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發(fā)表于 2006-9-22 20:06:47
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Re: 超音速火焰噴涂簡(jiǎn)介（文字版 無(wú)需下載）
3,、 HVOF 噴制的 WC-Co 涂層的結(jié)合強(qiáng)度 8 h' Q. ~+ ^$ o# g) y8 x. i* b: \# D
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表 2 為采用 CH-2000 系統(tǒng)制備的典型涂層的結(jié)合強(qiáng)度及硬度測(cè)試結(jié)果,。結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試主要根據(jù) ASTM 標(biāo)準(zhǔn)，采用圓棒試樣,，在其一端經(jīng)噴砂預(yù)處理后噴涂涂層,，用粘結(jié)劑與另一圓棒對(duì)偶粘結(jié)在一起，通過(guò)拉伸試驗(yàn)進(jìn)行涂層結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試,。
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結(jié)果表明對(duì)于 WC-Co 系與 Cr 3 C 2 -NiCr 系涂層斷裂通常發(fā)生在粘結(jié)劑處,，結(jié)合強(qiáng)度通常都超過(guò)現(xiàn)有粘結(jié)劑的強(qiáng)度，即大于 70Mpa ,，噴涂工藝參數(shù)等對(duì)結(jié)果影響較小 [21] ,。
+ U) o( q! R& A) r, X8 ~# j
3 K* V& S9 D0 @! N* v# ~ 采用拉銷(xiāo)法測(cè)試表明， HVOF 金屬陶瓷涂層的結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)到 150Mpa [22] ,。2 L v) j1 p8 Q* m1 y
7 k& C+ ^2 J# J: Y. s: v 日本高溫學(xué)會(huì)熱噴涂試驗(yàn)方法委員會(huì)組織日本企業(yè)各界采用普通拉伸法和拉銷(xiāo)法系統(tǒng)地對(duì)用等粒子噴涂與兩種 HVOF 噴涂系統(tǒng),、爆炸噴涂制備的 WC-Co 涂層的結(jié)合強(qiáng)度進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)研究，其結(jié)果表明用普通拉伸法測(cè)試,，等離子 WC-Co 涂層的結(jié)合強(qiáng)度約為 40Mpa, 而 HVOF 涂層和爆炸噴涂層的斷裂發(fā)生在粘結(jié)劑處,，結(jié)合強(qiáng)度大于 70~80Mpa ；拉銷(xiāo)法結(jié)果表明 HVOF 涂層的結(jié)合強(qiáng)度與爆炸噴涂層相當(dāng),，達(dá)到 150Mpa [23] ,。但是，應(yīng)該指出 HVOF 金屬涂層的結(jié)合強(qiáng)度受?chē)娡苛Ｗ尤刍潭鹊挠绊懞艽?[19-20] ，當(dāng)噴涂粒子達(dá)到完全熔化時(shí),，沉積的涂層的結(jié)合強(qiáng)度難以大幅度提高,，而采用熔化有限的粒子制備涂層可以顯著提高涂層的結(jié)合 [19-20] 。
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8 D9 A, S* o+ y J 表 2 CH-2000 型 HVOF 典型涂層特性 " A! h1 e& r/ o
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涂層 硬度 結(jié)合強(qiáng)度
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6 s1 J7 z; h' ?& Z2 H- aWC-17Co 1280Hv >65Mpa & h' B3 {% R2 T! Y
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WC-12Co 1300Hv >65Mpa
- R5 H* F+ l5 G! K: H+ P* F8 v B3 K' S% u# J% E
NiCrBSi(Ni60) 900 Hv >65Mpa
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+ |% n8 _# r" B" ]. Z+ f3 S YCr 3 C 2 -NiCr 900 Hv >90Mpa
