TC27钛合金超音速火焰喷涂WC-17Co耐磨涂层工艺研究

关键词］钛合金；火焰喷涂；磨削火焰喷涂（HVOF）钴基碳化钨（WC-17Co）涂层以其优越的耐磨性、耐腐蚀性近年来被广泛应用于航空产品零件表面，是一种新型的表面防护和表面强化工艺，该工艺利用燃气作为热源，将喷涂材料以一定传输方式进入火焰，加热熔融，依靠火焰加速喷射到基体上，堆积形成涂层。

然而受火焰喷涂工艺特点影响，火焰喷涂后零件的表面粗糙度和涂层均匀性均不能满足工程的使用要求，喷涂后需对涂层表面进行磨削，但是由于火焰喷涂层与基体结合强度较低，对交变载荷和冲击载荷比较敏感，磨削过程控制不当，会造成涂层表面出现严重网状裂纹[1-2]。

目前，国内外对WC系涂层的磨削加工研究十分有限，多集中在材料去除机理以及磨削后涂层组织性能的提升方面。

Hamed等[3]研究了在中低磨削速度下，HVOF喷涂的WC-Co-Cr涂层的材料去除机制，表明涂层的去除机制有两种，脆性断裂以及塑性去除，在不同磨削参数下，两种方式的程度也不尽相同。

Maiti等人[4]的研究表明磨削对于涂层的耐磨性有显著的提升作用，涂层的显微硬度在磨削过后有所提升。

Shang等人[5]发现在高速磨削条件下涂层材料亚表面质量较普通磨削有明显提高。

徐成[6]等人发现高速磨削碳化钨HVOF涂层中，砂轮粒度对于磨削过程影响最为显著，粒度越大，表面粗糙度越小。

Maedeh 等[7]研究了HVOF喷涂WC–10Co–4Cr涂层不同磨削参数对涂层残余压应力的影响，结果表明，磨削过后涂层残余压应力有所提高。

可以看出目前国内外对火焰喷涂的WC系涂层磨削过程中裂纹的产生与控制研究较少，但实际工程中裂纹是极易产生的，特别是以钛合金为基体材料，表层为钴基碳化钨（WC-17Co）涂层结构，由于钛合金与涂层表面硬度差别大，火焰喷涂后形成芯部软表面硬的“鸡蛋型”结构，致使钛合金火焰喷涂涂层磨削难度加大，工艺参数设置不合理，工艺方法不当，很容易形成表面网状裂纹。

因此本文详细介绍了火焰喷涂磨削工艺工艺参数和工艺方法对涂层裂纹影响的研究过程，并对研究所取得的成果进行总结，供同行业技术人员借鉴和参考。

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。

摩擦条件对超音速火焰喷涂WC-17Co涂层摩擦磨损性能的影响耿哲;段德莉;刘阳;李曙【摘要】采用球/盘试验机研究不同摩擦条件下超音速火焰喷涂WC-17Co涂层的摩擦磨损性能,结合氧化膜截面和磨痕表面的SEM观测,磨痕表面物相的XRD分析,探索摩擦条件对WC-Co涂层摩擦学行为和磨损机制的影响.结果表明:在本文试验条件下,温度和载荷是影响WC-17Co涂层摩擦学行为的主要因素.室温～550℃范围,温度升高促进磨痕表面氧化物的形成,使WC-Co涂层的摩擦系数明显降低并且磨损率增加缓慢;650℃时剧烈氧化导致涂层磨损失效.室温～450℃范围,载荷增加促进摩擦过程中氧化物的形成,有利于改善WC-Co涂层的摩擦磨损性能;550℃和650℃时,载荷增加会加速去除氧化物且造成涂层表面机械损伤,从而加剧WC-Co 涂层的磨损.【期刊名称】《热喷涂技术》【年(卷),期】2014(006)002【总页数】8页(P45-51,40)【关键词】热喷涂WC-Co涂层;摩擦磨损;温度;载荷【作者】耿哲;段德莉;刘阳;李曙【作者单位】中国科学院金属研究所,沈阳110016;清华大学摩擦学国家重点实验室,北京100084;中国科学院金属研究所,沈阳110016;中国科学院金属研究所,沈阳110016;中国科学院金属研究所,沈阳110016【正文语种】中文【中图分类】TG174.4热喷涂WC-Co涂层广泛应用于工业领域的耐磨部件，在延长使用寿命和降低制造成本方面发挥重要作用[1-2]。

