超音速火焰喷涂WC-Ni粒子速度/温度与涂层特征相关性研究

摘要

通过超音速火焰喷涂（HVOF）技术制备的WC-Ni硬质合金涂层具有高硬度、高强度、高耐磨性等优异性质。在超音速火焰喷涂过程中，直接对涂层特征特性有决定性影响的因素是沉积过程中喷涂粒子的速度和温度，而喷涂粒子的速度和温度取决于喷涂参数的选取（煤油流量、燃油比、喷涂距离）。因此本文通过粒子速度、温度检测系统测量不同喷枪参数、不同焰流位置处的粒子速度、温度，建立起粒子速度、温度与涂层特征相关性的定量关系，选取不同粒子速度、温度对应的喷涂参数制备WC-12Ni硬质合金涂层，探究粒子速度、温度对涂层孔隙率、相成分的影响规律，分析涂层力学性能，并以涂层抗冲击性能表征涂层质量。以此来改善喷涂工艺，获得更高质量的WC-Ni硬质合金涂层。研究结果表明： （1）相同喷涂距离，随着λ值增大喷涂粒子的速度增大，喷涂粒子温度降低。煤油流量为22.7L/h时，λ值从1.05增大到1.43时，粒子飞行速度从810m/s增加到865m/s，粒子温度从1981℃下降到1915℃。相同λ值，随着喷涂距离增大粒子的速度、温度均降低。在煤油流量为19.3L/h条件下，λ值为1.05时，喷涂距离从200mm增大到400mm，粒子速度从941m/s减小到848m/s。粒子温度从1948℃下降到1824℃。 （2）粒子温度降低，获得的涂层中WC的分解量减少。粒子温度在1948~1974℃时，WC保留率平均值为71.02%，粒子温度在1795~1845℃时，WC保留率平均值为79.46%。粒子速度增大，获得的涂层孔隙率降低。粒子温度在1948~1974℃时，粒子速度从820m/s增至950m/s时，WC-12Ni涂层的孔隙率由1.4889%降至0.8563%时，显微硬度由11.10GPa增大至13.35GPa。 （3）涂层的力学性能和涂层微观结构共同作用决定了涂层的抗冲击性能。WC分解率越低，涂层的硬度越大，涂层的抗冲击性能越强。粒子温度在1948~1974℃时，粒子速度从820m/s提高到950m/s，冲击坑面积从1.8310×10-4mm2下降到0.3415×10-4mm2；粒子温度在1795~1845℃时，粒子速度从820m/s提高到890m/s，冲击坑面积从0.9489×10-4mm2下降到0.4766×10-4mm2，粒子速度提高到950m/s时，涂层冲击后表面没有产生凹坑。粒子温度在1795~1845℃时获得的涂层抗冲击性能均高于粒子温度在1948~1974℃时获得的涂层。

目录

声明

1 绪论

1.1 WC基硬质合金涂层

1.2 热喷涂涂层技术

1.2.1 热喷涂分类

1.2.2 超音速火焰喷涂

1.3 粒子测温测速

1.4 本论文研究目的与内容

1.4.1 研究目的

1.4.2 研究内容

2 实验材料与方法

2.1 实验材料

2.2 粒子测温、测速工艺

2.3 涂层制备工艺

2.4 涂层组织性能测试

2.4.1 涂层组织与结构

2.4.2 涂层力学性能

2.4.3 涂层抗冲击性能

3 不同喷涂条件下粒子速度和温度分布

3.1 不同燃油比粒子速度、温度分布测量

3.2 不同喷涂距离粒子速度、温度分布测量

3.3 各喷涂参数下粒子速度、温度分布

3.4 本章小结

4 不同喷涂粒子速度、温度喷涂WC-12Ni涂层组织与性能

4.1 不同喷涂粒子速度、温度喷涂WC-12Ni涂层组织结构

4.2 不同速度、温度WC-12Ni涂层的力学性能

4.3 不同速度、温度WC-12Ni涂层抗冲击性能

4.4 本章小结

5 结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

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