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發(fā)表于 2006-9-22 20:06:47
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Re: 超音速火焰噴涂簡介(文字版 無需下載)
3,、 HVOF 噴制的 WC-Co 涂層的結(jié)合強(qiáng)度 " }" d% i' k1 ]1 p9 e# J. t1 x
, u7 R V; Q# H- Z- M 表 2 為采用 CH-2000 系統(tǒng)制備的典型涂層的結(jié)合強(qiáng)度及硬度測試結(jié)果,。結(jié)合強(qiáng)度測試主要根據(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)劑與另一圓棒對偶粘結(jié)在一起,通過拉伸試驗進(jìn)行涂層結(jié)合強(qiáng)度測試,。
4 N2 j9 C9 ]+ l5 d- Z. a/ E/ Z4 C) r. ? d- `. b! w
結(jié)果表明對于 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)度通常都超過現(xiàn)有粘結(jié)劑的強(qiáng)度,,即大于 70Mpa ,噴涂工藝參數(shù)等對結(jié)果影響較小 [21] ,。 9 p+ z) o7 g* `9 y, r/ \
" i! W6 L8 X8 y4 I! U 采用拉銷法測試表明,, HVOF 金屬陶瓷涂層的結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)到 150Mpa [22] 。
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/ b" @" G, z& x; D3 z% G, z2 ~9 q 日本高溫學(xué)會熱噴涂試驗方法委員會組織日本企業(yè)各界采用普通拉伸法和拉銷法系統(tǒng)地對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)行了對比試驗研究,,其結(jié)果表明用普通拉伸法測試,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)度受噴涂粒子熔化程度的影響很大 [19-20] ,當(dāng)噴涂粒子達(dá)到完全熔化時,,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] 。 ! A1 O/ | R: H# P: c; ]
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表 2 CH-2000 型 HVOF 典型涂層特性
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9 U9 _0 }( F7 R9 Z涂層 硬度 結(jié)合強(qiáng)度 ; c$ \2 y* f; A7 z3 O
2 ]+ H5 w. F( t$ n! SWC-17Co 1280Hv >65Mpa 0 q' ~+ l3 i3 L2 e
5 d; T- m& j5 ^9 o: C f! q! R) XWC-12Co 1300Hv >65Mpa ( W D7 I- u; a9 W8 Y2 `% Q7 v
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NiCrBSi(Ni60) 900 Hv >65Mpa & r! m4 m7 P4 Z% d$ W: R
, i! ]+ \% Y, M7 C2 F) T! xCr 3 C 2 -NiCr 900 Hv >90Mpa 7 {. G! ^& i% b, W9 J9 a9 H8 M' F
! s$ w4 J# E$ O) Q$ b3 W+ j說明:結(jié)合強(qiáng)度測試時,,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,。, {% B O9 a! w/ K
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4、 HVOF WC-Co涂層的耐磨損性能 * x. [0 _) K) F# C
# t6 s9 P" j* _4.1噴涂工藝條件對HVOF WC-Co涂層耐磨損性能的影響
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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,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,。, Y, B8 Y1 X$ q( f7 @) i0 y$ y9 `
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文獻(xiàn)[24]對HVOF WC-Co系涂層的結(jié)構(gòu)變化規(guī)律進(jìn)行了詳細(xì)的評述,。涂層中的WC顆粒的大小及含量對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結(jié)果[17],,表明噴涂條件對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),磨損試驗采用SUGA(日本)試驗機(jī)進(jìn)行,,試驗條件與后述的表3,、圖2及圖5相同,。
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圖 1噴涂條件對WC-17Co涂層磨損量的影響 5 c/ K+ R0 K$ B+ c h( D' H
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4.2粉末種類對涂層耐磨性能的影響 - ^( J. |0 b8 I! c: y+ A2 m
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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結(jié)果[25]。粉末的結(jié)構(gòu)對涂層的結(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,,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],。
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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,,對于WC非常容易分解的1-型粉末,,通過采用加熱強(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],。8 z" ]1 V3 `. f! @& E
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HVOF WC-Co涂層磨損特征的理論與實驗表明,,涂層的耐磨粒磨損性能與WC顆粒相對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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* b6 Y5 l( q7 @' n2 h表 3典型粉末制備的HVOF涂層結(jié)構(gòu)特點及其磨損量比較
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" E# i6 V- ~9 N4 Y粉末類型 1- 型 2 - 型 3- 型 4- 型
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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
