超音速火焰喷涂参数及粉末粒度对WC-12Co涂层弹性模量的影响.pdf

第４３２Ｏ１５钲卷４月第第４期—９２９７页材料工ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ程ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏ１．４３ＮＯ．４—Ａｐｒ．２０１５ＰＰ．９２９７超音速火焰喷涂参数及粉末粒度对ＷＣ一１２Ｃｏ涂层弹性模量的影响—ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＨＶＯＡＦＰａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄＰａｒｔｉｃｌｅＳｉｚｅｏｎＥｌａｓｔｉｃＭｏｄｕｌｕｓｏｆＷＣ一１２ＣｏＣｏａｔｉｎｇｓ查柏林，高双林，乔素磊，黄定园，袁小阳，林浩（１第二炮兵工程大学，西安７１００２５；２西安交通大学，西安７１００４９）—ＺＨＡＢａｉｌｉｎ，ＧＡＯＳｈｕａｎｇ－ｌｉｎ，ＱＩＡＯＳｕ－ｌｅｉ，——ＨＵＡＮＧＤｉｎｇｙｕａｎ，ＹＵＡＮＸｉａｏｙａｎｇ，ＬＩＮＨａｏ’（１ＳｅｃｏｎｄＡｒｔｉｌｌｅｒｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉａｎ７１００２５，Ｃｈｉｎａ；’’２ＸｉａｎＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉａｎ７１００４９，Ｃｈｉｎａ）℃摘要：利用多功能超音速火焰喷涂（ＨＶ（）ＩＡＦ）焰流温度的特点（１４００～２８００）分别在三种条件下（ＨＶＯＦ，ＨＶＯ－ＡＦ和ＨＶＡＦ）制备ＷＣ－１２Ｃｏ涂层。用Ｋｎｏｏｐ压痕法对涂层的弹性模量进行测试，并测量涂层的显微硬度。采用扫描电镜（ＳＥＭ）、能谱分析（ＥＤｓ）、ｘ射线衍射（ＸＲＤ）探讨涂层的显微结构、成分和相组成。结果表明：与微米结构涂层相比，纳米结构涂层组织均匀、致密，孔隙率低，显微硬度与弹性模量均大幅提高，其中ＨＶＯ－ＡＦ状态下制备的纳米结构ＷＣ－Ｃｏ涂层平均硬度与弹性模量最高，分别为１５１５ＭＰａ和３０８ＧＰａ，而ＨＶＯＦ与ＨＶＡＦ状态下的纳米ＷＣ－Ｃｏ涂层平均硬度与弹性模量分别为１３９０ＭＰａ，２８６ＧＰａ和１４６９ＭＰａ，２７０ＧＰａ；ＨＶＯ－ＡＦ状态下的微米结构涂层平均硬度与弹性模量为１０６５ＭＰａ和２４２ＧＰａ。在ＨＶ（）ＩＡＦ状态下，焰流温度适中，可有效控制纳米Ｗ＆１２Ｃｏ粉末的分解，测得的涂层弹性模量最高。—关键词：ＨＶＯＡＦ；ＷＣ一１２Ｃｏ；纳米结构涂层；弹性模量—ｄｏｉ：１０．１１８６８／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１４３８１．２０１５．Ｏ４．０１６中图分类号：ＴＧ１７４．４４２文献标识码：Ａ———文章编号：１００１４３８１（２０１５）０４００９２０６—Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｔｈｒｅｅｋｉｎｄｓｏｆＷＣ－１２ＣｏｃｏａｔｉｎｇｓｗｅｒｅｓｐｒａｙｅｄｂｙＨＶＯＡＦ（ｈｉｇｈｖｅｌｏｃｉｔｙｏｘｙｇｅｎ－ａｉｒｆｕｅｌｓｐｒａｙ）ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｗｈｉｃｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃａｎｒａｎｇｅｆｒｏｍ１４００￣Ｃｔｏ２８００￣Ｃ，ｗｉｔｈｔｈｒｅｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｐｒａｙ——ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆＨＶＯＦ（ｈｉｇｈｖｅｌｏｃｉｔｙｏｘｙｇｅｎｆｕｅｌｓｐｒａｙ）。ＨＶＯＡＦ（ｈｉｇｈｖｅｌｏｃｉｔｙｏｘｙｇｅｎａｉｒｆｕｅｌｓｐｒａｙ）ａｎｄＨＶＡＦ（ｈｉｇｈｖｅｌｏｃｉｔｙａｉｒｆｕｅｌｓｐｒａｙ），ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓｏｆｔｈｅｃｏａｔｉｎｇｓｗａｓｔｅｓｔｅｄ—ｗｉｔｈｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆＫｎｏｏｐ，ａｎｄｔｈｅｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓｗａｓｒｅｃｏｒｄｅｄ．