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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
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% K7 T. r1 p, N- x+ f2 ?7 p1 D 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,。
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" t" M, r3 A; q. [& T- h E 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] 。 1 I9 h: e6 n" Q$ Q0 m
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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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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] ,。 + D3 g5 z4 x# q+ P l: E1 q
7 }5 @' [( ?7 X* k- h 表 2 CH-2000 型 HVOF 典型涂層特性
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涂層 硬度 結(jié)合強(qiáng)度 + O! @( o; d; l2 x
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WC-17Co 1280Hv >65Mpa 2 P+ s" K- F' C& f: l
0 f4 \% e) b W! X6 J2 r5 @7 ZWC-12Co 1300Hv >65Mpa 0 c8 M* j3 r6 }- {/ }" j& |
+ T( c' u3 ~' }NiCrBSi(Ni60) 900 Hv >65Mpa ! H3 r" e1 q: m: x2 n
/ e4 g N* Y3 [. r( mCr 3 C 2 -NiCr 900 Hv >90Mpa 1 Y+ I( f7 B% p5 G p5 w+ P. K# \
, P4 w6 r' S/ U& S& q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,。( h+ M' t! ]9 O: T& [. P
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6 ~) V( x+ J- }6 ]4,、 HVOF WC-Co涂層的耐磨損性能
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3 z' x% K2 a) z8 A4.1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,。3 M( ]7 m3 `; s. A; x8 }$ x5 x" l
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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。 6 Z3 D M. A, e2 t0 F8 |
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圖 1噴涂條件對WC-17Co涂層磨損量的影響
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4.2粉末種類對涂層耐磨性能的影響 / i, n+ T5 P0 A9 G6 a( }2 s- v
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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],。4 Z3 V0 d5 E8 L! ?6 I0 ~. s1 ^
! Q" D! o! W. }0 n; q0 D7 j( y" f 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]。2 W/ v, }8 `% ?) m# Z7 K, J
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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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2 f6 f( H+ s ]+ @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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\8 N. z% `$ q, `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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1 |4 C" W" i8 R2 R2 R* ~公稱成分 WC-12Co WC-12Co WC-17Co WC-18Co
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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1 R4 v4 r% z# o; u- a7 k0 X8 b
2 ]$ H, t8 ?& O3 r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 2 i1 ~5 ^% |1 p- c, z/ Q4 y
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磨損量( mg ) 14 6 10 19
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4 }2 ~5 s# V0 ?. B7 C8 v+ C5,、 HVOF 涂層與其它方法制備的涂層的性能比較 ! T) @; M) c7 Y; i
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5.1 與其它熱噴涂方法的比較
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e3 M. c' r+ WHVOF 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,。
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* p2 E3 D; ]# y8 m, ~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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成分 WC-12Co WC-27NiCr Cr WC-13Co . ^( n: F6 e1 C u; t) N: c
$ ~ T% v# C# M硬度( Hv 0.3 ) 1100~1270 1000~1100 800~900 1100~1200% A) M0 C8 ]' D! _
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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),。
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7 p; _1 Q9 W& D2 q+ O% Z; c1 ^5 Y 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。 4 n% r1 d3 _; Y7 {
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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)。
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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,。
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9 }7 W5 w: f+ N3 N, h# K 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 V9 |! t! v, Q2 }3 `& O9 j* J5.2 HVOF涂層與火焰噴焊層
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* M: o) g" i7 R' ] 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],。" V+ Y9 ~7 z" o$ R
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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。 W# t4 G; P2 ?. s( F
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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,。 " v, F3 s0 V2 C0 V) v/ j
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5.3 HVOF 涂層與電鍍硬鉻層 % V7 R7 K9 y9 Q- Q8 P
1 K: L6 k3 H6 w8 t8 _4 a2 V" q 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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5 _% b) D2 d' Z, t2 F 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,。 ! Y. Z6 I q4 g; E, v
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! ^' {1 @" S) g# { 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,。
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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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