WCp-(Co+Cr)复合材料涂层组织及耐磨性能

第44卷第1期2021年3月南京师大学报(自然科学版)JOURNAL OF NANJING NORMAL UNIVERSITY(Natural Science Edition)Vol.44No.1Mar，2021doi：10.3969/j.issn.l001—4616.2021.01.005wc含量对铁基复合涂层组织与磨损性能的研究朱继祥打雷声・2,李帅S吴彦博打朱银锋S任悦3,刘亚峰打许海丽1(1.安徽建筑大学机械与电气工程学院，安徽合肥230601)(2.安徽省工程机械智能制造重点实验室，安徽合肥230601)(3.北京理工大学材料学院，北京100081)［摘要］为了解决导辐零部件表面易磨损失效问题，采用激光熔覆在GCR15轴承钢表面制备了不同WC含量铁基复合熔覆层.分别通过SEM、EDS、XRD和磨损试验机对熔覆层微观组织、元素分布、物相组成和耐磨性能进行分析.结果发现,WC的添加量对合金熔覆层组织及性能影响较大.熔覆层与GCR15轴承钢基材冶金结合良好，熔覆层组织主要由胞状晶和等轴树枝晶组成,物相以Fe3W3C,Fe2W2C为主.熔覆层平均显微硬度随WC含量的增加而增加，其中WC含量为质量分数50%的熔覆层平均显微硬度最高，约为基材的3倍.在耐磨性能方面，磨损机理主要为磨料磨损和氧化磨损.随着熔覆层WC质量分数的增加,磨损量先减小后变大,WC含量为质量分数30%的熔覆层耐磨性能最佳.［关键词］激光熔覆，磨损性能,WC颗粒，铁基合金,微观组织［中图分类号］TG148［文献标志码］A［文章编号］1001—4616(2021)01—0028—07Research on the Microstructure and Wear Properties ofIron-Based Composite Coating with WCZhu Jixiang1,Lei Sheng1,2,Li Shuai1,Wu Yanbo1,Zhu Yinfeng1,Ren Yue3,Liu Yafeng1,Xu Haili1(1.School of Mechanical and Electrical Engineering,Anhui Jianzhu U niversity,Hefei230601,China)(2.Key Laboratory of Intelligent Manufacturing of Construction Machinery of Anhui Province,Hefei230601,China)(3.School of Materials Science and Engineering,Beijing Institute of Technology,Beijing100081,China)Abstract：To solve the problem of serious wear and tear failure of guide roller parts,Fe-based composite cladding layers with different contents of WC were prepared for the surface of GCR15bearing steel by laser cladding technology.The microstructure，element distribution，phase composition and wear resistance of the cladding layer were analyzed by SEM，EDS，XRD and wear tester.The results show that the addition of WC has an apparent influence on the microstructure and properties of the alloy cladding layer.The cladding layer has good metallurgical bonding with GCR15bearing steel substrate.The microstructure of cladding layer is mainly composed of cellular crystals and equiaxed dendrites,and the main phase of it is Fe3W3C and pared with the substrate,the average microhardness of the cladding layer increases obviously with the increase of WC content.When the content of WC is50wt.%，the average microhardness of cladding layer is the highest，which is about three times higher than that of GCR15bearing steel substrate.In terms of wear resistance,the wear mechanism is mainly including abrasive wear and oxidation with the increase of WC mass frac­tion of cladding layer，the amount of wear decreases and then increases.The cladding layer with the30wt.