等离子喷涂WC-Co涂层的脱碳机理研究.pdf

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1、等离子喷涂WC-Co涂层的脱碳机理研究AStudyofDecarburizationinPlasmaSprayedWC-CoCoating学科专业：材料加工工程研究生：占庆指导教师：叶福兴教授天津大学材料科学与工程学院二零一一年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了

2、明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要热喷涂制备WC-Co涂层已经在航空航天、发电、冶金等行业中得到了广泛的应用，具有成本低，沉积效率

3、高等很多优点。然而在喷涂过程中过高的温度和氧化性气氛会导致WC脱碳分解，生成的脆性相严重地降低了涂层的耐磨性能。本文采用大气等离子喷涂技术，以WC-12Co为原始粉末，运用X射线衍射仪，扫描电子显微镜，X射线光电子能谱仪，高温差示扫描量热仪等设备对水收集喷涂粒子，扁平粒子和涂层进行了深入的研究，以了解喷涂过程中发生的物相反应和微观结构演变。结果表明粒子在飞行过程中的受热状态差异是导致涂层结构不均匀的主要因素。等离子喷涂WC-Co涂层存在很多缺陷，在喷涂过程中大部分WC颗粒发生了严重的相变分解，生成W2C，金属W和

4、参与形成Co基固溶体，并且涂层中还存在很多非晶相。等离子喷涂WC-Co过程中主要有两种脱碳分解机制：粒子表面的WC颗粒直接被氧化脱碳；内部的WC颗粒在高温下受热分解并溶解进入液相Co基体中，C元素从Co基体中不断扩散至粒子表面而被氧化。W2C和金属W既可以是在粒子飞行过程中由表面的WC颗粒直接氧化脱碳生成，也可以是在粒子冷却过程中从缺碳的液相中沉淀析出。涂层中的W2C沿着WC颗粒的界面外延生长并呈现出包覆结构，而金属W则大多分布在扁平粒子边缘处。根据液相成分的不同还可以析出相和γ相。等离子喷涂WC-Co的喷涂工

5、艺参数以及原始粉末特性都对喷涂过程中的脱碳行为产生影响。通过XRD定性分析和Rietveld定量分析方法进行了对比研究，结果表明喷涂功率越大，脱碳程度越严重，并且涂层的显微硬度值也随之下降。在喷涂距离为8cm时脱碳程度最小，只有37%的WC颗粒发生了分解。随着喷涂距离的增加，越来越多的WC颗粒发生了脱碳分解。在空冷条件下WC颗粒几乎消失殆尽。采用Co包覆粉会比单独喷涂WC粒子脱碳程度要小10个百分点左右。关键词：等离子喷涂；WC-12Co；脱碳分解；定量分析ABSTRACTThermalsprayedWC-Coc

6、oatingshavebeenwidelyappliedinvariousindustries.DecarburizationisthemostcommonproblemforthecoatingsduetothehightemperatureandoxidizingatmosphereexperiencedbytheWC-Copowdersduringthespraying.Thenewlyformedbrittlephasesgreatlydegradethewearresistanceofthecoatin

7、gs.Inthepresentstudy,WC-12Copowderswereusedasthestartingmaterialsprayedbyatmosphericplasmaspray.Theas-sprayedpowders,coatingsandsplatswerecollectedforunderstandingthephasetransformationmechanismsandmicrostructureevolutionbehaviorsbyusingX-raydiffraction(XRD),

8、scanningelectronmicroscopy(SEM),X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)anddifferentialscanningcalorimeter(DSC).Theresultsshowedthatduringthespraying,thedifferentheatedbehaviorsoftheparticlesw