爆炸喷涂WC13Ni4Cr和WC10Co4Cr涂层机械性能和耐磨性能的对比研究

摘要

本文利用爆炸喷涂技术采用乙炔和丙烷二组元混合燃料气体作为涂层沉积过程中的燃料，成功制备了含有不同粘结相的WC13Ni4Cr和WC10Co4Cr涂层。采用X射线衍射定量分析技术方法对W2C和W的相对含量进行了定量计算，确定了不同喷涂条件下WC粒子的脱碳分解程度的相对大小。对WC13Ni4Cr和WC10Co4Cr涂层的硬度、弹性模量和断裂韧性等机械性能进行了测定和分析。采用拔销法对涂层与基体之间的结合强度进行了表征。采用自主设计的两套磨损装置对WC13Ni4Cr和WC10Co4Cr涂层的耐磨性能进行了表征。利用电化学手段对所制备的WC涂层在酸性、中性和碱性条件下的耐蚀性进行了比较。为了进一步提高涂层的质量，本文通过改变基体温度，研究了基体温度对粉末扁平化行为、涂层的硬度weibull模数和特征硬度及涂层结合强度的影响。本研究从热喷涂涂层的残余应力方面解析了基体温度对涂层结合强度的影响机制，提出了一种改善涂层粘结强度的方法。研究表明，当氧乙炔比固定为1.1时，随着丙烷流量的增大，爆炸喷涂WC13Ni4Cr和WC10Co4Cr涂层中WC的分解程度降低，同时涂层的机械性能和耐磨性也得到了明显的改善。丙烷流量为40slpm时，非腐蚀性的环境中WC13Ni4Cr和WC10Co4Cr涂层的耐磨损性能几乎处于相同水平。相同的外界腐蚀条件下，在NaCl溶液和NaOH溶液中WC13Ni4Cr涂层的耐蚀性比WC10Co4Cr涂层好。在一定的温度范围内，提高基体温度可以提高WC涂层与基体之间的结合强度，同时也可以改善涂层的组织均匀性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 热喷涂技术介绍

1．2．1 热喷涂涂层制备原理

1．2．2 热喷涂技术的分类及特点

1．3 WC硬质合金涂层

1．3．1 WC合金粉末制备方法

1．3．2 WC合金涂层制备方法

1．4 爆炸喷涂

1．4．1 爆炸喷涂技术概述

1．4．2 爆炸喷涂的特点

1．5 爆炸喷涂WC涂层的研究进展

1．5．1 国内WC涂层的研究主要研究进展

1．5．2 国外碳化钨涂层的研究主要研究进展

1．6 WC基复合材料的研究概述

1．7 研究内容及意义

第2章 实验材料、设备及方法

2．1 试验材料和方法

2．1．1 试验材料

2．1．2 试验方法

2．2 金相试样的制备

2．3 涂层横截面的光学组织

2．4 涂层的晶相结构分析

2．5 涂层的横截面微观组织表征

2．6 涂层的机械性能表征

2．6．1 涂层的硬度

2．6．2 弹性模量

2．6．3 涂层的断裂韧度

2．7 涂层的耐磨性能评价

2．7．1 磨损累积失重

2．7．2 实验摩擦磨损装置

2．8 涂层的耐腐蚀性评价

第3章 WC合金涂层的表征

3．1 WC涂层光学组织

3．2 涂层沉积效率

3．3 涂层的相结构鉴定和WC粒子的脱碳

3．3．1 涂层的相结构

3．3．2 WC晶粒的脱碳机理

3．4 涂层的微观组织形貌

3．5 涂层显微硬度

3．6 涂层的弹性模量

3．7 涂层的断裂韧性

3．8 喷涂粉末的扁平化

3．9 Cr对WC基材料的影响

3．10 本章小结

第4章 WC基涂层的耐腐蚀和耐磨性

4．1 WC涂层的耐腐蚀性的评价方法

4．1．1 浸泡法

4．1．2 WC涂层的电化学腐蚀

4．2 涂层的电化学测试结果与分析

4．2．1 WC13Ni4Cr涂层的电化学测试结果与分析

4．2．2 WC10Co4Cr涂层的电化学测试结果与分析

4．3 不同粘结相涂层的耐腐蚀性比较

4．3．1 WC13Ni4Cr涂层和WC10Co4Cr涂层在不同溶液中的极化曲线

4．3．2 两种涂层在不同电解质溶液中的腐蚀机理分析

4．3．3 涂层的耐腐蚀性小结

4．4 涂层的耐磨性

4．4．1 泥沙浆料磨损结果及分析

4．4．2 Al2O3砂轮摩擦磨损结果与磨损机理

4．5 本章小结

第5章 基体温度对爆炸喷涂WC涂层组织结构和结合强度的影响

5．1 基体材料选择和基体温度的控制

5．2 涂层与基体之间结合强度的测量

5．3 涂层的特征硬度和weibull分布模量

5．4 不同基体温度下涂层的组织结构

5．4．1 无涂层沉积和有涂层沉积条件下基体温度的变化

5．4．2 基体温度对涂层相结构变化的影响

5．4．3 基体温度对涂层组织的影响

5．4．3 涂层显微硬度的weibull分布模数和特征硬度

5．5 基体温度对粒子扁平化程度的影响

5．5．1 粒子的扁平化程度随基体温度的变化趋势

5．5．2 基体温度对粉末粒子扁平化的影响机理

5．6 基体温度对涂层结合强度的影响

5．6．1 涂层的结合强度随基体温度的变化趋势

5．6．2 基体温度对涂层的结合强度变化的影响机理

5．7 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢

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