超音速火焰喷涂（HVOF）工艺具有粉末粒子飞行速度高、喷涂过程氧化烧损少的优势，可以制备硬度、孔隙率和耐磨性更优的WC-Co 涂层 [3-4]。

针对WC-Co涂层的摩擦磨损性能，研究者们大多关注粉末类型[5-6]、喷涂工艺[7-8]、涂层微观结构[9-10]、涂层机械性能[11]等因素对其产生的影响，而忽略了或者不作为重点讨论摩擦条件的影响。

WC-Co涂层的氧化行为与温度关系密切[12]，涂层的损伤机制受到载荷的影响[13]，磨痕表面的摩擦氧化反应和氧化膜的去除量与速度和时间紧密相关[14]。

JIUJIANG UNIVERSITY毕业设计题目超音速火焰喷涂WC – Co涂层的磨粒磨损性能研究英文题目Seattle Flame Spray WC - Co Coating Of Particle Attrition Performance Study院系机械与材料工程学院专业焊接技术及自动化姓名XX年级2008级（B0861班）指导教师王洪涛二零一零年十二月利用超音速火焰喷涂工艺制备了WC-Co涂层，测定了涂层孔隙率、显微硬度及干摩擦磨损过程爱中涂层材料失重，得出涂层干摩擦因数随时间的变化系，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1140HV(测试载荷2.94N)，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，摩擦副间实际接触面积增E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。

【关键词】超音速火焰喷涂；WC-Co涂层；磨粒磨损前言 (1)第一章绪论 (2)1.1 引言 (2)1.2超音速喷涂技术原理 (2)1.3超音速火焰喷涂涂层性能及特点 (3)1.3.1超音速火焰喷涂涂层性能 (4)1.3.2超音速火焰喷涂特点 (5)1.4超音速喷涂的工艺控制 (5)1.4.1超音速火焰喷涂（HVOF）工艺控制 (5)1.4.2超音速空气喷涂（HVAF）工艺控制 (6)1.4.3超音速等离子弧喷涂工艺控制 (6)1.5 超音速火焰喷涂技术的发展和最新研究及应用 (7)1.5.1超音速火焰喷涂技术的发展历史 (7)1.5.2超音速火焰喷涂技术的最新研究 (8)1.5.3超音速火焰喷涂技术的最新应用 (9)1.6 关于HVOF喷涂涂层结构涂层研究 (10)1.6.1关于喷涂过程的粒子束行为 (10)1.6.2关于纳米结构涂层的形成过程与机理 (11)1.6.3关于影响HVOF喷涂层的因素及机理研究 (12)1.7 本文研究的主要内容及意义 (15)第二章超音速火焰喷涂WC-Co涂层的磨粒磨损试验内容和方法 (17)2.1试验材料和仪器 (17)2.1.1试验材料 (17)2.1.2试验仪器 (17)2.2试验内容和方法 (17)2.2.1涂层的制备 (17)2.2.2磨粒磨损试验过程及方法 (19)第三章超音速火焰喷涂WC-Co涂层的磨粒磨损实验结果及分析 (22)3.1 WC-Co表面形态观察及分析 (22)3.1.1粉末原始形态 (22)3.1.2磨粒原始形态 (22)3.1.3扫描电子显微镜组织观察 (22)3.2磨粒磨损结结果分析 (23)3.2.1载荷对涂层磨损失重量的影响 (23)3.2.2燃气流量对涂层磨损失重量的影响 (24)结论 (25)参考文献 (26)谢辞 (27)前言自从超音速火焰喷涂技术诞生以来，其应用范围就在不断的扩展之中，超音速喷涂已经成为热喷涂技术的主流发展方向，目前在国外已经渗透到各种领域，如石油化工、机械、印刷、航空航天、冶金、电力、塑料，等工业部门。

