超音速火焰喷涂碳化钨陶瓷涂层相结构与性能研究

摘要

采用超音速火焰喷涂技术制备的碳化钨系金属陶瓷涂层，其在硬度、耐磨性、韧性方面都有优越的表现，因此在航空航天、汽车、煤炭、电力、造纸等领域得到广泛的应用。主要用来提高零部件表面的耐磨性能及修复被磨损的部位。既减少能源消耗，保护了环境，又使工件的性能得到大幅提升。
　　本文采用超音速火焰喷涂(HVAF)技术制备了三种涂层系列。研究各系列中不同因素对涂层相结构及性能的影响。采用多种仪器和手段对涂层的形貌及相结构进行了初步研究，总结了各系列中涂层的特性及差异。对比分析了不同影响因素下涂层在显微硬度、结合强度、孔隙率、耐磨粒磨损性、摩擦磨损性能等方面的性能。研究结果表明:
　　1采用超音速火焰喷涂(HVAF)技术制备的WC涂层材料，致密、均匀、厚度可控，涂层质量均较高。
　　2涂层中粘结相含量不同，会导致涂层的性能有所不同。总的来说，粘结相含量增加可有效保护WC不分解，再加上粉末粒度适中，喷涂距离适中等综合因素可获得高质量的、更致密的、涂层孔隙率较低的涂层材料。
　　3合金中粘结相的含量减少时，容易造成WC的失碳分解为W2C;同时，随着喷涂粉末粒度的减小，或者增大喷涂距离等，也容易造成粉末在熔融状态下发生过热现象而导致WC颗粒分解严重。因此在本次实验条件下选择粉末粒径为14-32μm的WC-12Co涂层材料比较理想。
　　4所得涂层显微硬度值均较高，硬度值随粘结相含量的增加而减小，但也和粘结相的种类有关;随粉末粒度减小，涂层显微硬度呈上升趋势，且硬度分散度降低，硬度分布更均匀;涂层结合强度上升;随喷涂距离的增加，涂层硬度值上升，涂层结合强度增高，但160mm和180mm喷涂距离的涂层，差别并不大。
　　5随粘结相含量的增多，涂层耐磨性能有所下降，但四种涂层的耐磨性均较高，其中WC-12Co耐磨性能最好;随粉末粒度的减小，涂层综合性能提高，涂层的耐磨粒磨损性能提高;随喷涂距离的增加，涂层磨损形貌变得平整，磨损量下降，涂层耐磨粒磨损性能增强。
　　6随粘结相含量的增加，涂层滑动摩擦系数变大，滑动摩擦性能降低;随粉末粒度的减小，涂层的耐滑动摩擦性能提高，摩擦系数减小;随喷涂距离的增加，涂层摩擦系数变小，涂层滑动摩擦性能提高。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的提出

1．2 热喷涂及耐磨涂层研究现状

1．3 超音速火焰喷涂帅耐磨涂层研究及应用现状

1．4 WC涂层磨损机理研究

1．5 本课题研究内容及意义

2 实验设计与试验方法

2．1 试验整体设计

2．2 试验材料

2．3 基体预处理与涂层制备

2．4 金相试样制备

2．5 粉末粒度分析

2．6 形貌及相结构分析

2．7 涂层力学性能分析

2．8 涂层耐磨粒磨损试验

2．9 涂层滑动磨擦试验

3 不同粘结相涂层相结构与性能研究

3．1 粉末特性比较

3．2 涂层微观形貌和相结构分析

3．3 涂层硬度与结合强度结果分析

3．4 涂层耐磨粒磨损性能对比

3．5 涂层滑动摩擦性能对比

3．6 本章小结

4 不同粉末粒度对涂层性能的影响

4．1 涂层的显微结构对比

4．2 涂层物相分析

4．3 对涂层显微硬度的影响

4．4 对涂层结合强度的影响

4．4 对涂层的磨损性能的影响

4．5 本章小结

5 不同喷涂距离对涂层相结构与性能的影响

5．1 涂层形貌与相结构结构分析

5．2 涂层力学性能分析

5．3 涂层耐磨性能分析

5．4 本章小结

6 结论

致谢

参考文献