HVOF用高性能硬质合金喷涂粉末的制备技术及其基础理论研究

摘要

为了使飞机起落架高强度钢活塞杆等在苛刻的工作环境下满足高的耐磨损要求，往往需对其易磨损部位表面进行耐磨涂覆处理，超音速火焰喷涂技术(HVOF)是获得高质量耐磨涂层的一种有效表面处理工艺之一，该技术通常采用硬质合金粉末为喷涂粉制备耐磨耐蚀涂层，而高性能的硬质合金粉末是获得高质量涂层的先决条件。
　　 本文针对大型飞机起落架高强度钢活塞杆易磨损部位所需超音速火焰喷涂用特殊硬质合金粉末要求，开展新型团聚高温快速烧结法制备WC-10Co-4Cr硬质合金喷涂粉末，并以自制粉末用超音速火焰喷涂技术制备涂层的研究工作。综合分析了料浆配制、喷雾干燥、脱脂工艺及高温快速烧结对喷涂粉末性能的影响及作用机理，初步探究了涂层的性能，研究结果表明:
　　 1)通过粉末性能的对比研究，选取了合适的料浆配制参数及喷雾造粒工艺:选取的合适粘结剂为PEG4000、固含量为65～80％、进/出口温度为220℃～260℃/100℃～120℃、雾化器转速为6000～8000r/min，采用离心式喷雾干燥工艺获得了合适的WC-10Co-4Cr硬质合金喷雾造粒粉末。
　　 2)通过对WC-10Co-4Cr硬质合金实体粉末进行理论热分析，100μm粒径的颗粒受外界高温作用在0.02s内即可达到满足高温烧结的温度。
　　 3)WC-10Co-4Cr复合粉末经高温快速烧结后，粉末内部细微颗粒由机械结合转变为冶金结合，其流动性和松装密度大幅提高;随着烧结温度的升高，粉末颗粒致密性增加，表层光滑度升高;进料速率增大，粉末颗粒的液相烧结程度降低;针对不同烧结粉末的出现，提出了复合粉末的高温快速烧结机制。
　　 4)采用自制粉末制备了合适的涂层，涂层具有低孔隙率和高的显微硬度，且涂层与基体结合良好，验证了自制粉末的可喷涂性。
　　 5)新型团聚高温快速烧结技术是一种短流程工艺，可以获得较好的WC-10Co-4Cr硬质合金喷涂粉末，具有良好的经济性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 热喷涂技术及分类

1．3 超音速火焰喷涂

1．3．1 超音速火焰喷涂原理及设备构成

1．3．2 超音速火焰喷涂的特点及应用

1．4 HVOF用硬质合金喷涂粉末

1．4．1 HVOF用喷涂粉末材料的要求

1．4．2 硬质合金结构和特性

1．4．3 硬质合金热喷涂粉末的制备方法及研究进展

1．5 论文研究目的与内容

1．5．1 论文的研究目的

1．5．2 论文的研究内容

第二章 试验与研究方法

2．1 实验技术路线

2．2 实验方法

2．2．1 实验原材料及成分配比

2．2．2 实验主要设备及相关参数

2．2．3 粉末制备

2．2．4 涂层的制备工艺

2．3 检测分析方法及设备

2．3．1 粉末物相的检测

2．3．2 粉末流动性和松装密度的检测

2．3．3 粉末粒度分布的检测

2．3．4 粉末及其涂层微观形貌的表征

2．3．5 粉末的熔点的测定

2．3．6 涂层显微硬度的测定

第三章 料浆配制与喷雾干燥工艺对造粒粉末性能的影响

3．1 料浆配制对造粒粉末性能的影响

3．1．1 粘结剂的选择

3．1．2 固含量对造粒粉末性能的影响

3．2 喷雾干燥工艺对造粒粉末性能的影响

3．2．1 进／出口温度对造粒粉末性能的影响

3．2．2 雾化器转速对造粒粉末性能的影响

3．3 本章小结

第四章 脱脂工艺和高温快速烧结工艺对喷涂粉末性能的影响

4．1 脱脂工艺对喷涂粉末性能的影响

4．2 高温快速烧结造粒粉末的热分析

4．3 烧结温度对喷涂粉末性能的影响

4．3．1 烧结温度对喷涂粉末物相的影响

4．3．2 烧结温度对喷涂粉末流动性和松装密度的影响

4．3．3 烧结温度对喷涂粉末的微观形貌的影响

4．4 进料速率对喷涂粉末性能的影响

4．5 本章小结

第五章 自制粉末超音速火焰喷涂涂层性能的研究

5．1 涂层外观

5．2 涂层的XRD物相及EDS能谱分析

5．3 涂层显微硬度分析

5．4 涂层的厚度与孔隙度分析

5．5 涂层微观形貌分析

5．6 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文