%WC content has the best wear resistance.Key words:laser cladding,wear performance,WC particles, Fe-based alloy,microstructure导辊作为轧钢领域导卫装置设备中主要的零部件，具有优良的耐磨性、抗热疲劳性、抗氧化性和较高的抗冲击韧性等［1—2］.导辊在较为恶劣的工作环境中承受着较大交变热应力，而表面磨损破坏和裂纹剥落收稿日期：2020-07-03.基金项目：国家自然科学基金项目(51877001)、安徽省教育厅自然科学重点资助项目(kj2016A146)、安徽建筑大学科研项目(横20180022、AJ—CXY—KF—17—38).通讯作者:雷声，博士，教授，研究方向：材料成形技术.E-mail：leish1964@28朱继祥，等:WC含量对铁基复合涂层组织与磨损性能的研究是导致导辊部件失效的主要原因［3］.激光熔覆技术因其热量集中、加热冷却快、热影响区小等特点受到广泛关注片5〕.目前在零部件表面制备金属基复合涂层,碳化物、氮化物和氧化物陶瓷颗粒的加入可以有效提高涂层表面硬度和耐磨损特性.其中WC颗粒因其具备硬度高、润湿性好、热膨胀系数低等优点，可改善合金的微观组织结构，获得更好的机械性能和广泛应用［6］.余畅等［7］采用激光熔覆技术在45钢上制备了WC+ C^C；硬质相的铁基复合涂层，发现复合涂层具有较高的硬度、良好的耐磨性.Chen等⑻采用激光增材技术制备高强度高韧性WC增强铁基复合材料,铁基复合材料具有良好的抗压强度，约为2833MPa，断裂应变约为32%.王黎明等⑼对不同含量的WC增强Fe基复合材料进行研究，发现随着WC含量的增加涂层硬度及致密度呈现增大到减小的趋势，质量分数30%WC的涂层孔隙率最低.Chen［i0］在碳钢表面制备了新型致密度高的NiAl/WC复合涂层，但存在严重的裂纹缺陷问题.与此对比,添加质量分数5%Fe可以减少NiAl/WC涂层的裂纹，获得低摩擦系数和最小磨损率的熔覆涂层.由于熔覆合金与WC硬化相热膨胀系数不同，以及激光熔覆的快速熔凝容易导致涂层中裂纹的产生.通过合理设计增强相WC含量,制备出无裂纹、无孔隙的高质量熔覆层，对于WC颗粒增强Fe基复合材料关键技术的研究，是目前需要解决的问题之一.针对导辊零部件主要磨损失效问题，原有铁基熔覆材料已不能满足导辊所需高耐磨性.以GCR15轴承钢为基体,采用同轴送粉激光熔覆技术，通过添加不同含量WC球形颗粒增强相,制备了WC铁基复合材料涂层.开展不同WC含量铁基复合涂层内部组织结构变化与耐磨性能之间影响机理的研究.确定最佳含量的WC铁基复合合金涂层，以获得致密性高耐磨性好的优良机械性能,可以为导辊零部件表面强化的广泛工业应用提供新技术理论支持.1实验材料及方法1.1实验材料及涂层制备实验选用GCR15轴承钢为基材，尺寸为(①50mmX①40mmX15mm)，选择经济性适中、机械性能优越的铁基合金作为激光熔覆材料,导辊原熔覆铁基合金材料成分如表1所示.WC球形颗粒粉末分别以质量分数为20%、30%、40%、50%的含量添加到铁基合金粉末中，经充分机械研磨混合均匀后真空干燥.激光熔覆实验采用型号LDM-4000激光器和型号为DPSF-2送粉器,选择氩气保护,熔覆工艺参数见表2,熔覆厚度约为1mm.表1铁基合金元素成分(质量分数，%)表2激光熔覆工艺参数Table1The main chemical composition of the alloy(wt.%)Table2Parameters of laser cladding process成分C Si Mo Ni Cr B Fe激光功率/kW扫描速度/(mm/s)熔覆速度/(mm/s)送粉速率/(g/min)含量0.140.97 1.04 1.4715.04 1.29Bal. 1.870.1301.2熔覆涂层性能表征将试样沿着垂直于激光器扫描方向线切割成尺寸为10mmX15mmX20mm的块状样品.通过日立SU8230型高新场发射扫描电子显微镜，观察熔覆层微观组织形貌,并分析样品熔覆层截面区域元素分布；通过Smart Lab X型射线衍射仪和Jade-6.5软件分析熔覆层的物相成分;通过HLN-11A型显微硬度计在切割面从熔覆层表面向基体处每隔0.1mm取点进行显微硬度测量;通过MMW-1型磨损试验机对不同WC含量的熔覆层进行磨损失重量测试.2结果与讨论2.1涂层微观组织分析熔覆层中微量元素Ni、B、Si具有脱氧造渣特性，有助于提高合金组织润湿性和避免涂层开裂［ii］.图1为不同WC含量熔覆层与基体微观组织形貌，可以看出在基材与熔覆层交界线处出现一条明显细窄结合带，涂层的稀释率较低并形成了良好的冶金结合,涂层组织致密性较高,未发现气孔或其它组织缺陷存在.熔覆层中球形亮白色为WC颗粒弥散分布铁基合金涂层中，部分WC发生了分解.由于WC质量分数大,导致熔覆层底部存在小部分WC颗粒.29南京师大学报(自然科学版)第44卷第1期(2021年)(a)20wt.