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表面技术第53卷第7期基于硬质WC涂层的不同摩擦副间的摩擦磨损特性及损伤机制研究王晓霞1，陈杰1，郝恩康1*，刘光1*，崔烺1，贾利1，魏连坤1，郝建洁1，曹立军1，安宇龙2（1.中国兵器科学研究院宁波分院，浙江 宁波 315103；2.中国科学院兰州化学物理研究所 固体润滑国家重点实验室，兰州 730000）摘要：目的探究硬质WC-12Co涂层与摩擦副间的力学性能、摩擦磨损特性的对应关系。
方法采用超音速火焰喷涂（HVOF）技术制备WC-12Co硬质涂层，利用SEM、XRD、EDS等分析涂层的微观形貌、物相组成和元素分布规律等，研究该涂层与不同对偶配副的摩擦学性能及摩擦磨损机理等。
结果采用HVOF技术制备的WC-12Co涂层中各元素及物相分布均匀，涂层的显微硬度约为1 103.8HV0.3，纳米硬度约为20.47 GPa。
涂层和不同对偶配副的干摩擦因数均在0.80以上，磨损率在10−6 mm3/(N·m)量级，其中与Al2O3对偶球配副时摩擦因数（约0.81）最低，与WC-6Co对偶球配副时摩擦因数（约0.85）最大，在与Al2O3配副时磨损率最大，约为11.09×10−6 mm3/(N·m)，与GCr15配副时磨损率最小，约为1.60×10−6 mm3/(N·m)。
结论硬质WC-12Co涂层致密均匀，其力学性能优异，与不同材质对偶球配副时其磨损机制有所不同，导致摩擦副间的摩擦因数和磨损率略有差异，但其耐磨性均良好，可以根据实际应用工况特点选择不同的摩擦副，以保证硬质碳化钨涂层的安全稳定长效服役。
关键词：WC-12Co涂层；超音速火焰喷涂；摩擦副；力学性能；摩擦学性能中图分类号：TG174.442 文献标志码：A 文章编号：1001-3660(2024)07-0076-09DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2024.07.008Friction and Wear Behaviors and Damage Mechanisms ofDifferent Friction Pairs Based on Hard WC CoatingWANG Xiaoxia1, CHEN Jie1, HAO Enkang1*, LIU Guang1*, CUI Lang1,JIA Li1, WEI Liankun1, HAO Jianjie1, CAO Lijun1, AN Yulong2(1. Chinese Weapons Science Academy Ningbo Branch, Zhejiang Ningbo 315103, China; 2. State Key Laboratory ofSolid Lubrication, Lanzhou Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China)ABSTRACT: The WC-12Co metalloceramic coating is regarded as the ideal choice to improve the wear resistance of engineering components. However, the friction and wear characteristics of the coating are not only related to its structure and收稿日期：2023-04-10；修订日期：2023-10-09Received：2023-04-10；Revised：2023-10-09基金项目：国家自然科学基金（52205223）；内蒙古自治区自然科学基金（2022QN05019）；宁波市自然科学基金（2022J316）Fund：National Natural Science Foundation of China (52205223); Natural Science Foundation of Inner Mongolia Municipality (2022QN05019); Natural Science Foundation of Ningbo City (2022J316)引文格式：王晓霞, 陈杰, 郝恩康, 等. 基于硬质WC涂层的不同摩擦副间的摩擦磨损特性及损伤机制研究[J]. 表面技术, 2024, 53(7): 76-84.WANG Xiaoxia, CHEN Jie, HAO Enkang, et al. Friction and Wear Behaviors and Damage Mechanisms of Different Friction Pairs Based on Hard WC Coating[J]. Surface Technology, 2024, 53(7): 76-84.*通信作者（Corresponding author）第53卷第7期王晓霞，等：基于硬质WC涂层的不同摩擦副间的摩擦磨损特性及损伤机制研究·77·components, but also closely associated with the friction pairs and working conditions. Thus, the work aims to expound the relationship between the mechanical and tribological properties of the hard WC-12Co coating sliding with different friction pairs. In this work, the WC-12Co coating was prepared by the high velocity oxygen fuel (HVOF) spraying technology, and then its morphology, phase composition and element distribution were analyzed by SEM, XRD and EDS. Meanwhile, the tribological properties and friction and wear mechanism of the coating sliding