超音速火焰喷涂Ni60(WC)/Ni60(Cr3C2)涂层组织与性能研究

摘要

为了改善复杂工况条件下球阀表面的耐磨耐蚀性能，选用了Ni60粉末、WC-Co粉末和NiCr-Cr3C2粉末，采用超音速火焰喷涂(HVOF)技术在45＃钢基体表面分别制备了Ni60(WC)、Ni60(Cr3C2)复合涂层，涂层中WC与Cr3C2的质量分数为12.5%，25%和37.5%。并采用扫描电镜(SEM)、能谱仪（EDX）、光学显微镜（OM）、X射线衍射（XRD）、维氏硬度计、材料表面综合测试仪（HSR-2M）、电化学工作站（VersaSTAT4）对涂层的形貌、成分、孔隙率、显微硬度、摩擦磨损性能及电化学腐蚀性能进行了测试，重点考察了摩擦副、载荷等不同条件下涂层摩擦磨损行为表征及影响规律。对Ni60(WC)与Ni60(Cr3C2)涂层的显微硬度，耐磨损性能，耐腐蚀性能进行对比分析及机理讨论，结果表明:
　　（1）采用超音速火焰喷涂工艺制备的Ni60(WC)与Ni60(Cr3C2)涂层，对涂层SEM图片观察发现，涂层呈层状结构，组织致密均匀，与基体结合好，孔隙率较低。Ni60(WC)涂层的主要物相为WC、Ni3Fe、WC、Cr3C2、W2C等；晶粒细小WC颗粒硬度很高且均匀弥散分布在涂层中。摩擦磨损实验表明：随着WC含量的增加，涂层的硬度明显提升，体积磨损量减少，耐磨性越好，耐磨性能大小顺序为：Ni60(37.5%WC)＞Ni60(25%WC)＞Ni60(12.5%WC)。低载荷下，主要表现为疲劳磨损和磨粒磨损，高载荷下，涂层主要磨损机制是疲劳磨损和粘着磨损。深冷实验表明：经过深冷处理可有效提高Ni60(WC)涂层的硬度和耐磨性能，Ni60(Cr3C2)涂层经过深冷磨损性能几乎不受影响。在体积分数5%的H2SO4介质中，电化学测试表明：Ni60(WC)涂层中随着WC-Co质量分数的增加，涂层的耐腐蚀性能呈上升趋势，WC-Co质量分数在12.5%-37.5%范围内，Ni60（37.5%WC）耐腐蚀性能最优。
　　（2）Ni60（Cr3C2）涂层主要物相有Cr3C2、Cr7C3、Cr23C6等硬质相和Ni-Cr粘结相，喷涂过程中，在高温焰流的作用下粉末中的碳化物发生了少量的脱碳，摩擦磨损实验表明:涂层的显微硬度随着Cr3C2含量的增加而提升，磨损量也随着减少，耐磨性能大小顺序为：Ni60(37.5%Cr3C2)＞Ni60(25%Cr3C2)＞Ni60(12.5%Cr3C2)。低载荷下，磨损机制为表面疲劳磨损，高载荷下表现为疲劳磨损和一定程度的粘着磨损。电化学腐蚀测试表明：在体积分数5%的H2 SO4介质中，Ni60粉末中加入Cr3C2可提高涂层的耐腐蚀性能，且随着Cr3C2质量分数的提高，涂层耐腐蚀性能越好。
　　（3）Ni60(WC)涂层的硬度明显高于Ni60(Cr3C2)涂层，是因为WC密度大、硬度高，WC颗粒在摩擦磨损过程中支撑了部分载荷，使得Ni60(WC)的体积磨损损失量较少，Ni60(37.5%WC)耐磨性能最优。Ni60(Cr3C2)涂层的孔隙率较低，腐蚀电流密度较少，测试表明：在5%H2SO4介质中分数5%的H2SO4介质中Ni60(37.5%WC)涂层和Ni60(37.5%Cr3C2)涂层均表现出了良好的耐腐蚀性能。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究现状

1.3 Ni60(WC)涂层的制备原理

1.4 Ni60(Cr 3C2)涂层的制备原理

1.5 磨损机理理论研究

1.6 本课题的选题意义与研究内容

第2章 试验材料及方法

2.1 试验材料

2.2 实验总方案

2.3 实验方法

2.4 本章小结

第3章 涂层的组织结构

3.1涂层的组织结构

3.2 分析和讨论

3.3 本章小结

第4章 涂层摩擦磨损性能

4.1 涂层的显微硬度

4.2 摩擦磨损试验

4.3 摩擦磨损实验设计及方法

4.4 实验结果

4.5 摩擦磨损实验结果分析与讨论

4.6 涂层的磨损形貌

4.7 分析与讨论

4.8 深冷处理对涂层耐磨性能影响

4.9 本章小结

第5章 涂层的电化学腐蚀性能

5.1 材料腐蚀的危害及防腐的重要性

5.2 电化学腐蚀和极化曲线

5.3 实验设备及实验参数

5.4 实验结果

5.5 分析讨论

5.6 本章小结

结论

参考文献

致谢