超音速火焰喷涂WC涂层超高速磨削试验研究易军;盛晓敏;郭力【摘要】According to the processing difficulties existing in HVOF tungsten carbide coatings, this paper studies the influence of different wheel speed on the coating, surface roughness and surface morphology. The results showes that with the substantial increase in wheel speed the grinding forces and surface roughness can be significantly reduced. Through the observation of grinding surface microstructure, we can find that under the conditions of ultrahigh speed grinding, the plastic gives priority to the coating material removal way.%针对超音速火焰喷涂碳化钨涂层存在的加工困难,研究了不同砂轮线速度对涂层磨削力、表面粗糙度及表面微观形貌的影响,试验结果表明,随着砂轮线速度的大幅度提高,涂层磨削力、表面粗糙度值都能得到明显的减小；通过观察磨削表面的微观形貌发现,在超高速磨削条件下,涂层材料的去除方式更多的以塑性去除为主.【期刊名称】《制造技术与机床》【年(卷),期】2012(000)006【总页数】4页(P49-52)【关键词】砂轮线速度;高硬度涂层;磨削力;表面粗糙度;表面微观形貌【作者】易军;盛晓敏;郭力【作者单位】湖南大学国家高效磨削工程技术研究中心,湖南长沙 410012;湖南大学国家高效磨削工程技术研究中心,湖南长沙 410012;湖南大学国家高效磨削工程技术研究中心,湖南长沙 410012【正文语种】中文【中图分类】TH163涂层是指附着在某一基体材料上起某种特殊作用，且与基体材料具有一定结合强度的薄层材料。

TC27钛合金超音速火焰喷涂WC-17Co耐磨涂层工艺研究摘要：本文以TC27钛合金为基底材料，采用超音速火焰喷涂工艺，在表面涂覆WC-17Co耐磨涂层。

通过对不同工艺参数的控制和优化，研究了涂层的微观结构、力学性能和耐磨性能。

结果表明，通过适当的工艺参数控制和优化，可以获得致密均匀、结合力强、硬度高、耐磨性能优异的涂层。

这为TC27钛合金在航空航天及其他领域的应用提供了重要的技术支持。

1.引言TC27钛合金具有高强度、良好的耐热性、耐腐蚀性和热疲劳性能，在航空航天及其他高端领域有着广泛的应用前景。

由于其表面硬度较低，耐磨性较差，限制了其在一些高摩擦、高磨损环境下的应用。

提高TC27钛合金的表面硬度和耐磨性成为当前研究的重点之一。

2. 实验部分2.1 材料选择基底材料采用TC27钛合金，其化学成分如下：Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si。

喷涂材料选用WC-17Co粉末，其平均粒径为30μm，化学成分如下：WC：17%，Co：83%。

2.2 超音速火焰喷涂工艺超音速火焰喷涂是通过高速燃烧的气体将喷涂材料加热融化，并喷射到基底表面形成涂层的一种喷涂技术。

本实验采用的超音速火焰喷涂设备为DJ2700型号，主要工艺参数包括喷涂距离、气氛压力、喷涂速度等。

在实验中，对这些工艺参数进行了系统的控制和优化，以获得最佳的喷涂效果。

2.3 涂层性能测试对涂层的微观结构、力学性能和耐磨性能进行了详细的测试。

微观结构主要通过扫描电子显微镜（SEM）进行表征，力学性能主要通过硬度测试和粘结强度测试进行评价，耐磨性能主要通过摩擦磨损实验进行评定。

3. 结果与讨论3.1 微观结构分析通过SEM观察得到的涂层横截面图像，可以看到喷涂涂层与基底材料间具有很好的结合，并且呈现出致密均匀的结构。

这说明采用超音速火焰喷涂工艺可以获得高质量的涂层。

涂层硬度测试结果表明，WC-17Co耐磨涂层的硬度较基底材料明显提高，达到了1200Hv以上。

TC27钛合金超音速火焰喷涂WC-17Co耐磨涂层工艺研究【摘要】本研究旨在探讨TC27钛合金超音速火焰喷涂WC-17Co耐磨涂层工艺研究。

首先对TC27钛合金和WC-17Co耐磨涂层的特性进行了分析，然后通过火焰喷涂工艺进行研究，优化工艺参数以提高涂层的耐磨性能。

最后进行了耐磨性能测试，并对实验结果进行分析。

实验结果表明，优化后的工艺能够显著提高TC27钛合金涂层的耐磨性能。

建议未来在工艺优化的基础上继续研究，进一步提升涂层性能。

通过本研究，为TC27钛合金超音速火焰喷涂WC-17Co耐磨涂层的工艺优化提供了重要参考和指导。

【关键词】关键词：TC27钛合金、超音速火焰喷涂、WC-17Co耐磨涂层、工艺研究、优化研究、耐磨性能测试、实验结果分析、工艺优化建议、研究方向展望1. 引言1.1 1. 背景介绍钛合金是一种重要的结构材料，具有良好的强度、耐腐蚀性和高温性能，在航空航天、汽车、船舶等领域有着广泛的应用。

