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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(jiǎn)介(文字版 無(wú)需下載)
3、 HVOF 噴制的 WC-Co 涂層的結(jié)合強(qiáng)度 & p/ }. a, N- F9 H
7 f* |1 O. @3 f2 X% \$ {9 W2 A4 h3 r 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(cè)試結(jié)果。結(jié)合強(qiáng)度測(cè)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(duì)偶粘結(jié)在一起,通過(guò)拉伸試驗(yàn)進(jìn)行涂層結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試。. z: f* P' [8 I n5 W2 C" j
# K$ ]# H6 L7 I7 b- [ w7 q* @ 結(jié)果表明對(duì)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(guò)現(xiàn)有粘結(jié)劑的強(qiáng)度,即大于 70Mpa ,噴涂工藝參數(shù)等對(duì)結(jié)果影響較小 [21] 。 3 y: E# |1 j9 X4 j. i! ?
0 _, \( f' K" P+ g, H* W1 s' ^ 采用拉銷法測(cè)試表明, HVOF 金屬陶瓷涂層的結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)到 150Mpa [22] 。. _0 v7 j7 n# o% i5 s, M4 x
6 \/ g+ f: I( N 日本高溫學(xué)會(huì)熱噴涂試驗(yàn)方法委員會(huì)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(duì)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(duì)比試驗(yàn)研究,其結(jié)果表明用普通拉伸法測(cè)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(shí),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] 。
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+ w$ E( ]/ b |: b' W 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
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WC-17Co 1280Hv >65Mpa
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+ m3 P+ m* q: F. e$ u3 t6 wWC-12Co 1300Hv >65Mpa
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( L7 G l3 ?) P; c8 Q' [) C ZNiCrBSi(Ni60) 900 Hv >65Mpa
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Cr 3 C 2 -NiCr 900 Hv >90Mpa & c& ~. ~ K+ Q5 X! m
6 g8 X* i% [; `. \& F4 _3 ?; f* X- j說(shuō)明:結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試時(shí),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。
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6 p2 \2 D( R7 [3 E3 R) W+ \7 A1 L4、 HVOF WC-Co涂層的耐磨損性能
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4.1噴涂工藝條件對(duì)HVOF WC-Co涂層耐磨損性能的影響 0 C- ?& M P: c4 |9 R! Z9 L( z" U3 d* j) `
B7 J3 C& P3 T. t7 I* f# M 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(shí)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(shí),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。5 u& L. |. T- c8 O; a/ u% T# j
( @" S' \5 C. ^ I ~. J 文獻(xiàn)[24]對(duì)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(píng)述。涂層中的WC顆粒的大小及含量對(duì)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(yàn)結(jié)果[17],表明噴涂條件對(duì)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(yàn)采用SUGA(日本)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行,試驗(yàn)條件與后述的表3、圖2及圖5相同。
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圖 1噴涂條件對(duì)WC-17Co涂層磨損量的影響 * h; a0 @0 j: y) y |1 ?6 ^; B$ e
6 I+ k5 Z/ |( M5 ?) ]4.2粉末種類對(duì)涂層耐磨性能的影響
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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(yàn)結(jié)果[25]。粉末的結(jié)構(gòu)對(duì)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(shí),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(guò)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]。- L q$ C8 \' g2 a8 D# X; R5 _
B0 @; w/ b& e 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(guò)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(duì)于WC非常容易分解的1-型粉末,通過(guò)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]。
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HVOF WC-Co涂層磨損特征的理論與實(shí)驗(yàn)表明,涂層的耐磨粒磨損性能與WC顆粒相對(duì)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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' l; l, k; I- J3 l9 i5 F. e6 P表 3典型粉末制備的HVOF涂層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其磨損量比較 6 i9 z4 Y( \* T& B9 N1 m/ F5 K
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粉末類型 1- 型 2 - 型 3- 型 4- 型 / o" W2 V, Z. T! H% r; o! Y! q
5 N" X. o9 ]$ J" A+ Z制造方法 燒結(jié) - 粉碎 燒結(jié) - 粉碎 聚合制粉 包覆型 & @: h. i: s, ?5 l) Q) W& Y, M
