐蚀机理相似，但是腐蚀速率不同，ＷＣ．ＣｏＣｒ涂层
的腐蚀速率要小于镀铬层。这也验证了ＷＣ．ＣｏＣｒ涂层的耐电化学腐蚀性能优于镀铬层。
ＷＣ—ＣｏＣｒ涂层优良的耐腐蚀性为该涂层在潮汐电站上的应用成为可能。
们￡ｅ－ｏ—ＥＮ
图５涂层的电化学阻抗曲线
Ｆｉｇ，５ＥＩＳｃｕｒｖｅｓ（Ｎｙｑｕｉｓｔｄｉａｇｒａｍｓ）ｏｆＨＶＯＦｓｐｒａｙｅｄＷＣ—ＣｏＣｒｃｏａｔｉｎｇａｎｄｈａｒｄｃｈｒｏｍｉｕｍｃｏａｔｉｎｇｉｎ３．５ｗｔ．％ＮａＣｌ４１４第二届中国海洋可再生能源发展年会暨论坛论文集
４结语
（１）超音速火焰喷涂ＷＣ．ＣｏＣｒ涂层由ＷＣ和Ｃｏ，Ｗ３Ｃ相组成，组织致密，孔隙率为
１．５％，显微硬度为１３１７Ｈｖ０１。（２）ＷＣ－ＣｏＣｒ涂层在３．５ｗｔ．％ＮａＣｌ溶液中的电化学腐蚀性能优于镀铬层。这是由于
涂层中ｃｒ元素的存在提高了金属的电极电位，在涂层表面形成一层耐蚀的钝化膜。
参考文献
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ｉｎｇｓ：ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｂｅｔｗｅｅｎｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅａｎｄｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｓｔａｒｔｉｎｇｐｏｗｄｅｒｓ［Ｊ］．ＡｃｔａＭａｔｅｒ２０００；４８：１５９３—１６０４．［９］赵卫民，王勇，薛锦，吴开源．超音速火焰喷涂镍基合金层的腐蚀失效过程［Ｊ］．焊接学报，２００５，
２６（１）：４ｌ一４６．
等离子热喷涂和超音速火焰喷涂
调研报告：等离子热喷涂与超音速火焰喷涂的区别、优缺点及成本对比
一、工艺原理
1. 等离子热喷涂：等离子热喷涂是一种通过将喷涂材料加热到熔融状态，然后以高速喷射到工件表面形成涂层的工艺。等离子体作为一种高温热源，能够将涂料加热至熔融状态，使其在被喷涂时具有较高的流动性。
2. 超音速火焰喷涂：超音速火焰喷涂是一种利用高温燃气和高速喷射技术将喷涂材料喷射到工件表面的工艺。该工艺使用燃气燃烧产生的高温高速气流将涂料加热并加速，使其以极高的速度喷射到工件表面。
二、涂料特性
1. 等离子热喷涂：等离子热喷涂的涂料种类较多，包括金属、合金、陶瓷等材料。由于等离子体的高温特性，能够保证涂料在熔融状态下的流动性，因此适用于喷涂较厚的涂层。
2. 超音速火焰喷涂：超音速火焰喷涂的涂料种类包括金属、非金属陶瓷等材料。由于高速喷射的特性，适用于喷涂较薄的涂层。
三、涂层性能
1. 等离子热喷涂：等离子热喷涂形成的涂层具有较高的结合强度、硬度和耐磨性。同时，由于涂料在熔融状态下流动性较好，能够形成较致密的涂层结构。
2. 超音速火焰喷涂：超音速火焰喷涂形成的涂层具有较高的结合强度和硬度。由于高速喷射的特性，形成的涂层具有较小的孔隙率，具有较好的防腐蚀性能。
四、优缺点
1. 等离子热喷涂：
优点：形成的涂层结合强度高、硬度较好；适用于喷涂较厚的涂层；可用于不同材料的喷涂。
缺点：设备成本较高；操作过程中需要消耗大量能源；高温下容易引起材料氧化。
2. 超音速火焰喷涂：
优点：高速喷射形成的涂层结合强度高、防腐蚀性能好；设备成本相对较低；操作过程中能源消耗较少。
缺点：形成的涂层较薄，需多次喷涂才能达到预期效果；对于某些材料，易引起氧化和热损伤。
五、成本对比
1. 等离子热喷涂：由于设备成本较高，操作过程中需要消耗大量能源，因此等离子热喷涂的成本相对较高。
2. 超音速火焰喷涂：设备成本相对较低，操作过程中能源消耗较少，因此超音速火焰喷涂的成本相对较低。
HVOF制备的WC-10Co4Cr涂层性能及其在硬密封球阀上的应用
HVOF制备的WC-10Co4Cr涂层性能及其在硬密封球阀上的应用
邱晓来;王汉洲;黄明金;刘宝;王群
【摘 要】为提高金属硬密封球阀的抗磨损和耐腐蚀性能,采用超音速火焰喷涂(HVOF)工艺,在1Cr13不锈钢钢基体上制备了WC-10Co4Cr涂层.测试了涂层与基体的结合强度以及涂层的显微硬度、气孔率、抗磨损和腐蚀等性能.结果表明:WC-10Co4Cr涂层与粉末的相结构基本一致,涂层的显微硬度高,组织结构致密且与基体的结合强度高;另外,WC-10Co4Cr涂层还表现出较好的抗腐蚀性能和优异的抗磨粒磨损性能.生产实践表明,这些球阀密封性能好,开关灵活且耐磨和耐腐蚀性能良好.