Ｔ、ｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｒｎｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｐｈａｓｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｂｖＳＥＭ。ＥＤＳａｎｄＸＲＤ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅ—ｎａｎｏＷＣＣｏｃｏａｔｉｎｇｓａｒｅｕｎｉｆｏｒｍａｎｄｄｅｎｓｅ，ｗｉｔｈｌｏｗｐｏｒｏｓｉｔｙ，ｗｉｔｈｇｒｅａｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓ——ａｎｄｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓｔｈａｎｍｉｃｒｏｃｏａｔｉｎｇ．ＴｈｅａｖｅｒａｇｅｈａｒｄｎｅｓｓａｎｄｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓｏｆｎａｎｏＷＣＣｏ—ｃｏａｔｉｎｇｓａｔＨＶｏＡＦｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｒｅｔｈｅｈｉｇｈｅｓｔ（１５１５ＭＰａａｎｄ３０８ＧＰａ），ｗｈｉｌｅｔｈｅａｖｅｒａｇｅｈａｒｄｎｅｓｓａｎｄ—ｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓａｔＨＶＯＦａｎｄＨＶＡＦｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｒｅ１３９０ＭＰａ。２８６ＧＰａａｎｄ１４６９ＭＰａ，２７０ＧＰａ，ｒｅ——ｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｉｓ，ｔｈｅａｖｅｒａｇｅｈａｒｄｎｅｓｓａｎｄｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓｏｆＷＣＣｏｍｉｃｒｏｃｏａｔｉｎｇｓａｔ—ＨＶＯＡＦａｒｅ１０６５ＭＰａａｎｄ２４２ＧＰａ．ＴｈｅａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｆｌａｍｅｆｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｔＨＶ（）＿ＡＦｃｏｎｄｉｔｉｏｎｃａｎｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅＷ（、＿１２Ｃｏｐｏｗｄｅｒｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ，ＳＯ，ｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓｍｅａｓｕｒｅｄｉＳｔｈｅｈｉｇｈｅｓｔ．—Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＨＶＯＡＦ；ＷＣ一１２Ｃｏ；ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｃｏａｔｉｎｇ；ｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓ——喷涂纳米ＷＣＣｏ涂层可极大发挥ＷＣＣｏ和纳—米材料的优越性能。在热喷涂领域，纳米ＷＣＣｏ涂层的研究是一个重要的研究方向引。研究表明，超—音速火焰喷涂更适合制备ＷＣＣｏ陶瓷涂层，得到的涂层残余应力为压应力，涂层的硬度与耐磨性相比基—体明显提高。多功能超音速火焰喷涂ＨＶＯＡＦ第４３卷第４期超音速火焰喷涂参数及粉末粒度对ＷＣ一１２Ｃｏ涂层弹性模量的影响９７大，可达到３００ＧＰａ以上，结合涂层的显微组织和相结构分析可知，涂层的致密度越高，其弹性模量越大。