against three different coupled balls of GCr15 stainless steel, WC-6Co and Al2O3 were studied as well. Moreover, the friction and wear mechanisms were analyzed from the evolution of microstructure, mechanical properties and phase components.The elements and phases of WC-12Co coating prepared by HVOF technology were evenly distributed. The interior of the coating was uniform and compact with an average porosity of (2.86±0.16)%, while the near-surface layer was loose. This was caused by the tamping effect because of subsequent particles compacting the previous deposited particles. In addition, there wasa slight decarbonization during deposition proved by the presence of W3C phase in the coating. The WC-12Co coating had amicrohardness of about 1 103.8HV0.3, and a nano-hardness of about 20.47 GPa. According to the order of GCr15 stainless steel, WC-6Co and Al2O3, the microhardness, contact stiffness, nano hardness, elastic modulus and resilience of the coupled balls gradually increased, while the mechanical properties of the coating were slightly less than the values of the WC-6Co coupled ball. The dry coefficient of friction (COF) of WC-12Co coating sliding against different friction pairs was above 0.80, and the wear rate (WR) was in the order of 10−6 mm3/(N·m). The lowest COF was about 0.81 when the coating slid against alumina ball, and the highest COF was about 0.85 when the coating slid against tungsten carbide ball. The coating had the highest WR(11.09×10−6 mm3·N−1·m−1) coupled with aluminum oxide ball, and the lowest WR (1.60×10−6 mm3·N−1·m−1) coupled withGCr15 steel ball. Due to the low hardness and large plasticity of GCr15 stainless steel ball, the transfer film was easy to form and adhere to the coating surface during friction, appearing typical abrasive wear and adhesive wear characteristics. The mechanical properties of WC-6Co ball and coating were approximate, and there were no typical signs of abrasive wear or adhesive wear. The alumina would appear moisture absorption phenomenon in the air, and the formation of intermediate products could play a lubricant effect to reduce the COF. However, the hardness of Al2O3 ball was very high, and it was easy to wear the softer one of the friction pairs, so the wear rate of the coating was the largest. Besides, the tribochemical reactions of the coating sliding against different coupled balls were roughly the same.In general, the WC-12Co coating is dense and uniform with excellent mechanical properties. Although the COF and WR of the coating are slightly different due to the wear mechanism difference with different coupled balls, the wear resistance of the hard WC-12Co coating is very excellent. The various friction pairs can be selected according to the characteristics of the actual application conditions, so as to ensure the safe, stable and long-term service of the hard WC-12Co coating.KEY WORDS: WC-12Co coating; HVOF spraying; friction pairs; mechanical properties; tribological properties履带行动系统（如主动轮齿圈、履带连接环等“四轮一带”运动摩擦部件）具有高速重载的典型特征，互相接触的运动部件之间通常伴随着磨损的产生，这是导致相应部件损伤失效的重要因素[1-3]。
