稀土改性热喷涂WC/12Co涂层的制备及表征

论文摘要

本课题采用超音速火焰热喷涂技术在45#钢表面制备不同CeO2添加剂含量的WC/12Co金属陶瓷涂层,通过试验分析来研究其组织结构及力学性能,阐明稀土元素对该系涂层的改性规律,寻找最佳稀土添加剂含量。根据试验进程及前期试验结果,课题的研究内容分成两个阶段,即涂层成分初选试验和最终对比试验。前一阶段应用国产的超音速火焰喷涂设备制备了稀土含量分别为0wt.%、0.5wt.%、1.0wt.%、1.5wt.%、2.0wt.%的五种WC/12Co涂层进行初选试验。对五种初选涂层进行了物相分析,并测试了气孔率、硬度及摩擦磨损性能。结果表明:由于试验设备和操作技术的限制,涂层气孔率普遍较高,导致硬度与耐磨性低下。但尽管如此,五种涂层均未出现明显的脱碳现象,并且随着CeO2添加量的增加,涂层硬度呈现先增加后稍有下降的趋势,磨损失重量呈现不断下降的趋势,说明稀土对涂层有明显的改性作用。为进一步寻找稀土加入的最佳含量,初步选定添加量为1.5wt.%、2.0wt.%的两种综合性能较好的涂层与未添加稀土的涂层进行最终对比试验。第二阶段采用国外进口的超音速火焰喷涂设备制备了稀土添加量为0wt.%、1.5wt.%、2.0wt.%的三种涂层,并对三种涂层进行了物相分析、显微组织分析、气孔率及力学性能测试。对三种涂层的XRD物相分析表明,稀土元素的加入有效抑制了WC的脱碳,故涂层未出现明显的氧化脱碳现象。对三种涂层显微组织分析表明,涂层的致密度相对较高,涂层具有明显的层状结构,呈现块状的WC颗粒在粘结相Co中的弥散分布状态,稀土元素的加入抑制了晶粒长大,细化了显微组织;界面结合处的显微组织分析表明,涂层与基体的结合较好;涂层结合处的线扫描分析结果表明,WC、Co和CeO2在涂层中分布均匀,未出现明显的偏聚现象。力学性能测试结果表明:较之于不添加稀土的W′0涂层,两种经稀土改性的WC/12Co涂层的力学性能均有明显提高,尤其是添加量为1.5wt.%的W′3涂层,其显微硬度提高了42%,弹性模量提高了14.9%,结合强度提高了9.4%;对三种涂层进行了摩擦磨损试验及盐雾腐蚀试验。摩擦磨损试验结果表明,稀土添加量为1.5.wt%的W′3涂层具有较好的耐磨性,粘结相的犁削和硬质相的剥落是主要的磨损机制;盐雾腐蚀结果表明,W′3涂层表面存在较少的腐蚀坑,具有较好的耐蚀性能。综上所述,从最终对比试验中所研究的三种成分涂层的综合性能对比来看,CeO2在WC/12Co涂层中的添加量为1.5wt.%时最优。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 表面工程技术
• 1.2 热喷涂
• 1.2.1 热喷涂原理
• 1.2.2 热喷涂工艺
• 1.3 超音速火焰喷涂法
• 1.3.1 超音速火焰喷涂的发展及原理
• 1.3.2 超音速喷涂的工艺控制
• 1.4 WC/Co金属陶瓷涂层
• 1.5 稀土改性涂层
• 1.6 主要研究内容
• 1.7 试验流程
• 第2章 试验材料及试验方法
• 2.1 喷涂喂料粉的物理性能
• 2.1.1 WC的性质
• 2.1.2 Co的性质
• 2的性质'>2.1.3 CeO₂的性质
• 2.1.4 WC-Co复合粉末
• 2.2 涂层材料及成分设计
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 超音速火焰喷涂试验
• 2.4 显微组织结构分析方法
• 2.4.1 X射线衍射物相分析
• 2.4.2 显微组织分析
• 2.5 气孔率测试方法
• 2.6 涂层力学性能测试方法
• 2.6.1 硬度测试方法
• 2.6.2 弹性模量测试方法
• 2.6.3 结合强度测试方法
• 2.7 摩擦磨损及盐雾腐蚀性能测试方法
• 2.7.1 摩擦磨损试验测试方法
• 2.7.2 盐雾腐蚀性能测试方法
• 第3章 涂层成分初选试验
• 3.1 引言
• 3.2 XRD物相分析
• 3.3 气孔率的测定
• 3.4 涂层硬度测试
• 3.5 摩擦磨损性能的测试
• 3.6 本章小结
• 3.7 初选结果
• 第4章 涂层的组织结构及性能表征
• 4.1 引言
• 4.2 XRD物相分析
• 4.3 涂层的显微组织分析
• 4.3.1 涂层截面的SEM分析
• 4.3.2 涂层结合处的SEM分析
• 4.4 涂层气孔率的测试
• 4.5 涂层常规力学性能测试
• 4.5.1 显微硬度
• 4.5.2 弹性模量
• 4.5.3 结合强度
• 4.6 本章小结
• 第5章 涂层的摩擦磨损性能与盐雾腐蚀性能
• 5.1 引言
• 5.2 摩擦磨损性能
• 5.3 盐雾腐蚀性能
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