热喷涂WC-NiCrBSi涂层感应熔覆工艺及组织特性研究

摘要

本文采用氧-乙炔火焰喷涂和超音速火焰喷涂与感应熔覆复合工艺在17-4PH不锈钢基体上制备WC-NiCrBSi涂层。通过高速摄像的方法研究了焰流中粒子的速度分布。利用表面轮廓仪分析热喷涂涂层及熔覆层的表面粗糙度，利用扫面电镜观察涂层及熔覆层的横截面形貌，利用显微硬度计获得了涂层及熔覆层的硬度-深度分布，利用图像法分析了感应熔覆涂层中孔隙的分布特征，利用环-块式磨损试验机测试了熔覆层的摩擦系数和比磨损率。
　　本研究主要内容包括：⑴CP-3000型多功能亚音速喷枪制备WC-NiCrBSi涂层的最佳喷距为200 mm，粒子直径越小，水平速度越高，粒径为37-53μm的粒子速度约为110m/s，53-105μm的粒子速度约为100 m/s，粒子速度越高，喷涂涂层孔隙率越小，孔隙的直径越小。感应熔覆后，熔覆层致密度越高，显微硬度越大，粒径为37-53μm的粒子制备的熔覆层硬度为9.5 GPa，53-105μm的粒子制备的熔覆层硬度为8.0 GPa。⑵WokaStarTM-610-Si超音速火焰喷涂喷枪在氧气流量为811 NLPM时，燃油氧气比λ为1.11时，WC-10Ni粒子获得了最大的水平速度，约为645 m/s，粒子获得了最大程度上的扁平化，制备的涂层的硬度和致密度远高于火焰喷涂制备的涂层，显微硬度约为11.6GPa，孔隙率仅为0.8％。⑶以移动速度2.5 mm/s，输出电流为820～880 A，对WC-NiCrBSi涂层熔覆，随着输出电流的增大熔覆涂层的表面粗糙度逐渐降低，孔隙率逐渐降低，其中输出电流为820A时，表面粗糙度为4.5μm，孔隙率为0.2％，输出电流为880 A时，表面粗糙度为3.75μm，孔隙率不到0.1％。随着输出电流的增加，基体出现了不同程度的软化，电流越大基体软化深度越深，输出电流为820 A时软化深度为60μm，880 A孔时软化深度为80μm。当电流增至900 A时，出现过熔现象，熔覆层烧损，导致粗糙度升高，为4.0μm，孔隙率增至1.7％，基体软化深度增加至90μm。⑷以移动速度由3～6mm/s，900 A输出电流对WC-NiCrBSi涂层进行熔覆，随着移动速度的提高，涂层的熔覆程度降低，表面粗糙度升高。由3mm/s提升到6mm/s时，粗糙度由4.7μ.m增至6.2μm，孔隙率由0.3％增至1.5％。移动速度为3mm/s时，基体软化深度约为65μm，移动速度为6mm/s时，基体未出现软化现象。速度为2.5 mm/s时，由于涂层烧损导致软化深度增至90μm，孔隙率升高到1.7％。⑸涂层的原始厚度由50μm增至100μm，感应熔覆后的表面粗糙度由3.5μm增至4.9μm,孔隙率由0.075％升高到0.14％，熔覆层中未熔颗粒增多，并出现贯穿性裂纹，基体的软化深度略有增加。⑹感应熔覆可显著提高WC-NiCrBSi涂层的耐磨性，熔覆前涂层比磨损率为4.5×10-7mm3/(Nm)，输出电流为920A，移动速度为4mm/s时比磨损率降至1.5×10-7mm3/(Nm)。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 硬质合金涂层概述

1．2 热喷涂技术

1．2．1 火焰喷涂技术

1．2．2 超音速火焰喷涂技术

1．3 涂层后处理技术

1．3．1 激光熔覆技术

1．3．2 电子束表面处理技术

1．3．3 感应熔覆技术

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 试验设备

2．3 试验方法

3 火焰喷涂和超音速火焰喷涂WC-NiCrBSi涂层的感应熔覆工艺对比

3．1 火焰喷涂涂层WC-NiCrBSi的感应熔覆特征

3．2 超音速火焰喷涂涂层WC-NiCrBSi感应熔覆特征

3．3 本章小结

4 超音速火焰喷涂涂层WC-NiCrBSi的感应熔覆工艺参数优化

4．1 感应熔覆电流对熔覆层形貌及性能的影响

4．2 移动速度对熔覆层形貌及性能的影响

4．3 涂层厚度对熔覆层形貌及性能的影响

4．4 本章小结

5 超音速火焰喷涂与感应熔覆复合工艺制备WC-NiCrBSi涂层磨损性能测试

5．1 摩擦系数

5．2 磨痕轮廓曲线

5．3 比磨损率

5．4 本章小结

结论

参考文献

致谢