大气等离子喷涂工艺参数与粉末成分对NiCrCuB涂层成分、组织结构及性能的影响

摘要

针对如何降低NiCrCu涂层氧化物含量以改善涂层内粒子层间结合的问题,本研究设计了含B的NiCrCu粉末,以期通过B在高温熔滴飞行中的牺牲氧化并蒸发去除氧化物机制,在大气等离子喷涂条件下获得无氧化物的熔滴制备高致密的金属涂层.为此,采用粒度30～50μm的NiCrCu1.5B和NiCrCu4B喷涂粉末,研究了粉末成分与大气等离子喷涂工艺参数对涂层成分、组织结构及力学性能的影响.结果表明,等离子喷涂制备NiCrCuB涂层时,基体在等离子射流中的受热程度对涂层氧化物含量影响显著,随喷枪移动速率和喷涂距离的增加,等离子射流对基体加热效果减弱,涂层氧化物含量显著降低.采用NiCrCu4B粉末制备涂层时,涂层氧含量随喷涂距离的增加而显著减小,这与迄今等离子喷涂金属合金涂层的氧含量随距离的增加而增加的规律完全相反,该结果表明NiCrCuB熔融粒子中的硼在粒子飞行中具有优先氧化的去氧化效应.采用含硼量为1.2 wt.％的NiCrCu1.5B粉末喷涂涂层时,涂层内氧元素含量呈先降低后增加趋势,表明B含量低于约0.6 wt.％的临界值时,无法实现完全的氧化保护,致使其他元素随飞行距离的增加逐步氧化所致.针对等离子喷涂中金属熔滴飞行中的氧化与碰撞基体沉积后的氧化两种机制,采用较高B含量粒子可使飞行中氧化得到抑制,通过强化熔滴沉积后的冷却过程,可显著降低涂层氧含量,达到最低氧含量值,约0.6 wt.％.研究表明涂层的结合强度约为40MPa,受喷涂参数的影响有限.涂层中的B以硼化物弥散分布使得涂层的硬度显著增加,当B含量从0.2 wt.％增加至3.2 wt.％时,涂层的硬度呈线性相关,从280HV0.3增加至700HV0.3.