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) q5 H# r: j5 P+ L$ N3 Y- z說(shuō)明：結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試時(shí),，基體為低碳鋼,，全部斷在膠中，為此結(jié)合強(qiáng)度大于表中的數(shù)值,， Ni60 涂層采用 75~105 μm的粉末制備,。
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4、 HVOF WC-Co涂層的耐磨損性能
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4.1噴涂工藝條件對(duì)HVOF WC-Co涂層耐磨損性能的影響
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& T1 r( g9 Y" R1 B HVOF工藝條件直接影響粒子的加熱與加速特性,，決定粒子的溫度,、速度以及在火焰流中的停留時(shí)間，從而影響涂層的組織結(jié)構(gòu),，特別是涂層中WC顆粒的含量與大小、涂層的致密度,。因此,，在HVOF噴涂系統(tǒng)不斷發(fā)展的同時(shí)，進(jìn)行了大量的關(guān)于涂層結(jié)構(gòu)與性能變化規(guī)律的工藝研究,。
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+ n6 t1 \/ n5 Z: f& Z 文獻(xiàn)[24]對(duì)HVOF WC-Co系涂層的結(jié)構(gòu)變化規(guī)律進(jìn)行了詳細(xì)的評(píng)述,。涂層中的WC顆粒的大小及含量對(duì)涂層的耐磨損性能影響顯著。圖1為CH-2000系統(tǒng)在兩種不同條件下制備的涂層的磨粒磨損試驗(yàn)結(jié)果[17],，表明噴涂條件對(duì)涂層耐磨性具有較大的影響,。噴涂粉末為自貢硬質(zhì)合金廠生產(chǎn)，磨損試驗(yàn)采用SUGA（日本）試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行,，試驗(yàn)條件與后述的表3,、圖2及圖5相同。 1 }8 R h5 {6 {2 v# b
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圖 1噴涂條件對(duì)WC-17Co涂層磨損量的影響
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% x' r% a% L# T, ^4.2粉末種類(lèi)對(duì)涂層耐磨性能的影響
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表 2為四種典型WC-Co粉末采用Jet-Kote噴槍制備的涂層的磨損試驗(yàn)結(jié)果[25],。粉末的結(jié)構(gòu)對(duì)涂層的結(jié)構(gòu)影響顯著,，1-型粉末噴涂后，WC分解嚴(yán)重,，涂層中存在著大量的金屬W[26],，4-型粉末在沉積涂層時(shí)，由于包覆層熔化而芯部WC仍為固態(tài),，發(fā)生熔融相的優(yōu)先沉積與芯部WC顆粒反彈的現(xiàn)象[27],，涂層主要由Co-W-C合金構(gòu)成，基于沉積過(guò)程的快速冷卻特征,，該合金以非晶結(jié)構(gòu)存在于噴態(tài)涂層中[28],。) S& Q5 p b+ a& Z( A6 |
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與3-型聚合粉末相比，由金屬Co將細(xì)小WC致密地粘結(jié)在一起的2-型粉末,，WC在噴涂過(guò)程中更有限[29],。為此,，涂層的耐磨粒磨損性能最優(yōu)。另一方面,，對(duì)于WC非常容易分解的1-型粉末,，通過(guò)采用加熱強(qiáng)度低的火焰等合適的工藝條件可將WC的分解程度限制在W 2 C的范圍內(nèi)，可以大幅度提高涂層的耐磨損性能[29],。+ o* ~+ X1 ]8 V$ L8 |
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HVOF WC-Co涂層磨損特征的理論與實(shí)驗(yàn)表明,，涂層的耐磨粒磨損性能與WC顆粒相對(duì)大小的平方根呈反比，與其含量呈正比[25],。因此,，需要選擇WC顆粒細(xì)小的粉末。
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表 3典型粉末制備的HVOF涂層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其磨損量比較
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粉末類(lèi)型 1- 型 2 - 型 3- 型 4- 型 ' M2 x' D: x- u& P- s0 {; G6 y
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制造方法 燒結(jié) - 粉碎 燒結(jié) - 粉碎 聚合制粉 包覆型 7 @0 t9 \6 E$ X! k0 b3 A