【期刊名称】《煤化工》
【年(卷),期】2018(046)004
【总页数】5页(P64-68)
【关键词】超音速火焰喷涂;硬密封球阀;WC-10Co4Cr涂层;显微硬度;气孔率;磨粒磨损;腐蚀
【作 者】邱晓来;王汉洲;黄明金;刘宝;王群
【作者单位】超达阀门集团股份有限公司,浙江 温州 325105;超达阀门集团股份有限公司,浙江 温州 325105;超达阀门集团股份有限公司,浙江 温州 325105;超达阀门集团股份有限公司,浙江 温州 325105;湖南大学,湖南 长沙 410082
【正文语种】中 文
【中图分类】TG174
金属硬密封球阀广泛应用于高压力和较高温度的燃气、石油和煤化工行业[1]。由于管输物料通常含有腐蚀性的气相和液相介质以及一些高硬度的固相硬质颗粒，在球阀启闭时，流动介质中的高硬度固相粒子在高压力气相和液相的作用下，对球阀的阀体、内件及密封面造成很大的冲蚀和磨蚀[2-3]。金属硬密封球阀一般使用碳钢或不锈钢材质制造，由于材质本身的限制（耐腐蚀性偏低和／或硬度较低），碳钢或不锈钢制造的球体和阀座在严苛的工况下，容易发生较快速的磨损和腐蚀，从而造成球阀的泄漏、卡涩和开关不到位等故障[4]。为此，需要对阀芯零件进行表面强化处理，以提高其抗磨损和耐腐蚀性能，使金属硬密封球阀在恶劣工况下，能安全可靠地工作[2]。
211241043_超音速火焰喷涂NiCoCrAlY
第52卷 第5期 表面技术
2023年5月 SURFACE TECHNOLOGY ·413·
收稿日期：2022–04–29；修订日期：2022–09–16
Received：2022-04-29；Revised：2022-09-16
基金项目：河北省科技计划项目（17211028）；河北省高等学校教育科学研究项目（Z2017054）；唐山市科技计划项目（21130225c）
Fund：Science and Technology Plans of Hebei Provence (17211028); Science and Technology Research Project of Hebei Higher Education
(Z2017054); Science and Technology Plans of Tangshan (21130225c)
作者简介：曹玉霞（1980—），女，博士，教授，主要研究方向为涂层材料。
Biography：CAO Yu-xia (1980-), Female, Doctor, Professor, Research focus: coating materials.
引文格式：曹玉霞, 孙景卫, 周海静, 等. 超音速火焰喷涂NiCoCrAlY/Al
2O
3-10%B
4C涂层的制备及抗氧化性能研究[J]. 表面技术, 2023,
52(5): 413-419.
CAO Yu-xia, SUN Jing-wei, ZHOU Hai-jing, et al. Preparation and Oxidation Properties of HVOF Sprayed NiCoCrAlY/Al
2O
3-10%B
4C
Coatings[J]. Surface Technology, 2023, 52(5): 413-419.