第7卷 第2期 热 喷 涂 技 术V ol.7, No.22015年6月 Thermal Spray Technology Jun., 2015干冰冲击在超音速火焰喷涂厚WC-Co 涂层中的应用Ｓ．Ｄｏｎｇ，Ｂ．Ｓｏｎｇ，Ｂ．Ｈａｎｓｚ，Ｈ．Ｌｉａｏ，Ｃ．Ｃｏｄｄｅｔ，Ｂｅｌｆｏｒｔ／Ｆｒａｎｃｅ摘要：超音速火焰喷涂过程中产生的残余应力会限制涂层的厚度。
在研究中，为了获得高质量WC-Co 厚涂层，在超音速火焰喷涂过程中采用了干冰冲击技术，这主要是由于干冰冲击对涂层产生了高效冷却和机械锤平。
本研究采用X 射线衍射，扫描电镜和能谱能对粉末和涂层得微观结构和相分布进行表征。
此外，本文对涂层的硬度、抗滑动摩擦等性能也进行了研究。
最后我们得出结论，干冰冲击能有效地细化晶粒尺寸，提高涂层硬度，致密度和抗滑动摩擦性能。
本研究采用超音速火焰喷涂和干冰冲击联合的工艺方法喷涂WC-Co 粉末，以提高冷却效率和喷涂过程中的类喷丸效应。
该方法也可以用来制备厚的WC-Co 涂层。
本文还研究了涂层的微观组织、相组成和摩擦磨损性能。
关键词：干冰冲击；超音速火焰喷涂；厚WC-Co 涂层中图分类号：TG174.4 文献标识码：A 文章编号：1674-7127（2015）06-0011-07 DOI 10.3969/j.jssn.1674-7127.2015.02.011Application of Dry-ice Blasting in High Velocity Oxy-fuel Process for Deposition of Thick WC-Co CoatingZ.Dong ，B.Song ，B.Hansz ，H.Liao ，C.Coddet ，Belfort/FranceAbstract ：The residual stresses arising during High Velocity Oxy-Fuel(HVOF) thermal-spraying process usually limit the building up of thick coatings. In this work, dry-ice blasting was combined to HVOF process to deposit high quality thick WC-Co coatings, since it induces to efficient cooling and mechanical peening, etc. Several techniques, including X-ray diffraction, scanning electron microscopy, and energy dispersive spectroscopy, were used to characterize the microstructures and phase distribution of the powders and coatings. In addition, mechanical properties such as hardness and sliding wear resistance were investigated. HVOF sprayed WC-Co coating using dry-ice blasting is characterized by compact construction, grain refinement, high hardness as well as outstanding sliding wear resistance.Keywords ：Dry-ice blasting ；High Velocity Oxy-fuel Process ；Thick WC-Co coating译者简介：曾瑞霖（1986-），湖南耒阳人，博士，工程师. Email ：zrl1708@WC-Co 涂层由于其出色的韧性和硬度被广泛应用于部件的耐磨防护。
试分析船舶机械中WC-12Co金属陶瓷涂层性能发表时间：2020-07-09T07:04:19.987Z 来源：《科技新时代》2020年4期作者：危安[导读] 本文采用HVOF工艺对多峰结构与亚微米结构涂层进行制备，并分别对三种涂层的结构形貌、相结构与显微硬度进行分析。
通过开展磨损试验探究多峰涂层磨损原理。
试验结果表明，30%纳米WC-12CO制备的多峰涂层的WC氧化脱碳度最低，显微硬度最高；50%纳米多峰涂层耐磨性最佳，可在船舶机械领域得到广泛应用。
危安中交广州航道局有限公司广东广州 510000摘要：本文采用HVOF工艺对多峰结构与亚微米结构涂层进行制备，并分别对三种涂层的结构形貌、相结构与显微硬度进行分析。
通过开展磨损试验探究多峰涂层磨损原理。
试验结果表明，30%纳米WC-12CO制备的多峰涂层的WC氧化脱碳度最低，显微硬度最高；50%纳米多峰涂层耐磨性最佳，可在船舶机械领域得到广泛应用。
关键词：船舶机械；WC-12Co涂层；性能试验引言：在普通基体表面制备方面，通常采用表面工程技术，可制备出品质优良、耐高温、耐腐蚀的涂层，在船舶设备制造与维修等领域得到广泛应用。
在该技术研究中，由HVOF工艺制备出的WC-12CO涂层在硬度、孔隙率等方面具有较大优势，可在船艉、泵轴套、柱塞等零件中得到广泛应用。
1WC-12Co金属陶瓷涂层简介WC-12CO金属陶瓷在硬度与耐磨性方面具有较大优势，经常作为整体和表面强化材料而应用。
该涂层受硬质相颗粒大小、分布情况、含量等因素影响，细小碳化物颗粒的涂层可达到良好的耐磨需求。
WC-12CO作为一种该金属陶瓷作为耐磨硬质合金涂层材料，在诸多领域得到广泛应用。