%WC(b)30wt.%WC(c)40wt.%WC(d)50wt.%WC图1不同wc含量下熔覆层的SEM图Fig.1SEM microstructure of laser cladding with different content of WC图2分别为质量分数30%和质量分数50%WC含量的熔覆层不同区域SEM微观组织形貌图.激光熔池中合金温度梯度G和凝固速度R的比值G/R决定着熔覆层组织形态［12—14］，熔覆层组织形态对涂层机械性能有较大影响.图2(a)熔覆层底部与基材靠近区域，在基材快速冷却作用下发生激冷反应，晶粒组织生长伴随着外延特性并形成了垂直于基材界面的柱状树枝晶组织［15］.图2(c)熔覆层中部因为冷却速度较慢，散热较差导致枝晶发生了粗化和长大，形成了具有一定方向性的等轴树枝晶、分散存在少量枝晶间与枝晶共晶组织;图2(d)熔覆涂层表面与空气接触散热较快，在涂层顶层区域存在树枝晶和胞状晶组织.图2(e)、(f)分别为WC含量质量分数30%和质量分数50%熔覆层底部WC颗粒周边微观形貌，对图中不同区域成分分析如表3所示.在高能激光束下WC颗粒发生了部分溶解，球面边界外衍生出亮白色鱼骨状析出物(1,5处)，根据表3能谱分析析出物主要元素成分由Fe、W、Cr组成.1和5处Fe和W元素质量分数分别为38.69%、57.54%；46.10%、46.64%,并存在少量的Cr元素.可见析出物元素Fe、W含量比较高,结合图3XRD图谱可知，鱼骨状析出物主要为富钨化物Fe3W3C和卩°2冈2：存在少量Fe-Cr化合物.图2(f)WC颗粒中心区域3处存在烧损裂纹，由能谱分析显示该处Fe质量分数为21.52%和W质量(a)30wt.%WC底部(b)50wt.%WC底部(c)50wt.%WC中部(d)50wt.%WC顶部(e)30wt.%WC颗粒(f)50wt.%WC颗粒图2质量分数为30%和50%的WC熔覆层不同区域SEM微观组织形貌图Fig.2SEM microstructure of different areas of WC cladding layer with30wt・％and50wt・％content 30朱继祥，等:WC含量对铁基复合涂层组织与磨损性能的研究分数为35.96%,以及较高含量的041.30%,表明氧极易在裂纹处富集和Fe元素渗入到WC颗粒内部.主要因为WC自身热膨胀系数低、脆性大，且熔覆熔池的冷却过程中合金组织内部积聚大量热应力.当热应力值超过WC自身强度时表面将产生裂纹，从WC核中心向边缘扩散[9].结合表3能谱分析发现:图2（e）同一熔覆层内2处枝晶区域较1处枝晶间元素Fe含量增加较多，而元素W含量大幅度减少,表明少部分的WC溶解扩散在铁基合金里，距离WC颗粒越远W含量越少.在熔覆过程中WC颗粒在熔池中部分溶解并弥散分布于熔覆层中，与基体合金元素形成高强度Fe-W-Cr类化合物.熔池冷却过程中高强度Fe-W-Cr类化合物固溶于枝晶及枝晶间，起到固溶强化的作用.枝晶间区域6和共晶组织区域4成分均含有Fe、Cr、W元素，枝晶间相比共晶组织区域元素Fe含量略微减少，元素W含量近乎不变，而元素Cr含量略微提高，说明在鱼骨状析出物周边各元素成分含量均匀，无偏析现象.结合图3的XRD分析，推断出枝晶间析出主要为Fe；W强化相和Fe-Cr化合物.随着WC含量的增加在涂层内部的A区域等轴晶状组织分布更加均匀，共晶组织变的更为细小,且组织细化程度越高[i6].当WC含量质量分数50%时,涂层组织中由于WC含量的增加提高了熔体的相对黏度,气体未及时逸出导致一些孔洞缺陷存在，如图2（c）、（d）所示.综合分析各点成分比差异较大的原因，主要因为在熔覆过程中WC自身发生微溶.一方面，由于WC颗粒自身破裂和合金中铁元素渗入WC颗粒内部造成的元素成分差异.另一方面,溶解扩散在铁基合金中的W元素和C元素,与固溶于枝晶间铁元素生成新的硬化相，带来铁基熔覆层元素成分变化.表3不同WC含量下熔覆层EDS成分分析（质量分数，％）Table3Analysis of EDS composition of laser cladding coating under different content of WC（wt.%）组成元素Fe Cr O W区域质量分数30%WC熔覆层1238.6984.243.77—3.83—57.5411.94 3（WC缺陷处）21.52—41.3035.96质量分数50%WC熔覆层4578.8546.103.644.55—13.3746.64 670.277.94—17.362.2涂层物相分析图3为在WC含量质量分数30%、质量分数50%的熔覆层的XRD物相分析.在WC含量为质量分数30%的熔覆层XRD图谱中衍射峰最多，主要包含Fe s W s C、Fe；W；C、WC、W；C、Fe-Cr、Fe；W等;含质量分数50%的WC熔覆层主要包含物相Fe；W、Fe3W3C、WC、W；C、M7C3等;对比下发现熔覆层中随着WC质量分数的增加，衍生出的物相减少，并生成新硬化相M C3（M为Fe、Cr）[i7].W；C的存在验证了添加物WC在高温下的分解反应，并且熔覆层中铁元素可与未分解的WC颗粒和新生的W；C硬质相生成Fe3W3C[i8].在熔池内部中WC颗粒分解有助于W、C元素固溶到枝晶与枝晶间，由于W元素过饱和带来的晶格畸变,抑制了位错运动,阻碍晶界滑移，使得熔覆层合金固溶体的强度与硬度增加,起到固溶强化作用.