镍包覆粉热喷涂WC-10Ni硬质合金涂层斜入射沉积工艺及其组织特性研究

摘要

空气气氛下制备的热喷涂涂层通常会发生氧化，特别是碳化物基硬质合金涂层会发生氧化脱碳分解。影响涂层的特征与特性，包括涂层孔隙率、相组成、显微硬度、弹性模量、断裂韧性和界面结合强度等，影响着涂层最终使用性能，如耐磨性、抗蚀性以及抗疲劳性能等。目前，斜入射喷涂已成为工业化生产中必不可少的工艺，然而，已有研究表明斜入射沉积的WC-Ni硬质合金涂层的氧化现象明显增强，斜入射喷涂使涂层发生降级，包括脱碳程度加重、孔隙率增加、残余拉应力增大、显微硬度降低、涂层断裂韧性减小等，使涂层的耐磨性降低。但是由于影响因素众多，缺乏一致性的研究结论。 本研究通过化学镀镍包覆预处理WC-10Ni喷涂粉末，抑制WC的脱碳分解，以改善超音速火焰喷涂斜入射WC-10Ni涂层的特征与特性，并研究它们之间的相互关联规律，增强涂层特征与特性的可控性。结果表明，通过化学镀镍包覆粉的方法，无论是正常喷涂角度还是斜入射喷涂，均减轻了涂层的氧化脱碳程度，孔隙率减少、显微硬度增大、涂层的断裂韧性和界面结合强度均有所提高，同时，涂层的耐磨性显著提高，其中喷涂角度90°时提高了约50%，60°时提高了约43%，而45°时提高了26%左右。WC-10Ni涂层的水润滑摩擦磨损机制为磨粒磨损，且由小喷涂角度45°和60°下的较明显磨粒磨损转变为正常喷涂角度90°下的轻微磨粒磨损。此外，研究分析了涂层的孔隙率、显微硬度、弹性模量和断裂韧性等特征与特性间的相互作用。涂层的显微硬度主要受孔隙率和WC保留率的影响，而弹性模量与喷涂角度决定的冲击力相关。涂层的断裂韧性不受显微硬度和弹性模量的显著影响，增强扁平粒子WC颗粒和Ni的结合力可以显著地提高涂层断裂韧性。采用化学镀镍包覆喷涂粉末，可有效地提高涂层中WC颗粒与粘结剂Ni间的结合，改善WC的脱碳程度和涂层致密性，提高涂层的力学性能，从而提高涂层的耐磨性。

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