其制备方法为等离子喷涂、爆炸喷涂、高速火焰喷涂（HVOF）等方式。
该涂层结构受多种因素影响，包括粉末结构、工艺参与、喷涂方式等等。
在HVOF技术应用中，等离子喷涂的方式难以满足现实需求，而HVOF技术中涂层的耐磨性能更具优势，现已逐渐取代等离子喷涂的地位[1]。
超音速火焰喷涂WC-CoCr和WC-Ni涂层在NaCl溶液中的腐蚀行为李佳荟;靳露露;师玮;洪晟;吴玉萍【摘要】利用金相显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪等,分析了超音速火焰喷涂WC-CoCr和WC-Ni金属陶瓷涂层的物相组成和显微结构.通过电化学工作站测试了涂层在3.5%(质量分数)NaCl溶液中的动电位极化曲线和奈奎斯特阻抗谱,并与镀铬层进行了对比.结果表明:该涂层由WC硬质相和金属黏结相组成,组织均匀致密无分层,孔隙率低于1.5%;在NaCl溶液中的耐腐蚀性能从高到低依次为WC-CoCr 涂层、WC-Ni涂层、镀铬层;超音速喷涂涂层组织致密,Cl-难以穿透涂层,因此其耐腐蚀性能较高;添加少量的铬可以促使CoCr合金黏结相表面形成钝态膜,因而WC-CoCr涂层的耐腐蚀性能优于WC-Ni涂层的.%The phase composition and microstructure of high velocity oxygen fuel (HVOF) sprayed WC-CoCr and WC-Ni cermet coatings were analyzed by metallographic microscope, scanning electron microscope, X-ray diffractometer and so on.The potentiodynamic polarization curves and the Nyquist impedance spectra of the coatings in 3.5% (mass fraction) NaCl solution were measured by electrochemical workstation and compared with those of the chromium layer.The results show that: the coatings consisted of WC hard phase and metal binder phase, with a homogeneous and dense microstructure and porosity less than 1.5%;in NaCl solution, the corrosion resistance from high to low was that of WC-CoCr coating, WC-Ni coating, chromium layer;the structure of the HVOF coatings was dense, which prevented the coatings from Cl-, thus the corrosion resistance of the coatings was better;theaddition of a little chrome promoted the formation of a passive film on the surface of CoCr binder phase, thus the corrosion resistance of WC-CoCr coating was better than that of WC-Ni coating.【期刊名称】《理化检验-物理分册》【年(卷),期】2017(053)003【总页数】7页(P151-156,160)【关键词】超音速火焰喷涂;金属陶瓷涂层;显微结构;耐腐蚀性能【作者】李佳荟;靳露露;师玮;洪晟;吴玉萍【作者单位】河海大学力学与材料学院, 南京 211100;河海大学力学与材料学院, 南京 211100;河海大学力学与材料学院, 南京 211100;河海大学力学与材料学院, 南京 211100;材料腐蚀与防护四川省重点实验室, 自贡 643000;河海大学力学与材料学院, 南京 211100【正文语种】中文【中图分类】TG174.44超音速火焰(High Velocity Oxygen Fuel，HVOF)喷涂技术采用燃气与氧气的燃烧作为热源，与等离子热源相比，具有温度低、速率高的特点，在涂层的喷涂过程中抑制了合金的氧化分解[1]；且涂层与基体的结合强度高，提高了涂层材料的力学性能；同时致密的结构抑制了腐蚀介质侵入，提高了涂层的耐腐蚀性能。
超音速火焰喷涂WC-10Co-4Cr涂层的性能表征陈志坤;张忠诚;朱晖朝;黄健;陈焕涛;吴健;倪伟邦【摘要】采用ID‐HVAF和HVAF工艺制备了WC‐10Co‐4Cr涂层，同时对涂层结构、硬度及耐磨性等性能进行了对比研究．研究结果表明，ID‐HVAF工艺喷涂的WC‐10Co‐4Cr涂层组织致密均匀，涂层硬度（HV0．3）为1110，与基体的结合强度高，与HVAF工艺制备的WC‐10Co‐4Cr涂层的性能相接近，但涂层磨损量较大．实践表明，ID‐HVAF工艺所制备的涂层能满足内孔应用的要求．%WC‐10Co‐4Cr Coatings was sprayed by ID‐HVAF and HVAF methods respectively ,and then characterized through microstructure ,hardness and wear resistance .WC‐10Co‐4Cr coating deposited by ID‐HVAF was dense and coating structure uniformly distributed ,high hardness (HV0 .3=1110)and high bonding strength with the substrate were achieved . These coating properties were similar to coating sprayed by HVAF except that the coating wear resistance is worse than that of the coating sprayed by HVAF .The results show that WC‐10Co‐4Cr coating by ID‐HVAF method meets the requiremen ts for in‐ternal diameter application .