已溶解的W和C元素与铁基合金其它元素发生反应生成Fe3W3C、Fe；W；C和M7C3新硬质相与未溶解的WC颗粒均匀地分布在熔覆层中，起到了很好的弥散强化作用，有助于提高熔覆层的力学性能.2.3涂层显微硬度分析图4为不同WC含量下的涂层截面硬度变化曲线.不同WC含量（20%、30%、40%、50%）涂层平均硬度分别为894.36HV0.；,954.73HV0.；,882.39HV0.；、1015.29HV0.；,远高于基材平均硬度337.2HV0.；.WC 的添加明显提高了涂层表面硬度,添加质量分数50%WC的熔覆层表面硬度最高为1063.9HV o.i，约为基材的3倍.而WC添加量在质量分数20%的熔覆层硬度最低为850.6HV0.；.在添加量为质量分数30%WC 的熔覆层硬度略微减小，其余WC含量质量分数20%和质量分数40%的熔覆层硬度值较为相近.一方面, WC颗粒增强相弥散分布在铁基饱和固溶体中起到了弥散强化作用，激光熔覆表面快速熔凝特性抑制了晶粒的长大产生细晶强化;另一方面，在高能激光束下,熔覆层WC分解成具有高硬度的硬化相Fe s W s C、Fe；W；C、M7C3等，显著提高了熔覆层硬度.在热影响区与熔覆层底部位置，硬度逐渐升高，因为熔池内部大量合金元素Fe、Cr、Ni等元素扩散起到稀释效果[；9]，且熔覆层中未分解的WC颗粒沉聚在熔覆层底部,31南京师大学报(自然科学版)第44卷第1期(2021年)带来熔覆层硬度的提升.图3质量分数为30%和50% WC 熔覆层XRD 物相分析Fig. 3 XRD of laser cladding coating under 30 wt. %and 50 wt.% of WC图4不同WC 含量下熔覆层截面硬度变化曲线Fig. 4 Variation of cladding layer in microhardnessunder different content of WC 2.4熔覆层摩擦磨损性能分析图5为不同WC 含量熔覆层磨损失重量对比，可以看岀添加WC 的熔覆层的磨损失重量较基材得到很大改善.当WC 含量逐渐增加时,熔覆层表面磨损失重量先减少后增大，其中含量质量分数30% WC 的熔覆层耐磨性能最好而磨损量仅为9.1 mg,较基材总磨损量少40.1 mg.质量分数50% WC 的熔覆层耐磨性较差，磨损量为28.2 mg,相比基材总磨损量少20.9 mg.熔覆层耐磨强化机理在于新生硬化相和富铬碳化物二次硬化相的析岀.这是由于WC 颗粒溶解在合金熔覆层产生固溶强化作用,熔覆层中诸如 WC 、Fe 3W 3C 、Fe 2W 2C 、Fe 2W 等强化相和富铬化合物Fe-Cr图5基材与不同WC 含量熔覆层磨损量对比AG ( mg )Fig. 5 Comparison of wear mass loss between substrate andcladding layer with different content of WC AG ( mg )阻碍了晶粒的增长,提高了熔覆层耐磨性.图6为GCR15基材与不同WC 含量熔覆层表面磨损形貌图.图6(a)为GCR15基材表面磨损形貌,可 见有较深的犁沟,金属块脱落形成的凹坑与周边颗粒状的金属屑.这是由于在摩擦磨损过程中表面发生(a)基材(b) 20 wt.% WC (c) 30 wt.% WC(d) 40 wt.% WC (e) 50 wt.% WC图6基体与不同含量WC 熔覆层表面磨损形貌图Fig. 6 Surface wear morphology of substrate and cladding layer with different content of WC32朱继祥，等:WC含量对铁基复合涂层组织与磨损性能的研究了冷焊而形成黏着点，在相对滑动中产生较大的应力，疲劳剥落产生凹坑形貌.基体磨损机理主要存在磨料磨损和剥落磨损.图6(b)~(e)为不同WC含量熔覆层表面磨损形貌图，添加不同WC含量的熔覆层磨损失重量相比基体磨损表面存在较浅的犁沟和磨屑颗粒并出现片状亮白色区域.结合图5磨损失重量可知熔覆层中添加不同含量的WC,可有效改善基材表面的磨损.由于溶解的WC固溶于枝晶和枝晶间，形成高强度Fe-W-Cr类化合物或其它碳化物(M7C3、W；C),均能提高熔覆层的耐磨性.其次未熔的硬质相WC与涂层良好结合也有助于提高熔覆层的耐磨性.随着WC含量的增加,磨损表面犁沟形貌呈现出“深一浅一深”形貌.图6(b)为含质量分数20%WC 熔覆层磨损表面，犁沟浅显且数量大量减少，并出现磨屑颗粒和剥落现象•对磨屑颗粒A点EDS分析各元素质量分数为Fe70.00%、C23.67%、O6.33%.银白色区域B点的EDS分析各元素质量分数为Fe 22.39%、Cr1.16%、02.19%、W53.65%、C20.62%.磨屑颗粒主要由Fe、C、O3个元素组成，而亮白色区域主要存在W元素.可知磨屑颗粒主要是铁碳颗粒及氧化物,亮而白色区域主要是熔覆层表面的WC颗粒和富钨碳化物及氧化层.图6(c)显示含质量分数30%的WC熔覆层中犁沟最为浅显，趋近于光滑，且磨屑近乎消失.由上文磨损量分析可知在质量分数30%WC的熔覆层磨损失重量最小,耐磨性最好.熔覆层中新生硬质相和未熔融WC均匀的分布,可以在一定程度上减缓磨环的磨粒对熔覆涂层表层的犁削作用[20]，有效提高熔覆层表面耐磨性.