超音速火焰喷涂NiCoCrAlY/Al
碳化钨喷涂涂层特点
碳化钨喷涂涂层特点
涂层制备的特点：
1、焰流速度非常高，一般是音速的5倍。
2、喷涂粉末的速度也非常高，的可达2000米/秒。
3、涂层高度致密，结合强度高，气孔率能小于1%，结合强度可大于70Mpa。
4、涂层材料氧化程度低。失碳少，涂层硬度高。
5、粉末颗粒在高速焰流中获得了极大的动能，对基材和已沉积颗粒的撞击效果显著北京勤合科技公司而且沉积颗粒中只有一小部分粒子存在液/固相凝固和收缩过程，绝大多数为固相变形，涂层中生成有利于提高涂层可靠性的压应力。
6、某些特定材料，满足修复场合，北京勤合科技。
7、高速的撞击和强烈的变形使材料的晶格产生畸变，增加了材料的活性，从而增加了与相邻的颗粒或基体材料生成物理结合的可能，涂层的可靠性极高。
8、工件不变形。
操作流程：
客户提供零件，我们进行喷涂加工，完成后客户验收。
应用领域，
主要从事陶瓷涂层、目前为电力、钢铁、水泥等企业提供集防护涂层、个性化防护方案设计、工程技术服务一体的综合防护解决方案。服务客户涉及航空航天、石油化工、造纸印刷、包装、电子、交通运输等多个领域。服务范围包括各种轴类、泵阀、密封环、溅射靶材、瓦楞辊、各类阀门、轧辊、风机叶轮、拉丝塔轮等高耐磨产品等零部件及构件的耐磨、耐高温、耐腐蚀、导电、绝缘等多种涂层的热喷涂。
耐磨、防腐、隔热、造纸；铁路、机械、汽车、钢铁、石油、化工、印刷、航空航天、电力煤碳。
等离子喷涂热障涂层和电绝缘涂层：如ZrO2、Al2O3涂层等。
等离子喷涂金属氧化物耐磨涂层：如Cr2O3、Al2O3/Ti涂层等，用于泵类柱塞、密封环、轴套、导丝辊等。
超音速喷涂耐磨耐蚀涂层：如WC-Co、WC-Co-Cr、NiCr-Cr3C2，碳化物，碳化钨喷涂，wc喷涂等，用于汽轮机叶片、风机叶轮、阀体、阀座等。
制备高温辐射涂层：特种金属氧化物
涂层制备的特点：
1、焰流速度非常高，一般是音速的5倍。
2、喷涂粉末的速度也非常高，的可达2000米/秒。
超音速火焰喷涂技术方案
模板工程施工方案
页脚内容
超音速火焰喷涂
技
术
方
案
超音速火焰喷涂技术方案 ............................. 0
一、喷涂材料及主要技术指标 ........................ 0
1、涂层主要技术指标 ........................... 0
2、NiCr-Cr3C2粉末材料说明: .................... 0
二、施工工艺 ................................... 0 模板工程施工方案
页脚内容 1、施工条件 ................................. 0
2、施工工艺流程： ............................ 1
三、超音速火焰喷涂设备与技术说明 ................... 2
1、设备简介: ................................ 2
2、系统特点: ................................ 3
3、技术简介: ................................ 3
4、在电力系统中的应用 ......................... 4
四、质量要求 ................................... 4
五、监督与验收 .................................. 5
模板工程施工方案
页脚内容 超音速火焰喷涂技术方案
一、喷涂材料及主要技术指标
1、涂层主要技术指标
主要成份：NiCr 25%左右
Cr3C2 75%左右
厚 度：0.15-0.20mm左右
超高强度钢表面HVOF金属陶瓷涂层制备与表征综合实验
实 验 技 术 与 管 理 第36卷 第8期 2019年8月 Experimental Technology and Management Vol.36 No.8 Aug. 2019
ISSN 1002-4956 CN11-2034/T
DOI: 10.16791/ki.sjg.2019.08.042
超高强度钢表面HVOF金属陶瓷涂层
制备与表征综合实验
郭智兴，高林耿，李深厚，熊 计，鲜 广
（四川大学 制造科学与工程学院，四川 成都 610065）
摘 要：本实验采用超音速火焰喷涂（HVOF）技术在300M超高强度钢表面制备了WC-17Co、WC-10Co-4Cr、
Cr3C2-25NiCr等3种金属陶瓷涂层，并对涂层的微观组织、物理力学性能及摩擦磨损性能进行了研究。实验将粉
末冶金、表面工程及摩擦学等方面的知识贯穿起来，可培养材料工程类专业学生的创新思维和综合运用知识进行
科学研究的能力。
关键词：超高强度钢；HVOF；金属陶瓷；涂层
中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1002-4956(2019)08-0174-04
Comprehensive experiment on preparation and characterization