【期刊名称】《材料研究与应用》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】5页(P237-241)【关键词】内孔超音速火焰喷涂;组织结构;耐磨性【作者】陈志坤;张忠诚;朱晖朝;黄健;陈焕涛;吴健;倪伟邦【作者单位】广东省工业技术研究院广州有色金属研究院，广东广州 510650;广东省工业技术研究院广州有色金属研究院，广东广州 510650;广东省工业技术研究院广州有色金属研究院，广东广州 510650;广东省工业技术研究院广州有色金属研究院，广东广州 510650;广东省工业技术研究院广州有色金属研究院，广东广州 510650;广东省工业技术研究院广州有色金属研究院，广东广州 510650;广东省工业技术研究院广州有色金属研究院，广东广州 510650【正文语种】中文【中图分类】TG174.442超音速火焰喷涂工艺可在工件表面制备耐磨、耐腐蚀涂层，能够大幅度提高工件的使用寿命，目前广泛应用于航空航天、石油化工、汽车、船舶、冶金及造纸等行业中[1-5].超音速火焰喷涂的喷距较远，枪体较大，一般只能用于工件外表面及较大直径的工件内表面的涂层制备，无法对中小孔径的内表面进行喷涂.内孔热喷涂具有喷涂距离短、功率小、枪体紧凑的特点，能够在如缸套、缸体等深内孔工件内表面制备耐磨、耐腐蚀涂层[6-13].内孔超音速火焰喷涂(ID-HVAF)与常规超音速火焰喷涂(HVAF)在设计和应用上的差别，使得所制备涂层的组织及性能产生一定的不同.本文采用ID-HVAF和HVAF 工艺制备WC-10Co-4Cr涂层，并对两种工艺所制备的WC-10Co-4Cr涂层的组织结构和涂层性能进行分析，从而为ID-HVAF喷涂的应用提供依据.1 试验部分1.1 试样试样的基体材料为304不锈钢钢板.喷涂前用丙酮对试样表面进行清洗除油，以及喷砂处理.喷砂砂粒为24号棕刚玉，喷砂压力为0.4 MPa.WC-10Co-4Cr喷涂粉末粒度为5～30 μm，粉末成份列于表1，粉末的显微形貌如图1所示.表1 喷涂粉末的化学组成成分Table 1 Chemical compositions of the spraying powders粉末含量w/%CoCrFeCOWWC-10Co-4Cr9.94<0.15<0.1余量图1 WC-10Co-4Cr粉末形貌图Fig.1 Micrograph of the WC-10Co-4Cr powder1.2 方法内孔超音速火焰喷涂采用AK04喷枪，超音速火焰喷涂采用AK07喷枪，二者均为为美国Kermetico公司的产品.ID-HVAF喷枪的功率约为38 kW，HVAF喷枪的功率约为200 kW.超音速火焰喷涂参数列于表2.表2 超音速火焰喷涂参数Table 2 Spray parameters of ID-HVAF and HVAF工艺空气压力/MPa丙烯压力/MPa氢气流量/(m3·h-1)氮气流量/(m3·h-1)送粉率/(g·min-1)喷涂距离/mm走枪速度/(mm·s-1)ID-HVAF0.690.6730304050800HVAF0.600.673030110150800在GP-TS2000M型万能试验机上进行杯突和结合强度的测试，杯突样品的涂层厚度为0.08～0.1 mm，样品杯突规格为76 mm×44 mm×1.3 mm，用Ф20 mm 的钢球，以6 mm/min的速度向杯突板无涂层面压入10 mm的深度，压完后观察突出部分的表面情况.结合强度样品的涂层厚度为0.2 mm，按照标准ASTMC633进行结合强度的测试.涂层的耐磨性在NUS-ISO3型磨耗试验机上进行，使用320号SiC砂纸带，压力为30 N，往复速率为40次/min.砂纸轮转动一次的角度为0.9 °，转动一周样品即往复磨损400回，磨损完成一遍后用压缩空气吹干样品表面，用精度为0.1 mg的分析天平测量一次磨损失重，每个样品磨损10遍，以计算其磨损失重的平均值.用Leica DMIRM金相显微镜和JSM5910 SEM扫描电子显微镜观察涂层组织的形貌，用D/MAX-RC型X射线衍射仪对涂层的物相成分进行表征，用MH-5D数字维氏显微硬度计测量涂层的显微硬度.2 结果与分析2.1 组织结构图2为WC-10Co-4Cr涂层的形貌图.从图2可以看出，涂层组织细密、均匀，界面连续、无污染物，涂层内部无裂纹、夹杂等组织缺陷.对涂层的气孔率及硬度进行测定，ID-HVAF喷涂的WC-10Co-4Cr涂层的气孔率为0.8%，涂层显微硬度(HV0.3)平均值为1110；HVAF喷涂的涂层的气孔率为0.5%，涂层显微硬度(HV0.3)平均值为1294.由此可见，ID-HVAF制备的涂层与HVAF制备的涂层的组织结构相近，但硬度稍低.图2 WC-10Co-4Cr涂层金相图(a)ID-HVAF喷涂；(b)HVAF喷涂Fig.2 Optical microstructure of the WC-10Co-4Cr coatingHVAF喷涂的WC-10Co-4Cr涂层不仅组织结构致密均匀，而且硬度高，耐磨、耐腐蚀性能和涂层韧性均较好，是目前广泛使用的耐磨涂层制备技术[14-15].与HVAF喷枪相比，ID-HVAF喷枪的功率低、喷距短，喷涂的WC-10Co-4Cr涂层硬度略低、孔隙率略高，涂层组织结构不如超音速火焰喷涂的好.但内孔超音速火焰喷涂的WC-10Co-4Cr涂层的组织形貌及涂层硬度已经与HVAF喷涂的WC-10Co-4Cr涂层非常接近，表明ID-HVAF喷涂的WC-10Co-4Cr涂层也具有相对优异的涂层性能.用Spraywatch系统对喷涂粉末颗粒进行测温、测速，ID-HVAF工艺的粉末颗粒速度约500 m/s，平均温度约为1700 ℃，而HVAF工艺的粉末颗粒速度约为560 m/s，温度约1450 ℃.由此可见，ID-HVAF工艺的粉末颗粒速度比HVAF的稍低，但温度显著高于HVAF的，这是为了保证在较短的喷距情况下，粉末颗粒能达到合适的受热状态.2.2 相分析图3为WC-10Co-4Cr涂层的XRD能谱图.从图3可以看出：两种方法喷涂的WC-10Co-4Cr涂层都是以WC相为主；ID-HVAF制备的涂层中的W2C峰值强度相对较高，这是由于内孔喷枪的粒子温度较高，涂层脱碳相对较严重；HVAF制备的WC-10Co-4Cr涂层中除了有脱碳产生的W2C相以外，还出现少量的Co3W3C相.