质量分数50%WC的熔覆层磨损形貌具有深浅不一的犁沟，整体上相对平整,并存在少量的磨屑.在硬度变化曲线中质量分数50%WC的涂层平均硬度最高，对应的耐磨性反而较差,说明硬度的高低与耐磨性的好坏只是在一定条件下有所关联.由涂层中添加过量的WC则导致合金涂层的组织分布不均及较差的致密性，而耐磨性也随之变差.综合分析，添加不同WC含量的铁基合金熔覆层表面磨损机理主要以磨粒磨损为主及少量氧化磨损.3结论(1)在GCR15轴承钢表面熔覆了不同WC含量铁基复合涂层.在基材与熔覆层交界线处存在一条细窄的结合带，且涂层组织无明显缺陷.涂层组织从顶层到底部分别由胞状晶、等轴晶树枝晶和柱状晶组成.(2)WC含量为质量分数30%和质量分数50%的铁基复合涂层中增强相主要以Fe3W3C、Fe；W；C为主，随着熔覆层WC含量的增加产生了新硬化相M C3.高硬度的硬化相Fe3W3C、Fe；W；C、M7C3等与WC 颗粒弥散分布涂层中显著提高了涂层硬度.当WC含量为质量分数50%时，平均硬度(1015.29HV0.；)最高且约为基材的3倍.不同WC含量的熔覆层平均硬度变化差别不大.(3)WC含量为质量分数50%时的熔覆层由于涂层的WC颗粒分布不均及较差的致密性，导致耐磨性随之变差•在WC含量为质量分数30%时的熔覆层耐磨性能最好，较基材磨损失重少40.1mg,熔覆层磨损机理以磨料磨损为主和少量氧化磨损.[参考文献][；]张丽民，王书明，夏雯，等.等离子熔覆技术在导辐上的应用[J].金属热处理,20；0,35(4)：2；-23.[2]邵春娟，米国发，许磊，等.新型耐磨导卫板制备及性能分析[J].材料导报,20；7,3；(S2)：280-284..[2]张开源，尹延国,张国涛，等.高能球磨-粉末冶金法制备硫化亚铁/铁基轴承材料的摩擦学性能[J].中国机械工程,2019,30(18)：2；72-2；78.[4]张航,路媛媛，王涛，等.激光熔覆WC/H；3-Inconel625复合材料的冲击韧性与磨损性能[J].材料工程,2019,47(4):127-134..[5]AMADO J M,MONTERO J,TOBAR M J,et ser cladding of Ni-WC layers with graded WC content[J].Physics procedia,2014,56:269—275.[6]王开明，雷永平,魏世忠，等.WC含量对激光熔覆Ni基WC复合涂层组织和性能的影响[J].材料热处理学报,2016,37(7)：172-179.[7]余畅，朱宇，简险峰，等.WC+Cr3C2增强铁基合金激光熔覆涂层磨损性能[J].金属热处理,2013,38(12):21-24.[8]CHEN H Y,GU D D,KOSIBA K,et al.Achieving high strength and high ductility in WC-reinforced iron-based composites by33南京师大学报（自然科学版）第44卷第；期（2021年）laser additive manufacturing[J].Additive 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超音速火焰喷涂WC-Co涂层耐磨性研究简中华;马壮;王富耻;曹素红;王全胜【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2007(032)001【摘要】利用超音速火焰喷涂(HVOF)工艺制备了WC-Co涂层,测定了涂层孔隙率、显微硬度及干摩擦磨损过程中涂层材料失重,得出涂层干摩擦因数随时问的变化关系,分析了涂层摩擦磨损机制.结果表明,WC-Co涂层致密,平均孔隙率为1.29%,显微硬度达1 140HV(测试载荷2.94 N),干摩擦条件下材料失重低于电镀Cr镀层2个数量级;摩擦初期,干摩擦因数迅速增加,主要磨损特征是粘结相富Co区的犁沟切削,摩擦中后期,摩擦副问实际接触面积增大,摩擦因数变化较小,磨损趋于稳定.WC-Co涂层的主要磨损机制是疲劳磨损和犁沟切削.【总页数】4页(P90-92,98)【作者】简中华;马壮;王富耻;曹素红;王全胜【作者单位】北京理工大学材料科学与工程学院,北京,100081;北京理工大学材料科学与工程学院,北京,100081;北京理工大学材料科学与工程学院,北京,100081;北京理工大学材料科学与工程学院,北京,100081;北京理工大学材料科学与工程学院,北京,100081【正文语种】中文【中图分类】TH117.1【相关文献】1.超音速火焰喷涂（HVAF）WC-Co合金涂层微观组织与耐磨性分析 [J], 黄恒钧;刘东旭;牛超楠;王慧文;王佳杰2.超音速火焰喷涂WC-Co(Cr)涂层在NaCl溶液中抗空蚀性能研究 [J], 丁彰雄;石琎;丁翔;胡一鸣;廖星文;邓帮华3.超音速火焰喷涂WC-Co涂层超高速磨削试验研究 [J], 郭力;易军;盛晓敏4.超音速火焰喷涂纳米结构WC-Co涂层研究进展 [J], 刘晓丽;李明5.超音速火焰喷涂Cr_3C_2-NiCr与WC-Co涂层高温结合性能研究 [J], 门向东;陶凤和;甘霖;赵金辉因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

