超音速火焰喷涂WC-Co涂层性能研究

论文摘要

热喷涂碳化钨／钴金属陶瓷涂层,由于其具有极高的硬度、优越的耐磨性能和良好的韧性,广泛地应用于航空航天、汽车、冶金、电力、造纸等领域,以提高零部件表面的耐磨性能及修复磨损部位。然而WC-Co粉末在热喷涂过程中受热易脱碳分解,生成W2C、η相、微晶／非晶相,严重的甚至分解生成金属钨,这使得涂层的硬度、耐磨性能、断裂韧性大大降低。原始粉末颗粒粒径大小、粒度分布、形貌、相组成、松装比密度等性质对涂层的相组成和性能影响很大。原始粉末特性因不同的生产厂商、不同的制粉工艺等而异。本文采用超音速火焰喷涂技术（喷枪为DJ-2700）喷涂三种不同的WC-Co粉末制备涂层,粉末分别以A、B、C标识。采用X-射线衍射（XRD）、扫面电子显微镜（SEM）,对粉末的形貌和结构进行了研究,总结了三种粉末颗粒的特性差异。在不同的氧燃比和喷涂距离下对三种粉末进行喷涂制备涂层,研究了喷涂参数对涂层组织致密度的影响；基于涂层性能与涂层组织的紧密联系,选取了每中粉末致密度最高的涂层进行深入研究。分析了三种涂层的显微组织形貌、XRD相结构、喷涂后的颗粒SEM形貌,对比了显微硬度、耐磨性、弹性模量和断裂韧性。研究结果表明：1.粉末颗粒在主要粒径区间的分布表明,A粉末颗粒粒径大于B、C粉末颗粒,C粉末颗粒粒径略大于B粉末颗粒粒径；2.C粉末颗粒中的WC颗粒与Co金属结合疏松,孔隙含量多、孔隙大,松装比密度低于A、B粉末；3.不同的喷涂参数对A、B粉末制备的涂层组织致密度没有明显的影响,增加喷涂距离和喷涂温度可以降低C粉末涂层的气孔率；4.A粉末制备的涂层组织气孔率最高,C粉末涂层脱碳分解程度最高；5.C粉末涂层具有最高的显微硬度、耐磨性能和弹性模量,但断裂韧性有所降低。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 本文的研究背景
• 1.2 碳化钨硬质合金材料
• 1.2.1 硬质合金的基本概念
• 1.2.2 碳化钨硬质合金结构及特性
• 1.2.3 碳化钨/钴陶瓷粉末的制备方法
• 1.3 热喷涂技术
• 1.3.1 热喷涂技术的概念及工作原理
• 1.3.2 热喷涂技术的特点
• 1.3.3 热喷涂技术的种类
• 1.4 碳化钨/钴热喷涂涂层的制备
• 1.5 碳化钨/钴陶瓷涂层的研究概况
• 1.6 本文的研究目的、内容和意义
• 1.6.1 研究目标
• 1.6.2 研究内容
• 1.6.3 研究意义
• 第2章 实验设备与分析方法
• 2.1 超音速火焰喷涂设备
• 2.1.1 超音速火焰喷涂原理
• 2.1.2 设备构成
• 2.1.3 涂层和工艺特点
• 2.1.4 主要工艺参数
• 2.2 试样的表面预处理
• 2.3 金相试样制备
• 2.4 涂层检测
• 2.4.1 涂层组织结构的金相检验
• 2.4.2 涂层的硬度测定
• 2.4.3 涂层的相分析
• 第3章 碳化钨粉末特性比较
• 3.1 粉末粒度分析
• 3.2 粉末松装比密度分析
• 3.3 粉末相结构分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 碳化钨涂层的制备
• 4.1 不同参数下涂层的制备
• 4.1.1 涂层组织比较
• 4.1.2 试验结果及分析
• 4.2 最佳涂层组织比较
• 4.2.1 最佳涂层组织形貌
• 4.2.2 喷涂后的粉末颗粒熔化形貌
• 4.2.3 涂层相结构分析
• 4.2.4 实验结果与讨论
• 4.3 本章小结
• 第5章 碳化钨涂层力学性能研究
• 5.1 涂层显微硬度
• 5.2 涂层耐磨性能
• 5.2.1 实验方法
• 5.2.2 实验结果及分析
• 5.3 涂层弹性模量
• 5.3.1 实验方法
• 5.3.2 实验结果及分析
• 5.4 涂层断裂韧性
• 5.4.1 实验方法
• 5.4.2 实验结果及分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