9 e/ O2 u' g% C+ q. v公稱(chēng)成分 WC-12Co WC-12Co WC-17Co WC-18Co
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8 U, { h9 n4 _* f5 c6 j" F1 ^粉末結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 粉末致密,， WC 顆粒細(xì)小分布均勻,， 分布均勻，粘結(jié) 在粗大的 WC均勻,，粘結(jié)相 為 Co 3 W 3 C 復(fù)合碳化物 粉末致密,，WC顆粒細(xì)小分布均勻，粘結(jié)相為 Co 粉末疏松,，WC顆粒細(xì)小分布均勻,，粘結(jié)相為 Co Co均勻包覆在粗大的WC表面% r4 ~* |. b+ ^3 P' Y" F5 U
6 e8 K( a1 i" n) `2 l/ S* H涂層結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 涂層致密,大部分WC分解為W 涂層致密,WC 分解非常有限 涂層致密,WC 分解有限 致密的CO-W -C 非晶合金 為主成分，存在有限的WC
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磨損量（ mg ） 14 6 10 19 j" \/ o. J9 k Z8 U) [
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5,、 HVOF 涂層與其它方法制備的涂層的性能比較 6 f5 j1 Z. W3 ~4 j U6 ]
+ @4 l5 E( A& H5.1 與其它熱噴涂方法的比較
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HVOF WC-Co 涂層的硬度可以達(dá)到 1100 — 1300Hv ,，與爆炸噴涂層相當(dāng)，顯著高于等離子噴涂層,，一般等離子 WC-Co 涂層的顯微硬度為 800 — 1000Hv ,。表 2 為文獻(xiàn) [30] 所報(bào)導(dǎo)的幾種涂層的硬度值。
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s' G9 y2 S# K8 W; p表 2 幾種 WC-Co 涂層與電鍍硬鉻層的硬度 [30]
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涂層 HVOF HVOF 電鍍硬鉻層 爆炸噴涂
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t/ C1 U) u# l( V成分 WC-12Co WC-27NiCr Cr WC-13Co / e6 Q' O" E2 r8 x
. [, t' C3 h0 I* u硬度（ Hv 0.3 ） 1100~1270 1000~1100 800~900 1100~1200
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圖 2 為 HVOF WC-12Co 涂層與爆炸噴涂 WC-13Co 涂層的耐磨料磨損試驗(yàn)結(jié)果比較 [30] ,。試驗(yàn)采用 SUGA （日本）型磨損試驗(yàn)機(jī),， HVOF 采用 Jet-Kote 系統(tǒng)。
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6 T" U$ i$ t; M. w2 t 其中,，實(shí)線表示表面為噴涂狀態(tài)下的涂層的試驗(yàn)結(jié)果,，而點(diǎn)線表示表面精磨至 Ra=0.2 μm后的試驗(yàn)結(jié)果。結(jié)果說(shuō)明無(wú)論在那種表面狀態(tài)下,，HVOF涂層的耐磨損性能超過(guò)了爆炸噴涂層,。
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. O# H; ]. z; M9 A6 A 圖 3為三種方法制備的涂層，即等離子噴涂層,、HVOF涂層,、爆炸噴涂層的磨粒磨損試驗(yàn)結(jié)果[31]。磨損試驗(yàn)采用的干式橡膠輪磨損試驗(yàn)機(jī)，HVOF采用連續(xù)爆炸噴涂CDS系統(tǒng),。0 E; e% b* d5 r# d
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其中：1,、4、6號(hào)所示結(jié)果分別為HVOF,、等離子,、爆炸噴涂制備的WC-12Co涂層的試驗(yàn)結(jié)果。2,、3,、5分別為HVOF WC-12%Ni,WC-10%Co-4%Cr,WC∕TiC-15%Ni涂層的試驗(yàn)結(jié)果。比較WC-Co涂層,，表明HVOF涂層與爆炸噴涂相當(dāng),，而顯著優(yōu)于等離子涂層。 % ?0 d8 W# R) d/ h$ D7 Q5 j