双尺度WC-CoCr涂层的组织结构分析罗虞霞;高峰;王大锋【摘要】微纳米复合结构的碳化钨涂层的性能引人关注.以纳米碳化钨(≤200nm)、亚微米碳化钨(0.8μm)和微米碳化钨(2μm)为原料,制备了两种双尺度的微纳米复合结构碳化钨喷涂粉末,采用超音速火焰喷涂工艺制备了相应的涂层.利用扫描电镜、能量色散X射线光谱仪和透射电镜对涂层的物相结构进行了分析.结果表明,纳米微米复合粉涂层中的碳化钨保留率为96.7％;纳米亚微米复合粉末制备的涂层碳化钨保留率为92.5％.两种涂层中,W2C均分布在WC附近,大颗粒WC颗粒仍保持原来的尖角形,小尺度WC颗粒部分呈圆角形,纳米-亚微米涂层中Co3W3C相分散于WC与非晶相之间.【期刊名称】《热喷涂技术》【年(卷),期】2018(010)003【总页数】6页(P33-37,9)【关键词】碳化钨;微纳米复合结构;超音速火焰喷涂【作者】罗虞霞;高峰;王大锋【作者单位】北京矿冶科技集团有限公司,北京100160;北京市工业部件表面强化与修复工程技术研究中心,北京102206;特种涂层材料与技术北京市重点实验室,北京102206;北京矿冶科技集团有限公司,北京100160;北京市工业部件表面强化与修复工程技术研究中心,北京102206;特种涂层材料与技术北京市重点实验室,北京102206;中国兵器科学研究院宁波分院焊接与再制造技术研究室,浙江宁波315103;北京科技大学,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TG174.40 引言热喷涂WC-CoCr涂层具有优异的耐磨耐蚀性能，广泛地应用于冶金、石油化工、航空航天等领域[1，2]。