钛合金表面的耐磨性常常成为限制其应用范围的因素。

WC-17Co是一种被广泛应用于耐磨涂层中的材料，具有出色的耐磨性能和耐高温性能。

将WC-17Co应用于钛合金表面进行喷涂，以提高其耐磨性，具有重要的意义。

目前，超音速火焰喷涂技术是一种被广泛应用于表面涂层的方法，具有快速、简便、成本低等优点。

通过研究TC27钛合金超音速火焰喷涂WC-17Co耐磨涂层工艺，可以实现对钛合金表面的改性，提高其耐磨性能，拓展其应用领域。

对TC27钛合金超音速火焰喷涂WC-17Co 耐磨涂层工艺进行深入研究和优化是当前研究的重要方向之一。

1.22. 研究目的本研究旨在探究TC27钛合金超音速火焰喷涂WC-17Co耐磨涂层工艺，以提高TC27钛合金的耐磨性能，延长其使用寿命。

具体来说，本研究的研究目的包括以下几个方面：1. 分析TC27钛合金的特性，深入了解其材料性能和适用范围，为后续的涂层工艺优化提供基础和依据。

2. 分析WC-17Co耐磨涂层的特性，探究其耐磨性能、结构特点以及适用场景，以确定其在TC27钛合金上的应用潜力。

TC27钛合金超音速火焰喷涂WC-17Co耐磨涂层工艺研究【摘要】本研究旨在探究TC27钛合金超音速火焰喷涂WC-17Co耐磨涂层工艺。

首先分析了TC27钛合金的特性，接着介绍了WC-17Co耐磨涂层的制备工艺和超音速火焰喷涂技术的原理。

随后设计了实验方案进行实验，并对试验结果进行了分析。

结论部分探讨了该工艺的优势和不足，并展望了未来研究方向。

总结指出了本研究的重要性和意义。

通过本研究，将为相关领域的研究和应用提供有益参考。

【关键词】TC27钛合金, 超音速火焰喷涂, WC-17Co耐磨涂层, 工艺研究, 特性分析, 制备工艺, 技术原理, 实验设计, 试验结果与分析, 优势和不足, 未来研究方向, 总结。

1. 引言1.1 研究背景TC27钛合金是一种具有良好机械性能和耐蚀性能的钛合金材料，广泛应用于航空航天、汽车工业和海洋工程等领域。

由于其表面硬度和耐磨性较差，限制了其在高温高速摩擦等恶劣环境下的应用范围。

WC-17Co耐磨涂层是一种优异的耐磨材料，具有高硬度、优秀的耐磨性和耐腐蚀性，被广泛应用于增加钛合金等材料的表面硬度和耐磨性。

传统的WC-17Co耐磨涂层制备工艺存在着生产效率低、涂层结合力差等问题。

超音速火焰喷涂技术是一种高效的表面涂层技术，具有操作简便、成本低廉、可实现高精度涂覆等优点，被广泛应用于制备耐磨涂层。

对于TC27钛合金超音速火焰喷涂WC-17Co耐磨涂层的工艺研究还比较有限，需要进一步深入探讨其制备工艺和涂层性能。

本研究旨在探讨TC27钛合金超音速火焰喷涂WC-17Co耐磨涂层工艺，并对其性能进行评价，为提高钛合金材料的表面性能和应用范围提供参考依据。

.1.2 研究目的研究目的是通过对TC27钛合金超音速火焰喷涂WC-17Co耐磨涂层工艺的深入研究，探索该工艺在提高钛合金表面硬度、耐磨性和耐腐蚀性能方面的潜力。

具体目的包括：1. 确定WC-17Co耐磨涂层对TC27钛合金表面性能改善的效果，验证该工艺在提高钛合金耐磨性方面的可行性；2. 探究超音速火焰喷涂技术在制备WC-17Co耐磨涂层过程中的作用机制，为工艺优化提供理论基础；3. 建立TC27钛合金超音速火焰喷涂WC-17Co耐磨涂层的工艺实验方案，探讨最佳工艺参数的选择与优化策略；4. 通过试验结果与分析，评估该工艺在改善钛合金表面性能方面的效果，并为工程实践中的应用提供参考依据。

