爆炸喷涂WC/Co涂层组织性能研究

论文摘要

热喷涂碳化钨(WC)涂层被广泛应用在各种需要抗强烈的磨粒磨损的场合,爆炸喷涂以其优良的耐磨性能成为热喷涂领域的重要分支。由于成本较高、生产率较低,一般应用在军事与航天领域,近年来逐渐向民用方向扩展,并取得了良好的经济效益。为了提高316L不锈钢的耐磨性,本文选用四种具有不同WC颗粒尺寸和不同含Co量的WC/Co喷涂粉末,采用爆炸喷涂工艺,通过改变乙炔和氧气流量等主要的喷涂参数,在316L钢基体上制备了16种WC/Co涂层。采用X衍射仪、扫描电镜对涂层的相结构和微观组织进行了研究；采用灰度法测试了涂层的气孔率；采用拉伸法测试了涂层的结合强度；采用小负荷维氏硬度计测试了开裂韧性；最后采用湿砂橡胶轮磨粒磨损试验机对涂层磨粒磨损行为进行了研究；以探讨了WC原始颗粒尺寸,WC/Co喷涂粉末中的Co含量和喷涂工艺参数对涂层性能的影响。本文得到的主要结论如下：1.氧燃比对涂层质量影响很大,随着氧燃比的增加,涂层中的WC相产生分解或氧化生成W2C相甚至单质W相,涂层的硬度随着W2C(未出现W相)含量的增加而增加,相应的耐磨性也增加；当WC分解成W2C和W相时,涂层的硬度还会增加,但是,由于此时涂层的脆响大大增高,导致其抗磨粒磨损性能随着硬度的升高而下降。2.涂层的孔隙率和开裂韧性随着涂层硬度的提高而降低。3.结构相似的涂层,涂层中WC颗粒尺寸越小,涂层的抗磨粒磨损性能越好。4.在相同的载荷条件下,涂层的磨损失重随着磨粒颗粒尺寸的增大而增大。5.WC／Co涂层的磨粒磨损机理为：在涂层中的粘结相Co被磨粒优先切削掉之后,露出的WC粒子在磨粒的反复冲击和滚压的作用下,起初WC粒子发生较均匀的磨耗磨损,随着粘结相不断地被磨去,露出的WC粒子越来越突出,所受到的粘结相的固定作用越来越小,导致WC粒子开裂、破碎最终脱落。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 插表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 热喷涂技术
• 1.1.1 热喷涂概念及其发展
• 1.1.2 热喷涂工艺过程
• 1.1.3 热喷涂分类
• 1.1.4 热喷涂涂层的结构与性能
• 1.2 热喷涂材料概述
• 1.2.1 热喷涂材料分类
• 1.2.2 热喷涂用粉末物理性能
• 1.2.3 喷涂材料性质及制备工艺
• 1.3 爆炸喷涂WC涂层应用、发展及研究现状
• 1.3.1 爆炸喷涂WC涂层应用现状
• 1.3.2 爆炸喷涂的发展方向
• 1.4 爆炸喷涂WC涂层性能研究及其影响因素
• 1.6 本文研究的主要内容
• 第2章 实验
• 2.1 实验材料设计
• 2.2 爆炸喷涂WC/Co涂层的制备
• 2.3 爆炸喷涂WC/Co涂层的组织性能测试
• 2.3.1 涂层相结构测试
• 2.3.2 金相组织观察和显微硬度测试
• 2.3.3 涂层结合强度测试
• 2.3.4 涂层孔隙率测试
• 2.3.5 开裂韧性
• 2.3.6 磨粒磨损实验
• 2.4 本章小结
• 第3章 爆炸喷涂WC/Co涂层基本物理性能和组织结构
• 3.1 爆炸喷涂WC/Co涂层的基本性能
• 3.1.1 涂层表面形貌
• 3.1.2 喷涂粉末和涂层的相结构
• 3.1.3 涂层的硬度
• 3.1.4 涂层的结合强度、孔隙和开裂韧性
• 3.2 爆炸喷涂WC/Co涂层截面组织
• 3.3 本章小结
• 第4章 爆炸喷涂WC/Co涂层的抗磨粒磨损性能
• 4.1 爆炸喷涂WC/Co涂层抗磨粒磨损性能
• 4.1.1 涂层的磨损失重
• 4.1.2 涂层的磨损失重与硬度之间的关系
• 4.1.3 喷涂工艺下制备涂层的磨损行为影响
• 4.2 磨粒大小对WC/Co涂层磨损行为的影响
• 4.3 爆炸喷涂WC/Co涂层与316L不锈钢抗磨粒磨损性能比较
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