WC-CoCr涂层的力学性能取决于涂层的物相结构、粒子间的结合情况等显微组织结构。

研究表明，在一定喷涂工艺范围内，碳化钨颗粒的尺寸是影响涂层性能的主要因素[3]。

不同研究者制备的纳米碳化钨性能差异较大[4-7]。

因此纳米碳化钨的使用并不广泛，而微纳米复合结构的碳化钨性能较优，并获得了较多的应用。

Science &Technology Vision科技视界0前言随着现代工业的发展,对机械产品零件表面的性能要求越来越高,改善材料的表面性能,不但可有效地延长其使用寿命,提高生产力,而且能节约资源,减少环境污染,加强稀有金属资源保护[1]。

先进表面工程技术促进了绿色制造技术在机械工业中的应用[2]。

因此,研究和发展机械产品的表面保护和表面强化技术,对于提高零件的使用寿命和可靠性,对于改善机械设备的性能、质量,增强产品的竞争能力,对于推动新技术的发展,对于节约材料、节约能源等都有重要意义[3]。

热喷涂技术是一种利用热源将喷涂材料加热至熔融状态,并通过气流吹动使其雾化高速喷射到零件表面,以形成喷涂层的表面加工技术[4]。

热喷涂技术的喷涂温度、熔滴或粉末颗粒对基体表面的冲击速度及形成涂层的材料性能构成喷涂技术的核心。

热喷涂技术正是适应这种需要发展起来的一种较好的金属材料表面防护和强化技术[5]。

热喷涂技术与其它薄膜与涂层制备技术相比,具有工艺简单,涂层和基体选择范围广,涂层厚度变化范围大,沉积效率高以及容易形成复合涂层等优点[6]。

本文采用AC-HVAF 热喷涂设备研究在Q235钢表面制备WCp/(Co+Cr)复合材料涂层,分析涂层组织及耐磨性能,为优化WCp/(Co+Cr)复合材料涂层制备工艺提供依据。

1试验材料及方法1.1试验材料实验所用基体材料为Q235钢板材,其化学成分如下表1所示。

实验所用制备涂层的WC、Co、Cr 性能如表2所示。

表1Q235钢的化学成分表2WC、Co、Cr 的性能1.2试验方法应用AC-HVAF 活性燃烧高速燃气喷涂设备制备WCp/(Co+Cr)复合材料涂层。

用DK7735C 型数控电火花线切割机将喷涂试样加工成金相试样和磨损试样。

用EPIPHOT-300U 型金相显微镜分析Q235钢和WCp/(Co+Cr)复合材料涂层显微组织。

应用往复式磨损试验机研究WCp/(Co+Cr)复合材料涂层试样的相对耐磨性,摩擦副为400号砂纸,为了实验的精度,每做一次实验更换一张新砂纸。

爆炸喷涂WC-Co涂层的工艺及物理性能研究的开题报告一、选题背景WC-Co（碳化钨-钴）是一种具有优异物理、化学和力学性能的材料，常被用作硬质合金、切削工具等方面。