of HVOF cermet coatings on ultra-high strength steel
GUO Zhixing, GAO Lingeng, LI Shenhou, XIONG Ji, XIAN Guang
(School of Manufacturing Science and Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, China)
Abstract: Three kinds of cermet coatings, i.e., WC-17Co, WC-10Co-4Cr, Cr3C2-25NiCr, are prepared on the surface of 300M ultra-high strength steel by the supersonic flame spraying (HVOF) technology, and the microstructure, physical and mechanical properties and friction and wear properties of the coatings are studied. Through the experiment, the knowledge of powder metallurgy, surface engineering and tribology can be integrated, which can cultivate the innovative thinking and the ability of comprehensive application of knowledge for scientific research of students majoring in material engineering. Key words: ultra-high strength steel; HVOF; cermet; coating
超音速火焰喷涂WC-17Co涂层微观结构与性能研究
超音速火焰喷涂ＷＣ １７Ｃｏ涂层微观结构与性能研究 ８５
超音速火焰喷涂ＷＣ－１７Ｃｏ涂层 微观结构与性能研究 Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ＷＣ一１ ７Ｃｏ Ｃｏａｔｉｎｇｓ Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｂｙ Ｈｉｇｈ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ Ｏｘｙ—ｆｕｅｌ Ｓｐｒａｙｉｎｇ 崔永静，王长亮，汤智慧，张晓云 （北京航空材料研究院，北京１０００９５） ＣＵＩ Ｙｏｎｇ—ｊｉｎｇ，ＷＡＮＧ Ｃｈａｎｇ—ｌｉａｎｇ，ＴＡＮＧ Ｚｈｉ—ｈｕｉ，ＺＨＡＮＧ Ｘｉａｏ—ｙｕｎ （Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００９５，Ｃｈｉｎａ） 摘要：采用超音速火焰喷涂技术喷涂了两种不同ＷＣ颗粒尺寸的ＷＣ １７Ｃｏ粉末。对制备的两种涂层的硬度、孑Ｌ隙率、 断裂韧性、结合强度和电化学腐蚀行为进行了测试。结果表明：具有亚微米结构ＷＣ颗粒的粉末制备的涂层，在硬度、孑Ｌ 隙率、断裂韧性方面具有一定优势，而含有大颗粒ＷＣ相的粉末制备的涂层在结合强度、腐蚀行为方面优势明显，这说明 ＷＣ颗粒尺寸对涂层性能有显著影响。 关键词：超音速火焰喷涂；ＷＣ；ＷＣ—Ｃｏ涂层 中图分类号：ＴＧＩ７４．４４２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１－４３８１（２０１１）１１－００８５—０４ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ＷＣ一１７Ｃｏ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｗｅｒｅ ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ ｂｙ ｈｉｇｈ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｏｘｙ—ｆｕｅｌ（ＨＶＯＦ） ｓｐｒａｙｉｎｇ．Ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｏ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｗｅｒｅ ｔｅｓｔｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ＷＣ ｓｉｚｅ ｏｎ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍ— ａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｗａｓ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ Ｇ ｃｏａｔｉｎｇ，ｗｈｉｃｈ ｈａｄ ｓｕｂｍｉｃｒｏｎ ＷＣ ｐａｒｔｉｃｌｅ，ｓｈｏｗｅｄ ｍｏｒｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｉｎ ｈａｒｄｎｅｓｓ，ｐｏｒｏｓｉｔｙ，ａｎｄ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ，ｗｈｉｌｅ Ｈ ｃｏａｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ｂｉｇｇｅｒ ＷＣ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｈａｄ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎ ａｄｈｅｓｉｖｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ．Ｏｂｖｉｏｕｓ— ｌｙ，ｔｈｅ ＷＣ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ｓｈｏｗｅｄ ｇｒｅａｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏａｔｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＨＶＯＦ；ＷＣ；ＷＣ—Ｃｏ ｃｏａｔｉｎｇ 超音速火焰喷涂（ＨＶ０Ｆ）工艺是２Ｏ世纪８０年代 初期，由美国Ｂｒｏｗｎｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ公司推出的一种 新型热喷涂技术。ＨＶＯＦ的焰流温度可达２７００。Ｃ，焰 流速度可达２０００ｍ／ｓ。相对于等离子喷涂工艺来说， ＨＶｏＦ较低的焰流温度和较高的焰流速度可以减少 在喷涂过程中ＷＣ粉末颗粒的脱碳、氧化等反应。因 而，ＨＶＯＦ工艺制备的ＷＣ—Ｃｏ涂层具有高硬度，低孔 隙率，与基体结合强度高（＞７０ＭＰａ）等优点；与电镀硬 铬涂层相比，耐磨性更好，对环境更加友好，对基体疲 劳性能影响低。因此，在国内外尤其是航空领域得到 了深入的研究和广泛的应用，已成为制备ＷＣ—Ｃｏ系 列耐磨涂层的首选工艺口 ］。 喷涂粉末的形态、喷涂设备和喷涂参数对涂层性 能都有极大影响。有研究表明＿３ ］，纳米和亚微米结 构ＷＣ Ｃｏ涂层具有更高硬度和韧性，但是纳米结构 涂层存在致命的脱碳问题，产生的脆性ｗ。ｃ相将对涂 层在定载荷下的耐磨性能造成损害，相关研究一直是 领域内的热点。 本工作针对两种不同形态的ＷＣ一１７Ｃｏ粉末，采 用相同工艺参数制备ＨＶＯＦ涂层，通过对两种涂层性 能的对比，研究了不同粉末形态对涂层性能的影响，为 进一步优化喷涂参数和喷涂粉末提供理论依据。 １ 实验 １．１ 喷涂粉末及喷涂工艺参数 本实验喷涂粉末选用不同公司生产的两种团聚 烧结ＷＣ一１７ Ｃｏ粉末，粉末粒径分布相同，均为 １０～４５ ｍ。实验中两种粉末分别简称为粉末Ｇ和 粉末Ｈ，两种粉末制备的涂层分别简称为涂层Ｇ和 涂层Ｈ。 钛合金试片，尺寸为１００ｍｍ×２５ｍｍ×ｌｍｍ，经喷 砂前处理后，采用超音速火焰喷涂技术制备涂层。燃 气为丙烷，喷涂工艺参数为氧气流量ｌ９９８ＯＬ／ｈ，丙烷 流量４３９０Ｌ／ｈ，空气流量２００００Ｌ／ｈ，送粉速度４５ｇ／ ｒａｉｎ，喷涂距离２７５ｍｍ。
科技成果——超音速火焰喷涂技术
科技成果——超音速火焰喷涂技术
成果简介
随着现代工业的高速发展，对各种机械设备的表面性能要求越来越高。很多机械零部件往往因为表面局部的损坏而导致整个零件失效乃至报废。摩擦会导致大量机械能的损耗，并且磨损是机械零件失效的一个很重要的原因。据统计，工业化国家有30%的能源消耗于摩擦。对于一个高度工业化的国家，每年因摩擦磨损造成的经济损失几乎占到国民经济年产总值的1-2%。因此为了提高机械零件的可靠性，延长其使用寿命，国内外都在提高零件表面性能方面进行了大量的研究和探索。
表面工程是经表面预处理后，通过表面涂覆，表面改性或者多种表面技术复合处理，改变固体金属表面或者非金属表面的形态、化学成分、组织结构和应力状况，从而获得所需要表面性能的系统工程。表面工程的最大优势在于可以用多种方法制备出优于基体材料性能的表面功能薄层。
技术原理
超音速火焰喷涂是利用丙烷，丙烯等碳氢系燃气或氢气与高压氧气在燃烧室内，或者在特殊的喷嘴中燃烧产生的高温、高速燃烧焰流，燃烧焰流速度可达五马赫（1500m/s）以上，将粉末送进该火焰，可以将喷涂粒子加热至熔化或半熔化状态，并加速到高达300-500m/s的速度，甚至更高的速度，从而获得高结合强度、致密的高质量的涂层。 （1）超音速火焰喷涂系统特点
1、焰流速度达到2000m/s，火焰功率100kW；
2、径向送粉和轴向送粉一体化设计；
3、自动化程度高，稳定性能可靠；
4、对冷却水压力实行实时监控，安全可靠；