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公稱成分 WC-12Co WC-12Co WC-17Co WC-18Co - `; W5 F3 x! [- ?( l( R
) \& @& g9 T5 O
粉末結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 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2 m) Y1 m8 q# H6 B
' o* M3 T# z" X/ A0 z) M涂層結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 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
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磨損量( mg ) 14 6 10 19
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5、 HVOF 涂層與其它方法制備的涂層的性能比較 ! O$ m9 S' p5 e+ }5 V1 D: k
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5.1 與其它熱噴涂方法的比較 2 f( A) t7 @. i, h& C+ j
" ]! T& R0 Y8 U Y" 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(bào)導(dǎo)的幾種涂層的硬度值。 0 I( P. E1 {' S* G D- ]
3 P) n) c# D0 Q! M- e: v2 G! n表 2 幾種 WC-Co 涂層與電鍍硬鉻層的硬度 [30]
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) H, n+ U. w% q; X8 N# v
) m: h3 m; N5 C% ^涂層 HVOF HVOF 電鍍硬鉻層 爆炸噴涂! j# f; C! D. ^9 x' y
$ H; j: t$ ^/ g2 E# M成分 WC-12Co WC-27NiCr Cr WC-13Co 2 x' t. R" a( b& m" j
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硬度( Hv 0.3 ) 1100~1270 1000~1100 800~900 1100~12008 s x+ } q; n- U' y4 p) w
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' n8 [0 d' g n, U- P' H+ [5 @, B
! C B! U: H+ g1 R7 S# \9 Y 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(yàn)結(jié)果比較 [30] 。試驗(yàn)采用 SUGA (日本)型磨損試驗(yàn)機(jī), HVOF 采用 Jet-Kote 系統(tǒng)。
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: r6 I0 e1 i8 V' ~5 O+ y 其中,實(shí)線表示表面為噴涂狀態(tài)下的涂層的試驗(yàn)結(jié)果,而點(diǎn)線表示表面精磨至 Ra=0.2 μm后的試驗(yàn)結(jié)果。結(jié)果說(shuō)明無(wú)論在那種表面狀態(tài)下,HVOF涂層的耐磨損性能超過(guò)了爆炸噴涂層。 / T) `1 P# c* I
' N% \4 k5 c! j& w, O; f 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(yàn)結(jié)果[31]。磨損試驗(yàn)采用的干式橡膠輪磨損試驗(yàn)機(jī),HVOF采用連續(xù)爆炸噴涂CDS系統(tǒng)。! P% E: q& @: N0 S% J: z D
3 T6 d3 i4 J7 v0 m O1 X# P" R) Z 其中:1、4、6號(hào)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(yàn)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(yàn)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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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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5.2 HVOF涂層與火焰噴焊層
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自熔合金噴焊層由于通過(guò)涂層的重熔,不僅能獲得無(wú)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(guó)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]。
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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(huì)產(chǎn)生巨大的熱應(yīng)力,從而引起變形,對(duì)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。 7 c$ i' H" W8 Y5 S" _$ M1 C, [, i
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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(yàn)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(duì)比較,該結(jié)果也說(shuō)明通過(guò)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。 , C- D+ b6 J- [: r- _: f
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5.3 HVOF 涂層與電鍍硬鉻層 1 j& X: Y7 F A) i
: ?% f) y6 g- q' [0 Y% g, E 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(shí),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。! T9 w6 b9 ^* [) t
: E: ?: V# A* o5 l/ O0 s. b 但是,對(duì)于尺寸較大的零部件,電鍍加工就難以適用,同時(shí),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(wèn)題,隨著對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求越來(lái)越嚴(yán),成本將會(huì)越來(lái)越高。因此,開(kāi)發(fā)可以替代電鍍硬鉻層的涂層技術(shù)有著重要的意義。
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圖 5 為電鍍硬鉻層與 HVOF WC-Co 涂層的耐磨料磨損試驗(yàn)結(jié)果的比較例 [30] 。 HVOF 涂層采用 Jet-Kote 系統(tǒng)噴制。結(jié)果說(shuō)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。 / ` X# T6 n" ^- K+ `& N9 i; y
4 n. q3 C$ \' {, z1 j5 u2 X' S* Z3 [7 I 以上結(jié)果充分說(shuō)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(bào)道。
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