这是由于ID-HVAF枪体设计极为紧凑，没有HVAF那样较长的喷涂距离和加热距离，燃烧室和枪嘴都较为短小.为了使粒子能够更好的熔化，只能以增大能量密度的方式，使粒子在极短的时间内迅速熔化.这一方面能够使粉末粒子在极短时间内熔化，极大改善涂层中容易产生未熔颗粒的问题，增加涂层致密度；另一方面，熔融粒子温度较高，也会加剧脱碳现象.图3 WC-10Co-4Cr涂层XRD能谱图Fig.3 XRD patterns for WC-10Co-4Cr coating2.3 涂层韧性采用压痕法测量两种涂层的断裂韧性，计算公式为[16]：式中Kc为断裂韧性值，MPa·m1/2；P为载荷力，mN；a为半压痕对角线长，μm；c为压痕中心到裂纹间断距离，μm.测得ID-HVAF喷涂的WC-10Co-4Cr涂层的断裂韧性值为2.52 MPa·m1/2，HVAF的断裂韧性值为4.5 MPa·m1/2.图4为喷涂WC-10Co-4Cr涂层的杯突形貌图.从图4可以看出， ID-HVAF喷涂的WC-10Co-4Cr涂层的杯突表面整体连续均匀，只有可见的龟裂，无涂层剥离现象，这说明ID-HVAF喷涂的WC-10Co-4Cr涂层韧性较好.图4 WC-10Co-4Cr涂层的杯突形貌图(a)ID-HVAF喷涂；(b)HVAF喷涂Fig.4 Erichsen test images of the WC-10Co-4Cr coating2.4 结合强度图5为涂层结合强度的测试数据.从图5可以看出，ID-HVAF涂层的结合强度与HVAF的结果相近.说明ID-HVAF和HVAF喷涂的WC-10Co-4Cr涂层均具有较好结合强度.观察断口形貌可以发现，在结合强度测试过程中，断裂位置均为胶粘接的位置，涂层本身没有断裂，说明涂层内、涂层与基体的结合力均在测试数值之上，涂层的结合强度性能较好.图5 WC-10Co-4Cr涂层结合强度比较图Fig.5 Histogram of bond strength of the WC-10Co-4Cr coating2.5 耐磨性分析图6为AK04-ID-HVAF内孔喷枪和AK07-HVAF超音速火焰喷涂所制备的WC-10Co-4Cr涂层的磨损失重分析图.从图6可以看出， HVAF喷涂的WC-10Co-4Cr涂层磨损量仅为ID-HVAF喷涂的WC-10Co-4Cr涂层磨损量的55.7%.ID-HVAF喷涂涂层的磨损量较大，说明其耐磨性能相对于HVAF涂层的差.这是由于ID-HVAF内孔喷涂功率较小、喷距短，粒子在喷枪焰流中的加热时间短，与HVAF相比，熔融粒子的温度较高、速度较低，涂层致密度及结合性能较低，涂层硬度也较低.在摩擦磨损过程中，磨粒首先磨掉Co和Cr粘结相，然后使得WC颗粒脱离涂层表面，脱落的WC粒子不参与磨损.在砂带的继续磨损下，下层的WC粒子能够继续起到耐磨硬质点的作用.显微硬度和涂层致密度是造成涂层耐磨性能差别的两个主要因素.与HVAF喷涂的WC-10Co-4Cr涂层相比，ID-HVAF喷涂的WC-10Co-4Cr涂层的显微硬度较低，涂层的孔隙率较大，在摩擦磨损过程中磨损量较大，其耐磨性能较差.图6 摩擦磨损试验磨损量比较图Fig.6 Wear weight loss of the ID-HVAF and HVAF WC-10Co-4Cr coating 目前，工件内表面喷涂采用ID-HVOF喷涂碳化钨涂层，其硬度(HV0.3)约为900～1000、孔隙率1%～3%[12].与ID-HVOF喷涂的碳化钨涂层比较，ID-HVAF喷涂的涂层硬度高、孔隙率低，耐磨性更有显著优势.3 结论(1) 内孔超音速火焰喷涂的功率较低、喷涂距离较短，结构紧凑，其焰流速度较HVAF喷枪低，熔融粒子温度较HVAF喷枪高.(2) 内孔超音速火焰喷涂WC-10Co-4Cr涂层致密均匀，孔隙率较低，呈现出和HVAF喷涂的WC-10Co-4Cr涂层组织相近似的组织结构.(3) 内孔超音速火焰喷涂WC-10C0-4Cr涂层的涂层硬度、涂层韧性和涂层耐磨性能方面较HVAF喷涂的WC-10Co-4Cr涂层略低.【相关文献】[1] YUMIBA N.热喷涂工业与应用趋势[J].热喷涂技术，2010(2)：7-12.[2] 周克崧.热喷涂技术替代电镀硬铬的研究进展[J].中国有色金属学报，2004，14(5)：182-190.[3] PAWLOWSKI L.The Science and engineering of thermal spray coatings[M].Beijing：China Machine Press， 2011.[4] 吴朝军，吴晓峰，杨杰，等.热喷涂在我国航天领域的应用[C]//第十二届国际热喷涂研讨会暨第十三届全国热喷涂年会论文集.广州：中国表面工程协会，2009：114-119.[5] 王刚，焦孟旺，李贺，等.热喷涂新技术在发动机减摩性能方面的应用和研究[J].表面技术，2014，43(1)：103-108.[6] 魏秋兰，邢亚哲.汽车发动机气缸热喷涂涂层的现状与发展[J].车用发动机，2012(10)：1-5.[7] 袁涛，屈轶，史萌，等.汽轮机超音速火焰喷涂NiCr-Cr3C2涂层[J].表面技术，2013，42(6)：63-65.[8] 刘明，王海军，韩志海，等.内孔等离子喷涂Ni45-15%Mo涂层与38CrMoAl渗氮层耐磨性研究[J ].中国表面工程，2007，20 (4)：47-50.[9] 宋进兵，代明江.热喷涂设备的发展[J ].电镀与涂饰，2009，11(28)：65-69.[10] 王海军，刘明，李绪强.内孔等离子喷涂装置与工艺研究[J].热喷涂技术，2011(3)：1-5.[11] 董晓强，张阳.等离子弧内孔喷涂在发动机气缸强化中的应用[J].焊接技术，2010，39：1-4.[12] MATTHAUS G，HENRY J，ACKERMANN D.Further developments in internal diameter HVOF application of WC-CoCr for hard chrome replacement in critical applications such as landing gear[C]//Thermal Spray 2009. 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486FO U N D R V工艺技术Vol.70 No.4 2021ZTA 15钛合金表面热喷涂WC -12CO 涂层的组织及性能金国栋1,游涛2，柴能2，徐卫龙2，李巍2，姚谦2，刘时兵2，王洪锋2(1.海装沈阳局，黑龙江齐齐哈尔161000; 2.沈阳铸造研究所有限公司，高端装备轻合金铸造技术国家重点实验室，辽宁沈阳110022)摘要：采用超音速火焰喷涂（HVOF )技术在ZTA 15钛合金表面喷涂W C -12C O 粉末，可以得 到较为致密的WC 硬质涂层。
