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1、HV-80超音速火焰喷涂制备WC-12Co涂层实验1.实验材料及方法1.1实验材料喷涂材料我们选择章源钨业生产的WC-12Co粉末,其中WC颗粒分布呈多峰分布(颗粒平均尺寸为0.2μm占30wt.%,颗粒平均尺寸为2.4μm占70wt.%,粉末的颗粒尺寸为15~45μm。粉末的表面和截面形貌如图1所示,可以看出,粉末的球形度较好,单个喷涂粉粒子内的孔隙较均匀。喷涂试样的基体材料为16Mn钢,磨粒磨损对比试样的材料也是16Mn钢。图1多峰WC-12Co粉末的形貌1.2涂层制备采用郑州立佳的HV-80型HVOF设备进行喷
2、涂,使用航空煤油作为燃料,氧气作为助燃气,送粉载气采用氮气。结合以往喷涂经验,选择四因素三水平L9(34喷涂工艺参数如表1所示。表1HVOF制备WC-12co涂层的工艺参数Level224.655.2275353Level326.559.4790380喷涂前,对试样进行除锈、除油、然后采用240μm(60目白刚玉砂进行粗化处理,将待喷涂的试样在特制的风冷夹具上装夹、喷涂,为了使基体温度低于200°C,没喷涂8道次停枪一次,直至涂层厚度达到300~350μm。1.3相结构测试用线切割加工出尺寸为10mm×10mm×5m
3、m的带有涂层的试样,在SIEMENSD5000型X射线衍射仪上对涂层进行相结构测试,阳极靶为Cu靶,扫描角度从10~90°(本文中取30~85°,,管压35KV,管流30mA,积分时间0.2秒,采样间隔0.02秒。1.4孔隙率测试使用IQmaterial图像分析软件,依次导入涂层截面典型金相照片,采用灰度法测试孔隙所占视场的面积百分比,将测试的10个视场孔隙百分比的平均值作为涂层的孔隙率。1.5结合强度测试拉伸试样尺寸为φ25×30mm,试样结合面采用E-7胶粘接后,固定在特制的夹具上,并一起放入电热干燥箱中,在10
4、0°C下保温3小时。采用计算机控制的WDW-E200万能电子拉伸试验机,按照GBT8642-88标准进行涂层的结合强度试验。1.6显微硬度测试用线切割佳通出尺寸为10mm×14mm×5mm的带有涂层的试样,经过镶嵌,初磨和抛光,然后用WilsonWolpert401MVA型显微硬度计测试涂层截面上由内向外不同的10个点的显微硬度,实验载荷分别为300g和1000g,压力保持时间为10s。1.7开裂韧性测试将带有涂层的试样镶嵌,打磨并且抛光,用小负荷维式硬度计,将硬度计的载荷调整到10kg(一般来说,测试开裂韧性采用5
5、kg的载荷,由于多峰涂层具有较高的开裂韧性,涂层截面采用5kg测试时,裂纹长度很短,所以采用10kg的载荷测试。在涂层截面的中间每隔一定距离打一个压痕对角线平行于涂层表面的压痕。在光学显微镜下测量压痕对角线长度的一半a和压痕裂纹长度c。根据Wilshaw公式:其中:P:载荷(N,a:压痕的对角线长度的一半(μm,c:压痕中心至裂纹末端的距离(μm。1.8磨粒磨损实验磨粒磨损试样尺寸为56mm*25mm*5mm,采用国产湿砂橡胶轮MLS-225型磨粒磨损实验机,磨料采用20-40目石英砂1500g和1000g水混合而成
6、,橡胶轮的转速为240rpm,加载载荷为100N。用带有涂层的试样和不带涂层16Mn分别作对比实验,预磨500转,正式磨3轮,每轮磨3000转,共计9500转。将每次磨损后试样洗净,烘干后用精度为0.1mg的FA1004型电子分析天平称量,以计算出磨损失重。2.实验结果及分析2.1物相分析WC-12Co粉末及涂层的X射线衍射图如图2所示,通过对比可以发现,涂层中除了新增了衍射强度较弱的W2C相外,其余的相与原始粉末的物相基本一致,这说明用超音速方法喷涂WC-12Co粉末时,只有很少部分WC颗粒发生轻微的脱碳现象,另一
7、方面也说明选定的四种喷涂工艺参数的变化对涂层相结构影响不大。图2WC-12Co粉末和涂层XRD衍射图谱2.2涂层截面形貌和孔隙率WC-12Co涂层截面金相照片如图3所示(a(b(c(d(e(f(g(h(i图3涂层截面金相组织九个试样涂层九种涂层表面的粗糙度类似,九种WC-12Co涂层孔隙率都较低,结构致密,涂层无明显层状结构,采用灰度法测量涂层孔隙率均在0.5%以下。这说明在喷涂过程中,喷涂粒子在达到基体时具有很高的动能,对基体的撞击作用强,涂层与基体之间结合紧密,这与结合强度实验的结果是一致的。2.3涂层结合强度涂
8、层拉断时,断裂面均是胶接面(拉断时值大多在65Mpa左右,可见实际的涂层的结合强度要高于这个值,说明涂层具有很好的结合强度。采用高强度胶粘接涂层,测试抗拉强度,最后实测结果与很多因素有关,如涂层和对接试样的表面粗糙度,粘接和固化的工艺以及拉伸条件等。超音速火焰制备的WC/Co涂层与基体的结合强度高,再加上涂层的表面较为光滑,采用这种方法很难准确