科技与创新┃Science and Technology&Innovation ·84·2020年第09期文章编号：2095－6835（2020）09－0084－02不同粉末对TC27钛合金超音速火焰喷涂耐磨涂层性能的影响张业勤，丁小明，齐立春，黄利军，张文强（中国航发北京航空材料研究院，北京100095）摘要：对TC27钛合金采用两种不同粉末进行超音速火焰喷涂耐磨涂层，对比分析了不同粉末对耐磨涂层的显微组织、孔隙率、显微硬度、结合强度及弯曲性能的影响。

结果表明，采用Diamalloy2005NS（WC-17Co）制备的TC27钛合金耐磨涂层显微组织更均匀致密，孔隙率更小，仅为0.12%，显微硬度更高，达到1000HV0.3以上，且结合强度更高，弯曲性能好。

关键词：TC27钛合金；超音速火焰喷涂；耐磨涂层；孔隙率中图分类号：TG174.4文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2020.09.0321引言TC27钛合金[1]是北京航空材料研究院自主研发的一种新型高强高韧高淬透性近β型钛合金，主要应用于航空航天及兵器行业重要承力部件，但因其表面硬度低、耐磨性差，大大限制了其使用范围。

超音速火焰喷涂技术是近年来发展的一种热喷涂工艺[2-3]，可在钢、钛、铝零件表面制备致密度高、结合强度高的金属和金属陶瓷涂层，尤其在喷涂WC 高耐磨性能涂层方面具有极大的优势。

目前，国内外对热喷涂WC/Co系列涂层的研究最多，主要用于耐磨零件的保护层[4-6]。

本研究选用两种不同成分的WC/Co系列粉末，在TC27钛合金表面进行超音速火焰喷涂，制备耐磨涂层，对比分析了两种不同粉末对耐磨涂层微观结构及性能的影响。

2实验2.1实验材料基体材料为TC27钛合金，喷涂材料选用Diamalloy 2005NS（WC-17Co）和Metco5803[（WC12Co）-25（Ni Based Superalloy）]两种碳化钨粉末。

TC27钛合金超音速火焰喷涂WC-17Co耐磨涂层工艺研究摘要：本文主要研究了TC27钛合金超音速火焰喷涂WC-17Co耐磨涂层工艺。

通过对工艺参数和微观结构的分析，得出了一系列优化工艺参数的建议，以提高涂层的性能和耐磨性。

研究结果表明，采用优化工艺参数制备的涂层具有较好的耐磨性和耐热性，可以满足航空航天领域对高性能材料的需求。

1.引言TC27钛合金是一种具有优异机械性能和耐腐蚀性能的高性能合金材料，广泛应用于航空航天领域。

由于其本身的性能限制，TC27钛合金在高温、高速和高压等苛刻工作环境下容易出现磨损和腐蚀，因此需要采用表面涂层技术来提高其性能和使用寿命。

2.实验材料和方法本实验采用TC27钛合金作为基材材料，WC-17Co合金作为涂层材料。

TC27钛合金的化学成分主要由Ti、Al、V等元素组成，具有高强度、高韧性和耐腐蚀的优异性能。

WC-17Co 合金是一种常见的耐磨材料，具有高硬度、优异的耐磨性和耐热性能。

对TC27钛合金基材进行表面处理，包括喷砂、清洗和干燥等工艺步骤，以提高涂层与基材的结合力。

然后，采用超音速火焰喷涂技术，将WC-17Co合金喷涂到TC27钛合金表面，形成涂层。

在涂层形成后，对涂层的微观结构和性能进行分析和测试，评估其耐磨性和耐热性能。

3.实验结果与分析3.1 工艺参数优化在实验过程中，我们对超音速火焰喷涂的工艺参数进行了优化研究。

通过对喷涂距离、喷涂速度、喷涂温度等参数的调整，得到了一系列优化工艺参数。

通过对涂层的微观结构和成分进行分析，找到了一组最佳的工艺参数。

3.2 涂层微观结构分析利用扫描电子显微镜（SEM）和能谱仪等仪器对涂层的微观结构和成分进行了分析。

结果表明，采用优化工艺参数制备的涂层结合力强，涂层致密度高，结构均匀，成分均匀，没有明显的裂纹和氧化层，具有优异的性能。

3.3 涂层性能测试对涂层的硬度、耐磨性和耐热性能进行了测试。

结果表明，采用优化工艺参数制备的涂层硬度高，耐磨性好，耐热性能优异。