通过XRD 分析发现，涂层内主要相为WC ,并伴随少量的W2C 和Co ;W 3C ,未发现Co 相的存在。
涂层与基体之间不存在过渡区，涂层内的组织之间为冶金 结合，涂层与基体之间为物理结合，并且涂层与基体之间的结合强度略高于涂层组织自身强 度。
涂层的显微硬度可达到HV 11 045,是ZTA 15钛合金显微硬度值的3倍。
涂层材料断口具有 脆性断口特征，涂层材料的强度和塑性均低于钛合金基体。
关键词：ZTA 15;热喷涂；WC -12C OZTA 15合金是一种综合性能优异的中高强度钛合金，具有良好的焊接性能、优异的耐腐蚀性能以及良好的强度、塑性配比m 。
近年来，随着钛合金材料制备技术和 加工技术的发展，钛合金提炼及加工成本大幅降低，钛合金在各行各业得到了广泛 的应用，尤其是在航空、航天以及海洋装备制造领域，大量的钛合金部件替代了传统的钢制部件。
但是ZTA 15合金同其他钛合金一样，其材料硬度较低、抗磨损性能较差，在同 其他材料的部件存在相对摩擦运动的工况下，钛合金易优先发生摩擦磨损，从而影 响工件的功能甚至带来失效风险[2—41。
因此，近年来钛合金表面改性技术一直是钛合 金应用方面的一个重点研究方向。
目前，常见的改善钛合金表面硬度及耐磨性的方 法有微弧氧化激光熔覆热喷涂[1M 31、离子渗氮[14~]、真空渗碳nw 71等等。
其 中热喷涂技术中的超音速火焰喷涂（HVOF )技术，是一种高效的表面处理方式，它 具有不影响基体组织和性能、涂层厚度范围宽、喷涂效率高的优点〜191。
第30卷第2期江苏理工学院学报JOURNAL OF JIANGSU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Vo l.30，No.2 Apr.，20242024年4月陶瓷涂层因其耐磨损、耐高温及耐腐蚀等优点，在海洋舰船、航空航天、能源运输、汽车装备等领域具有广泛的应用前景。
然而，单一物相的陶瓷涂层通常脆性较大、结构缺陷较多，在服役过程中易破裂和剥落，其应用受到限制[1]。
目前，陶瓷涂层的性能改善手段主要有优化制备工艺参数和多相添加。
通过添加其他相，可以在保持原物相优异性能的同时，使涂层拥有多种不同的性能，减少孔隙与微裂纹等缺陷含量，拓展其应用范围[2]。
氧化钛复合涂层是指将氧化钛颗粒与其他材料进行复合，由于氧化钛颗粒具有较好的流动性及相容性，因此，作为第二相添加至涂层中可以提高涂层的韧性、硬度、耐磨性和耐腐蚀性能[3]。
热喷涂技术是一种表面强化和修复技术，具有工艺简单、成本低、灵活性高等优点，被广泛应用于零件表面以提升其耐磨损、耐腐蚀、耐高温等性能[4-5]。
近年来，采用热喷涂技术制备氧化钛复合涂层获得了广泛关注，一些学者针对涂层相添加、粉体结构设计等方法，研究了不同复合涂层的综合服役性能及二氧化钛对涂层性能的影响机理。
本文根据氧化钛复合涂层使用的材料种类，将其分为氧化物复合涂层、碳及碳化物复合涂层。
基于此，分别从氧化钛复合涂层、氧化物复合涂层、碳及碳化物复合涂层的制备三个方面，系统综述了国内外在有关氧化钛陶瓷涂层耐磨、耐腐蚀性能强化方面的研究情况，并对氧化钛复合涂层的原理和性能优化方法进行了介绍与分热喷涂制备氧化钛复合涂层研究现状吴海东1，燕玉林2，崔方方1，丛孟启1，高祥涵1，楚佳杰1，韩冰源1（1.江苏理工学院汽车与交通工程学院，江苏常州213001；2.军事科学院战略评估咨询中心，北京100091）摘要：氧化钛复合涂层具有优异的耐磨、耐腐蚀性能，常用于关键机械零部件的表面防护。
超音速火焰喷涂WC-10Co-4Cr涂层的微观组织与摩擦磨损性能杨伟华;吴玉萍;洪晟;李佳荟;李柏涛【摘要】采用超音速火焰(High Velocity Oxygen Fuel,HVOF)喷涂技术在Q235钢基体上制备 WC-10Co-4Cr涂层.利用透射电子显微电镜、扫描电子显微电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、摩擦磨损试验机等手段对涂层的微观组织结构和摩擦磨损性能进行研究.结果表明:采用 HVOF喷涂技术制备的 WC-10Co-4Cr 涂层结构致密,与基体结合良好,孔隙率为0.67%.涂层中的物相以 WC 为主,此外还含有少量 W2C 相和非晶相.涂层的平均显微硬度为1230HV0.3.WC-10Co-4Cr涂层具有良好的耐摩擦磨损性能,累计磨损量(14.4mg)仅为 Cr12MoV 冷作模具钢的2/5.磨粒磨损为WC-10Co-4Cr涂层的主要磨损机制.%WC-10Co-4Cr coating was prepared on Q235 steel substrate by high velocity oxygen fuel (HVOF)spray process.The microstructure and wear properties of the WC-10Co-4Cr coating were in-vestigated by transmission electron microscopy(TEM),scanning electron microscopy(SEM),X-raydiffraction(XRD),microhardness tester and friction-abrasion testing machine.The results show that the coating exhibits dense structure with the porosity of 0.67% and compact bonding with the sub-strate.The coating is mainly composed of WC,and a small amount of W2C and amorphous phases as well,and the average microhardness of the coating is 1230HV0.3.The cumulative mass loss of WC-10Co-4Cr coating is only 2/5 of the cold work die steel Cr12MoV,which indicates the WC-10Co-4Crcoating exhibits better abrasive properties.The abrasive wear is the main wear mechanism for the coating.