5、直接用丙烷点火，不用外加氢气；
6、燃料气可为丙烷或丙烯等燃气，压力为当前国际同类设备一半。
（2）所制备WC-12Co涂层特点
涂层致密、涂层的孔隙率低于1%。由于涂层内部应力为压应力，涂层厚度可达五毫米以上。
技术水平
100千瓦级TJ-9100型HVA/OF超音速火焰喷涂系统由热喷涂实验室开发研制，是拥有独立“自主知识产权”的新一代热喷涂技术。适用于喷涂制备耐磨损高硬度WC-Co、Cr3C2-NiCr硬质合金涂层和耐腐蚀、耐高温氧化性能优越的镍基自熔合金涂层。
WC-Co(Cr)超音速火焰喷涂粉末和涂层性能
第ｌ９卷第５期 、，０１．１９ ＮＯ．５ 粉末冶金材料科学与工程 Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｏｆ Ｐｏｗｄｅｒ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ ２０１４年ｌ０月 Ｏｃｔ．２０１４
ＷＣ．Ｃｏ（Ｃｒ）超音速火焰喷涂粉末和涂层性能
周伍喜 一，李玉玺 ，颜维 ，易长宾 ，杨再江
ｆ１．中南大学材料科学与工程学院，长沙，４１００８３；
２．自贡长城硬面材料有限公司，四川自贡，６４３０００）
摘要：采用喷雾造粒和真空烧结工艺制备粒度１５－４５ ｐａｎ的ＷＣ．１２％Ｃｏ（ＷＣ１２Ｃｏ）、ＷＣ．１７％Ｃｏ（ＷＣ１７Ｃｏ）、
ＷＣ一１０％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一射线衍射仪、扫描电镜、显微硬度计等表征粉末和涂层的结构
和性能。结果表明：制备的３种碳化钨基喷涂粉末球形度高，流动性好（～１３ ｓ／５０ｇ），松装密度接近（４．８－５．０ ｇ／ｃｍ３），
粉末物相均为ＷＣ和Ｃｏ相，各粉末微观结构和物理性能均满足液体燃料ＨＶＯＦ喷涂要求；３种粉末制备的涂层
的沉积率高（５２％～５５％）、孔隙率低（＜１．１％）、显微硬度高（１ ２００￣１ ３００ ＨＶ３００ ；各涂层脱碳程度小，涂层物相均为
ＷＣ、Ｗ２Ｃ和非晶或纳米晶相；相同喷涂工艺下ＷＣ１７Ｃｏ、ＷＣ１２Ｃｏ、ＷＣ１０Ｃｏ４Ｃｒ涂层的耐磨粒磨损性能依次增
强，同时ＷＣ１０Ｃｏ４Ｃｒ涂层具有较强的耐盐雾腐蚀性能。
关键词：热喷涂；硬质合金；碳化钨；磨损；腐蚀
中图分类号：ＴＧＩ７４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３．０２２４（２０１４）５．０８０５—０７
Ｈｉｇｈ・－ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｏｘｙｇｅｎ ｆｕｅｌ ｓｐｒａｙｅｄ ＷＣ－－Ｃｏ（Ｃｒ）
ｐｏｗｄｅｒｓ ａｎｄ ｃｏａｔｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
超音速火焰喷涂WC-CoCr和WC-Ni涂层在NaCl溶液中的腐蚀行为
超音速火焰喷涂WC-CoCr和WC-Ni涂层在NaCl溶液中的腐蚀行为
李佳荟;靳露露;师玮;洪晟;吴玉萍
【摘 要】利用金相显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪等,分析了超音速火焰喷涂WC-CoCr和WC-Ni金属陶瓷涂层的物相组成和显微结构.通过电化学工作站测试了涂层在3.5%(质量分数)NaCl溶液中的动电位极化曲线和奈奎斯特阻抗谱,并与镀铬层进行了对比.结果表明:该涂层由WC硬质相和金属黏结相组成,组织均匀致密无分层,孔隙率低于1.5%;在NaCl溶液中的耐腐蚀性能从高到低依次为WC-CoCr涂层、WC-Ni涂层、镀铬层;超音速喷涂涂层组织致密,Cl-难以穿透涂层,因此其耐腐蚀性能较高;添加少量的铬可以促使CoCr合金黏结相表面形成钝态膜,因而WC-CoCr涂层的耐腐蚀性能优于WC-Ni涂层的.%The phase composition and
microstructure of high velocity oxygen fuel (HVOF) sprayed WC-CoCr and
WC-Ni cermet coatings were analyzed by metallographic microscope,
scanning electron microscope, X-ray diffractometer and so on.The
potentiodynamic polarization curves and the Nyquist impedance spectra
of the coatings in 3.5% (mass fraction) NaCl solution were measured by
electrochemical workstation and compared with those of the chromium
layer.The results show that: the coatings consisted of WC hard phase and