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公稱成分 WC-12Co WC-12Co WC-17Co WC-18Co
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0 m b8 p4 a# U0 z粉末結(jié)構(gòu)特點 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! Y: x, ^4 w4 U5 M7 s, g3 Q
2 W0 g: o: e' O8 U, k: k涂層結(jié)構(gòu)特點 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, a1 _; Q/ u. ?1 j8 B
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' ?) |6 [/ l- D x9 ^7 y/ @+ h5,、 HVOF 涂層與其它方法制備的涂層的性能比較
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6 ?& q0 B; W$ `- R3 U' [5.1 與其它熱噴涂方法的比較 B$ u7 s2 N8 F! Q# G& q( Q1 t; Z
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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] 所報導(dǎo)的幾種涂層的硬度值,。 * l7 H. g+ s/ D" Q+ d
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表 2 幾種 WC-Co 涂層與電鍍硬鉻層的硬度 [30]
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* [& P( h; C8 d+ g涂層 HVOF HVOF 電鍍硬鉻層 爆炸噴涂
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成分 WC-12Co WC-27NiCr Cr WC-13Co 7 g( \; P7 m* J
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硬度( Hv 0.3 ) 1100~1270 1000~1100 800~900 1100~1200* u; q/ l; ^ j$ W
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# v- y6 c9 S/ b- P5 j- @ ]! H5 g 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結(jié)果比較 [30] 。試驗采用 SUGA (日本)型磨損試驗機(jī),, HVOF 采用 Jet-Kote 系統(tǒng),。3 e, K9 J# f3 _" L: G
" |* W$ |' I1 j: |. ] 其中,實線表示表面為噴涂狀態(tài)下的涂層的試驗結(jié)果,,而點線表示表面精磨至 Ra=0.2 μm后的試驗結(jié)果,。結(jié)果說明無論在那種表面狀態(tài)下,HVOF涂層的耐磨損性能超過了爆炸噴涂層,。
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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結(jié)果[31],。磨損試驗采用的干式橡膠輪磨損試驗機(jī),HVOF采用連續(xù)爆炸噴涂CDS系統(tǒng),。5 a7 A* E9 ~/ T/ X4 G0 h, S! H
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其中:1,、4、6號所示結(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。 % F H) L( @" @" m$ F
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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。
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1 X5 |; U! c' H1 S) J9 H+ y9 J. l5.2 HVOF涂層與火焰噴焊層 4 x+ _) |0 h) Z1 [5 S1 N% D4 Y7 D
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自熔合金噴焊層由于通過涂層的重熔,,不僅能獲得無氣孔致密的、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],。
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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,還會產(chǎn)生巨大的熱應(yīng)力,,從而引起變形,,對于要求比較嚴(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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圖 4各類HVOF噴涂層與NiCrBSi噴焊層,電鍍硬鉻層的耐磨料磨損性能試驗結(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)行相對比較,,該結(jié)果也說明通過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。
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5.3 HVOF 涂層與電鍍硬鉻層
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6 h4 g" q, S7 J4 s4 @! N p; [ 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,,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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但是,對于尺寸較大的零部件,,電鍍加工就難以適用,,同時,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)境污染問題,,隨著對環(huán)境保護(hù)的要求越來越嚴(yán),,成本將會越來越高。因此,,開發(fā)可以替代電鍍硬鉻層的涂層技術(shù)有著重要的意義,。
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4 u- t3 l$ s8 w 圖 5 為電鍍硬鉻層與 HVOF WC-Co 涂層的耐磨料磨損試驗結(jié)果的比較例 [30] 。 HVOF 涂層采用 Jet-Kote 系統(tǒng)噴制,。結(jié)果說明 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,。 $ e: L0 g2 u1 @, C- h
/ u. F1 N( h" D2 [: \& ] 以上結(jié)果充分說明, 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)的研究報道。
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