【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2018(046)005【总页数】6页(P120-125)【关键词】超音速火焰喷涂;WC-10Co-4Cr涂层;组织;摩擦磨损性能【作者】杨伟华;吴玉萍;洪晟;李佳荟;李柏涛【作者单位】河海大学力学与材料学院,南京211100;河海大学力学与材料学院,南京211100;河海大学力学与材料学院,南京211100;河海大学力学与材料学院,南京211100;河海大学力学与材料学院,南京211100【正文语种】中文【中图分类】TG174.44模具是工业生产中大量应用的消耗件之一。
WC-Co（Cr）超音速火焰喷涂粉末和涂层性能周伍喜;李玉玺;颜维;易长宾;杨再江【摘要】WC12Co, WC17Co, WC10Co4Cr coatings were prepared by super high velocity oxygen fuel spray with the same sprayed parameters using agglomerated and sintered WC12Co, WC17Co, WC10Co4Cr powders with particle size range of-45~+15μm. The properties of powders and coatings were characterized by means of optical microscopy, X-ray diffraction analysis, microhardness meter and so on. The results indicate that all powders exhibit good flow-ability (~13 s/50 g) and spherical morphologies and nearly the same apparent density(4.8~5.0 g/cm3);WC and Co phases are detected in all the powders; the microstructure and physical properties of all the powders are suitable for the spraying. High deposition efficiency (52%~55%) and Vickers microhardness (1 200~1 300 HV300 g), low porosity (<1.1%), are obtained for coatings; WC, W2C phase and amorphous or nanocrystalline phase were detected in all coatings; the results of abrasive wear rate show that WC10Co4Cr coating has the best abrasive wear resistance than other two coatings under the same spray parameter;WC10Co4Cr coating also has the best corrosion resistance in salt fog exposure.%采用喷雾造粒和真空烧结工艺制备粒度15~45μm 的 WC-12%Co(WC12Co)、WC-17%Co(WC17Co)、WC-10%Co-4%Cr(WC10Co4Cr)球形喷涂粉末，并采用超音速火焰喷涂(HVOF)法在同一喷涂参数下制备WC12Co, WC17Co, WC10Co4Cr涂层，应用金相显微镜、X-射线衍射仪、扫描电镜、显微硬度计等表征粉末和涂层的结构和性能。
2007年 9 月 川粤纳米技术新产品博览会论文集_______________________________收到初稿日期： ；收到修改稿日期： 基金项目： 作者简介：纳米WC-Co 喷涂粉末的研究石建华,李玉玺四川省自贡市 自贡硬质合金有限责任公司 (邮编643011)摘 要: 本文阐述了制备纳米WC-Co 喷涂粉末的一种方法，以纳米WC-Co 复合粉、微米WC 粉、超细Co 粉为原料，加入适当的添加剂，利用利用闭式循环离心喷雾干燥设备，在特殊的工艺参数（包括喷雾压力、固液比、离心转速、粘结剂加量）下，制成纳米WC-Co 团聚粉。
再利用特殊的烧结方式及后续处理制成满足热喷涂（主要是HVOF ）要求的具有纳米显微结构的喷涂粉末。
文章论述了该研究过程中的一些关键技术及其理论依据，同时对该研究制成的产品做了详细的检验分析，得出了利用该方法制成的纳米WC-Co 喷涂粉末在微观结构上具有纳米结构组织，同时在宏观上满足了热喷涂各项苛刻要求的结论。
关键词: 纳米WC-Co 喷涂粉末；热喷涂；喷雾干燥 中图法分类号： 文献标识码： 文章编号：1前言在上世纪90年代初，美国California-Irvine 大学的Lavernia 研究小组对纳米结构涂层进行了前瞻性的研究工作。
研究中的一个重要发现是金属粉末未完全熔融，原料粉的纳米结构在喷涂后仍保留在涂层中，这一发现给从事热喷涂陶瓷涂层材料研究工作者极大的启示[1-4]。
纳米材料涂层纳米结构可用来改善和提高涂层的性能，如低温延展性、强度、显微硬度、断裂韧性和抗热疲劳以及抗摩擦磨损性能，且使涂层可具有多种功能，从而大大提高表面薄膜、表面涂层、表面改性层的功效和性。
纳米结构涂层是纳米材料的重要应用途径之一。
纳米材料的两大特性可用于制备纳米结构涂层。
一是大量晶界的出现，它和涂层的物理和化学性能密切相关，如低温延展性、超塑性、高电导率、抗热震性和抗腐蚀性等;二是由于小尺寸效应，形成一些异常相[1-4]。