: ~6 H2 R+ {) S3 `6 A3 U( J0 V 從以上結(jié)果可以看出,， HVOF可以獲得耐磨損性能顯著優(yōu)于等離子涂層,，而優(yōu)于或相當(dāng)于爆炸噴涂的耐磨涂層。 % d& x7 Y5 ]0 N1 [2 k/ b$ Z
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5.2 HVOF涂層與火焰噴焊層 3 J3 `: p7 e- p; c
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自熔合金噴焊層由于通過(guò)涂層的重熔,，不僅能獲得無(wú)氣孔致密的,、耐磨損性能及耐腐蝕性能優(yōu)越的涂層，而且,，可使涂層與基體達(dá)到冶金結(jié)合，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,，獲得了良好的效果 [32],。 b) y4 a% b+ i
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但是，涂層的重熔工藝要求將工件表面加熱到1000℃以上,，加熱溫度高,，不僅容易引起基體組織和性能的變化，而且,，還會(huì)產(chǎn)生巨大的熱應(yīng)力,，從而引起變形，對(duì)于要求比較嚴(yán)格的近終成形的零件,，就難以適用,。HVOF涂層的優(yōu)越性能為取代噴焊層提供了可能。
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. m2 I' A/ z4 C e 圖 4各類(lèi)HVOF噴涂層與NiCrBSi噴焊層,，電鍍硬鉻層的耐磨料磨損性能試驗(yàn)結(jié)果的比較例[33],。HVOF采用DJ系統(tǒng)噴制。圖中,，NiCrBSi（相當(dāng)于Ni60）噴焊層的耐磨損性作為1進(jìn)行相對(duì)比較,，該結(jié)果也說(shuō)明通過(guò)選擇合適的涂層材料，可以得到性能優(yōu)于噴焊與電鍍硬鉻層的HVOF涂層。 * K. L4 o# H. U
9 m+ c$ o) D9 a; J. Z5.3 HVOF 涂層與電鍍硬鉻層
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電鍍硬鉻層作為提高材料表面耐磨損性能的方法,，由于可以在低溫下進(jìn)行電鍍,，涂層硬度高，同時(shí),，形成涂層后可以不需要進(jìn)行加工,，因此，作為已經(jīng)精加工成最終形狀的零件表面涂層強(qiáng)化方法,，應(yīng)用非常廣泛,。
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9 d+ v& R3 _9 C8 F7 m0 S 但是，對(duì)于尺寸較大的零部件,，電鍍加工就難以適用,，同時(shí)，硬鉻層的最高使用溫度約為 350 ℃,，受到限制,。此外，由于不可避免地存在著環(huán)境污染問(wèn)題,，隨著對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求越來(lái)越嚴(yán),，成本將會(huì)越來(lái)越高。因此,，開(kāi)發(fā)可以替代電鍍硬鉻層的涂層技術(shù)有著重要的意義,。 . y5 r0 e6 `# T/ }9 T' R* c
. T. E9 Y6 o- s% f* Y( b [
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$ b" y/ {" ~2 _7 `* U' v2 o* q6 i
& S2 _; Z; ^5 O6 S# s6 }. Q3 }* G! i, ]5 `- y- b9 Z) a
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9 H. k( x1 L% k 圖 5 為電鍍硬鉻層與 HVOF WC-Co 涂層的耐磨料磨損試驗(yàn)結(jié)果的比較例 [30] 。 HVOF 涂層采用 Jet-Kote 系統(tǒng)噴制,。結(jié)果說(shuō)明 HVOF 硬質(zhì)合金涂層的耐磨損性能顯著優(yōu)于電鍍硬鉻層,。圖 4 所示結(jié)果也證明了上述結(jié)論。
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以上結(jié)果充分說(shuō)明,， HVOF 涂層完全可以取代電鍍硬鉻層,。為此，迄今有許多關(guān)于用 HVOF 替代硬鉻技術(shù)的研究報(bào)道,。
U- Y/ ], R1 {1 W$ W- o& w- d6 v
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發(fā)表于 2006-9-22 20:06:13
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