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超音速火焰喷涂WC系金属陶瓷涂层性能及工艺研究

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摘要

1 绪论

1．1 课题的提出

1．2 热喷涂简介

1．3 超音速火焰喷涂技术

1．4 复合涂层研究现状

1．5 金属陶瓷涂层磨损机理研究

1．6 主要研究内容

1．7 实验流程

2 实验设计

2．1 实验材料

2．2 实验仪器及工艺参数

2．3 实验分析方法

3 超音速火焰喷涂参数优化

3．1 正交试验设计原理

3．2 正交实验结果分析

3．3 优化的工艺参数值

3．4 本章小结

4 WC-10Co-4Cr纳米涂层和微米涂层研究

4．1 实验过程

4．2 涂层显微组织分析

4．3 涂层的XRD物相分析

4．4 涂层硬度分析

4．5 涂层的耐磨性分析

4．6 涂层的结合强度分析

4．7 本章小结

5 WC-10Co-4Cr+XTiC复合涂层研究

5．1 粉末粒度分析

5．2．复合涂层显微结构分析

5．3 复合涂层XRD物相分析

5．4 复合涂层的硬度分析

5．5 复合涂层耐磨性分析

5．6 涂层的结合强度分析

5．7 本章小结

6 结论

致谢

参考文献

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摘要

热喷涂WC-Co涂层作为耐磨涂层具有高的硬度和良好的耐磨性，在各类领域中被广泛应用。运用超音速火焰喷涂(HVOF)制备的碳化物陶瓷涂层具有气孔率低、结合强度高耐磨性好等优点，特别适合用来制备WC-Co涂层。目前对WC-Co涂层的研究主要集中于微观组织结构以及耐磨性和耐蚀性等性能方面，以及涂层中加入粘结相的研究，而WC-Co涂层中加入陶瓷相TiC制备复合涂层的研究较少。
　　本课题采用超音速火焰喷涂(HVOF)先后制备了WC-10Co-4Cr纳米级涂层和微米级涂层，以及复合陶瓷涂层WC-10Co-4Cr+XTiC，并运用正交实验设计出了九种不同参数的WC-10Co-4Cr系金属陶瓷涂层进行工艺参数优化。运用光学显微镜、X射线衍射仪(XRD)、电子探针(EPMA)、扫描电镜(SEM)等仪器，对以上几种涂层的微观形貌和结构性能进行了初步研究，总结了涂层的特性及性能并优化了实际喷涂中的工艺参数。利用显微硬度仪、磨损试验机和万能拉力机等设备对比研究了涂层在显微硬度、耐磨性和结合强度等方面的性能。研究不同原始粉末粒度对涂层显微组织结构及性能的影响。研究结果表明:
　　1.纳米WC-10Co-4Cr涂层比微米WC-10Co-4Cr涂层硬度高，结合强度好，摩擦系数小，具有良好的耐磨损性能。但纳米WC-10Co-4Cr涂层中由于脱碳氧化生成少量新相W2C。
　　2.复合涂层中随着TiC的增加，涂层组织细化、晶粒尺寸变小且在材料中均匀分布。5％TiC的涂层磨损过程中有少量的孔洞，加入10％和15％TiC的复合涂层犁沟和孔洞都很少。
　　3.含有15％TiC复合涂层的硬度值最高，涂层显微组织致密，孔隙率低。
　　4.复合涂层中由于脱碳氧化都存在少量的W2C相，但没有产生更脆性的η相(CoxWxCz)和游离碳等。
　　5.采用正交实验进行工艺参数优化，三水平因素分别为送粉量、喷涂距离和走枪速度，影响涂层结合强度的主要因素为喷涂距离，而影响涂层硬度的主要因素为送粉率。

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