超音速火焰喷涂WC-Co涂层性能研究

摘要

热喷涂碳化钨/钴金属陶瓷涂层，由于其具有极高的硬度、优越的耐磨性能和良好的韧性，广泛地应用于航空航天、汽车、冶金、电力、造纸等领域，以提高零部件表面的耐磨性能及修复磨损部位。然而WC-Co粉末在热喷涂过程中受热易脱碳分解，生成w2C、η相、微晶/非晶相，严重的甚至分解生成金属钨，这使得涂层的硬度、耐磨性能、断裂韧性大大降低。原始粉末颗粒粒径大小、粒度分布、形貌、相组成、松装比密度等性质对涂层的相组成和性能影响很大。原始粉末特性因不同的生产厂商、不同的制粉工艺等而异。
　　 本文采用超音速火焰喷涂技术(喷枪为DJ-2700)喷涂三种不同的WC-Co粉末制备涂层，粉末分别以A、B、C标识。采用X-射线衍射(XRD)、扫面电子显微镜(SEM)，对粉末的形貌和结构进行了研究，总结了三种粉末颗粒的特性差异。在不同的氧燃比和喷涂距离下对三种粉末进行喷涂制备涂层，研究了喷涂参数对涂层组织致密度的影响；基于涂层性能与涂层组织的紧密联系，选取了每中粉末致密度最高的涂层进行深入研究。分析了三种涂层的显微组织形貌、XRD相结构、喷涂后的颗粒SEM形貌，对比了显微硬度、耐磨性、弹性模量和断裂韧性。研究结果表明：
　　 1.粉末颗粒在主要粒径区间的分布表明，A粉末颗粒粒径大于B、C粉末颗粒，C粉末颗粒粒径略大于B粉末颗粒粒径；
　　 2.C粉末颗粒中的WC颗粒与Co金属结合疏松，孔隙含量多、孔隙大，松装比密度低于A、B粉末；
　　 3.不同的喷涂参数对A、B粉末制备的涂层组织致密度没有明显的影响，增加喷涂距离和喷涂温度可以降低C粉末涂层的气孔率；
　　 4.A粉末制备的涂层组织气孔率最高，C粉末涂层脱碳分解程度最高；
　　 5.C粉末涂层具有最高的显微硬度、耐磨性能和弹性模量，但断裂韧性有所降低。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1本文的研究背景

1.2碳化钨硬质合金材料

1.2.1硬质合金的基本概念

1.2.2碳化钨硬质合金结构及特性

1.2.3碳化钨/钴陶瓷粉末的制备方法

1.3热喷涂技术

1.3.1热喷涂技术的概念及工作原理

1.3.2热喷涂技术的特点

1.3.3热喷涂技术的种类

1.4碳化钨/钴热喷涂涂层的制备

1.5碳化钨/钴陶瓷涂层的研究概况

1.6本文的研究目的、内容和意义

1.6.1研究目标

1.6.2研究内容

1.6.3研究意义

第2章 实验设备与分析方法

2.1超音速火焰喷涂设备

2.1.1超音速火焰喷涂原理

2.1.2设备构成

2.1.3涂层和工艺特点

2.1.4主要工艺参数

2.2试样的表面预处理

2.3金相试样制备

2.4涂层检测

2.4.1涂层组织结构的金相检验

2.4.2涂层的硬度测定

2.4.3涂层的相分析

第3章 碳化钨粉末特性比较

3.1粉末粒度分析

3.2粉末松装比密度分析

3.3粉末相结构分析

3.4本章小结

第4章 碳化钨涂层的制备

4.1不同参数下涂层的制备

4.1.1涂层组织比较

4.1.2试验结果及分析

4.2最佳涂层组织比较

4.2.1最佳涂层组织形貌

4.2.2喷涂后的粉末颗粒熔化形貌

4.2.3涂层相结构分析

4.2.4实验结果与讨论

4.3本章小结

第5章 碳化钨涂层力学性能研究

5.1涂层显微硬度

5.2涂层耐磨性能

5.2.1实验方法

5.2.2实验结果及分析

5.3涂层弹性模量

5.3.1实验方法

5.3.2实验结果及分析

5.4涂层断裂韧性

5.4.1实验方法

5.4.2实验结果及分析

5.5本章小结

第6章 结论

参考文献

致 谢