WC-Co涂层是通过喷涂工艺将WC-Co材料喷涂在基础材料表面而成。

WC-Co涂层具有优异的耐磨、耐腐蚀和耐热性能，因此被广泛应用于航空、制造和汽车行业等工业领域。

然而，WC-Co涂层在生产中仍存在一些问题，如涂层的质量和均匀度等方面较为难以控制。

因此，在WC-Co涂层的工艺和物理性能研究中，探究涂层的制备方法和涂层的物理性能，对于提高涂层的质量和性能具有重要的意义。

二、研究目的本论文旨在探究爆炸喷涂WC-Co涂层的工艺及其物理性能，研究重点包括涂层的组织结构、硬度、耐磨性能和耐腐蚀性能等方面。

三、研究内容及方法1. 研究WC-Co涂层的制备工艺，并优化涂层性能。

2. 采用金相显微镜、扫描电镜等手段，研究涂层的组织结构和表面形貌。

3. 通过洛氏硬度计等硬度测试仪器，测试涂层的硬度。

4. 使用干式磨损实验仪器，测试涂层的耐磨性能。

5. 使用盐雾试验仪器，测试涂层的耐腐蚀性能。

四、预期结果通过本论文对爆炸喷涂WC-Co涂层的工艺及其物理性能进行研究，预期能够得到以下研究结果：1. 研究出优化的WC-Co涂层制备工艺，提高涂层的质量和性能。

2. 揭示WC-Co涂层的组织结构和表面形貌，为探究涂层性能提供基础。

3. 通过测试涂层的硬度、耐磨性能和耐腐蚀性能，评估涂层的实际应用价值。

五、研究意义本论文研究的爆炸喷涂WC-Co涂层的工艺及其物理性能，对于推动WC-Co涂层在工业应用领域的发展具有重要的意义。

同时，本研究为相关领域的研究提供了新的思路和方法，有助于推动该领域的发展。

WC-Co-Cr涂层的孔率和层状结构对冲蚀行为的影响WC-Co-Cr涂层是一种广泛应用于工业材料表面保护的高性能涂层。

在很多情况下，这种涂层要承受各种冲击和摩擦因素的侵蚀，因此其冲蚀性能无疑成为衡量涂层质量的一个重要因素。

本文旨在研究WC-Co-Cr涂层的孔率和层状结构对其冲蚀行为的影响。

首先，我们来介绍一下WC-Co-Cr涂层的制备过程。

WC-Co-Cr涂层是由高熔点的碳化钨、钴和铬三种元素组成的混合粉末，采用高速旋转火焰喷涂（HVOF）技术，将粉末喷射到基材表面。

在高速喷射后，涂层表面会产生大量的微小孔隙，形成孔率。

同时，由于喷涂时粉末颗粒之间碰撞和溅射，涂层也会形成一定的层状结构。

然后，我们进行了一系列冲蚀实验，以研究WC-Co-Cr涂层孔率和层状结构对其冲蚀性能的影响。

实验结果表明，涂层孔率与冲蚀速率之间存在着明显的正相关关系。

即，涂层孔隙越多，其冲蚀速率越高。

这是因为涂层孔隙会导致涂层表面出现大量破损和剥离，从而降低其整体冲蚀性能。

因此，我们可以通过控制涂层孔隙率的大小，来提高涂层的冲蚀抗性。

然而，涂层的层状结构却对冲蚀性能的影响相对复杂。

我们发现，在一定范围内，涂层的层状结构可以有效提高其冲蚀性能。

这是因为具有层状结构的涂层，在遭受冲击和摩擦时，可以通过涂层层与层之间的黏合力来吸收能量，从而减少涂层表面的剥离和破损。

然而，过厚的涂层层状结构会导致涂层的硬度不均匀，从而影响其整体冲蚀性能。

因此，我们建议在涂层制备过程中，应合理控制层状结构的厚度和间距，以获得最佳的冲蚀性能。

综上所述，WC-Co-Cr涂层的孔率和层状结构对其冲蚀行为具有显著的影响。

通过控制涂层孔隙率和层状结构的大小和间距，我们可以优化涂层的冲蚀性能，并提高其使用寿命。

因此，本研究对于改善WC-Co-Cr涂层在工业生产中的应用具有重要意义。

除了孔率和层状结构，WC-Co-Cr涂层的物理、化学、结构特性也会影响其冲蚀性能。

例如，涂层硬度、结晶度、残余应力、晶体取向等都会影响其冲蚀性能。