超音速火焰喷涂WC颗粒增强复合涂层斜入射沉积工艺及组织特性研究

摘要

本文以超音速火焰喷涂和高频感应熔覆工艺在17-4PH不锈钢的基体上制备不同的WC颗粒增强复合涂层。通过斜入射喷涂WC颗粒增强复合涂层，利用喷涂时所设参数计算涂层的沉积效率，使用扫描电镜以及金相显微镜观察涂层的横截面形貌，使用表面轮廓仪获得涂层和熔覆层的表面粗糙度，通过显微硬度计测试了涂层的硬度-深度分布，使用图像法计算涂层的孔隙率，使用液压伺服疲劳测试系统获得熔覆层的拉伸强度、延伸率和疲劳寿命。实验结果表明:
　　(1)采用超音速火焰喷涂的方法在尺寸为ψ19的试验样品上喷涂50-60μm的涂层，并用感应熔覆的方法对涂层进行感应熔覆。WC增强Ni60涂层的熔覆电流为760-780A要高于Ni60A涂层的熔覆电流700-740A。当以700A的熔覆电流熔覆Ni60A涂层时，涂层硬度为8.0-8.5GPa，基体未出现软化现象;当熔覆电流为740A时，涂层硬度为6.0-7.5GPa，基体表面硬度降低，软化层深度为40μm。当以760A的熔覆电流熔覆Ni6040WC涂层时，熔覆层的硬度为8.0-9.5GPa，基体软化深度30μm;熔覆电流增大到780A时，硬度为8.5-9.5GPa，基体软化深度为50μm。(2)随着喷涂角度的增大，Ni60A和Ni6040WC粒子的沉积率略有增大，涂层的表面粗糙度降低，涂层硬度增大。感应熔覆后，涂层的表面粗糙度降低，涂层硬度降低。熔覆后涂层硬度随喷涂角度的增大而增大。其中，Ni60A熔覆涂层硬度由喷涂角度为30°时的5.5GPa增大到喷涂角度为90°时的7.5GPa; Ni6040WC熔覆涂层硬度由喷涂角度为30°时的6.0GPa增大到喷涂角度为90°时的9.5GPa。(3)采用超音速火焰喷涂的方法在中心尺寸为ψ4的试验样品上喷涂50-60μm的涂层。采用感应熔覆的方式对涂层进行感应熔覆。其中Ni60A涂层熔覆电流为860A，Ni6040WC涂层熔覆电流为880A。随着试样上升速度的降低，孔隙率降低，涂层硬度分别为9.5和8.5GPa保持不变。(4)基体试样的轴向拉伸强度和延伸率都最大，分别为1193MPa和1.575％。加Ni60A熔覆层的拉伸强度最小;45°喷涂和90°喷涂涂层的试样拉伸强度，加Ni6040WC熔覆层的后者大，加Ni60A熔覆层的前者大。加Ni60A熔覆层的延伸率比加Ni6040WC熔覆层的大，45°喷涂获得熔覆层的试样延伸率比90°喷涂的延伸率大。(5)对熔覆后的试验样品进行表面抛光和热处理可以显著提高疲劳寿命，基体喷砂后进行超声清洗也有利于疲劳寿命的提高，以45°入射角制备的涂层试样的疲劳寿命高于90°喷涂的疲劳寿命。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 硬质合金涂层概述

1．2 超音速火焰喷涂技术

1．2．1 热喷涂分类

1．2．2 超音速火焰喷涂原理

1．2．3 超音速火焰喷涂的应用与发展

1．3 感应熔覆技术

1．3．1 表面熔覆技术

1．3．2 感应熔覆技术原理

1．3．3 感应熔覆技术在涂层方面的应用

1．3．4 影响感应熔覆涂层的因素

1．3．5 感应熔覆技术发展展望

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、设备及方法

2．1 实验材料

2．2 实验设备

2．3 实验方法

3 超音速火焰喷涂WC颗粒增强复合涂层感应熔覆工艺

3．1 圆柱样品感应熔覆工艺

3．2 斜入射圆柱样品感应熔覆前后特性研究

3．3 本章小结

4 WC颗粒增强复合涂层感应熔覆后试样拉伸强度

4．1 拉伸试验样品的感应熔覆工艺

4．2 斜入射拉伸试验样品的拉伸曲线

4．3 斜入射拉伸试验样品的延伸率

4．4 本章小结

5 WC颗粒增强复合涂层感应熔覆后试样疲劳性能

5．1 熔覆层的表面粗糙度对疲劳性能的影响

5．2 界面杂质对疲劳性能的影响

5．3 熔覆后热处理对疲劳性能的影响

5．4 喷涂角度对疲劳性能的影响

5．5 本章小结

结论

参考文献

致谢