—（３）ＨＶＯＡＦ可在较大范围内对焰流温度进行有效调节，使涂层具有不同的弹性模量，可根据实际对涂—层性能的需求，选定ＨＶｏＦ，ＨＶＯＡＦ或ＨＶＡＦ状态制备所需涂层。参考文献—Ｅ１］裴延波，陈浩，王长江，等．ｗｃＣｏ涂层的发展现状与展望口］．—石油化工腐蚀与防护，２０１１，２８（１）：１４．ＰＥＩＹＢ，ＣＨＥＮＨ，ＷＡＮＧＣＪ，ｅｔａ１．Ｐｒｅｓｅｎｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄ—ｐｒｏｓｐｅｃｔｏｆＷＣ－Ｃｏｃｏａｔｉｎｇｓ［Ｊ］．Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ８ＬＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎｉｎＰｅｔｒｏ—ｃｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙ，２０１１，２８（１）：１４．［２］师昌绪，徐滨士，张平，等．２１世纪表面工程的发展趋势［Ｊ］．中国表面工程，２００１，１４（１）：２～７．ＳＨＩＣＸ，ＸＵＢＳ，ＺＨＡＮＧＰ，ｅｔａ１．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｓｕｒｆａｃｅｅｎ－ｇｉｎｅｅｒｉｎｇｉｎｔｈｅ２１ｓｔｃｅｎｔｕｒｙ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＳｕｒｆａｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，—２００１，１４（１）：２７．［３］ＢＡＲＬＥＴＴＡＭ，ＢＯＬＥＬＬＩＧ，ＢＯＮＦＥＲＲＯＮＩＢ，ｅｔａ１．ｗｅａｒａｎｄｃｏｒｒｏｓｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｏｆＨＶＯＦ－ｓｐｒａｙｅｄＷＣ－ＣｏＣｒｃｏａｔｉｎｇｓｏｎ—Ａ１ａｌｌｏｙｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＴｈｅｒｍａｌＳｐｒａｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１０，１９（１—２）：３５８３６６．［４］ＡＲＡＳＨＧ，ＶＡＲＩＳＴ，ＴＵＲＮＥＮＥ，ｅｔａ１．ＢｅｈａｖｉｏｒｏｆＨＶＯＦＷ（＞１ＯＣｏ４Ｃｒｃｏａｔｉｎｇｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃａｒｂｉｄｅｓｉｚｅｉｎｆｉｎｅａｎｄｃｏａｒｓｅｐａｒｔｉｃａｌａｂｒａｓｉｏｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＴｈｅｒｍａｌＳｐｒａｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，——２Ｏｌ０。１９（１２）：３６８３７７．［５］张武装，高海燕，黄伯云．纳米ＷＣ－Ｃｏ复合粉的研究［．Ｉ］．硬质合—金，２００２，１９（２）：１２９１３３．ＺＨＡＮＧＷＺ，ＧＡＯＨＹ，ＨＵＡＮＧＢＹ．ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅｐｏｗｄｅｒｏｆｎａｎｏｓｉｚｅＷＣ－Ｃｏ［Ｊ］．ＣｅｍｅｎｔｅｄＣａｒｂｉｄｅ，２００２，１９（２）：１２９～１３３．［６］程应科，张建军，徐连勇．涂层弹性模量的测量方法［Ｊ］．中国科技—论文在线，２００８，３（４）：２９３２９８．ＣＨＥＮＧＹＫ，ＺＨＡＮＧＪＪ，ＸＵＬＹ．Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｎｍｅａｓｕｒｉｎｇｔｈｅｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓｏｆｃｏａｔｉｎｇｓ［Ｊ］．ＳｃｉｅｎｃｅｐａｐｅｒＯｎｌｉｎｅ，２００８，３—（４）：２９３２９８．—［７］ｓＩＬＶＡＭＦＶ，ＨＡＮＣＯＣＫＰ，ＮＩＣＨＯＬＬＳＪＲ，ｅｔａ１．Ａｎｉｍ—ｐｒｏｖｅｄｔｈｒｅｅｐｏｉｎｔｂｅｎｄｉｎｇｍｅｔｈｏｄｂｙｎａｎ０ｉｎｄｅｎｔａｔｉ０ｎ［Ｊ］．Ｓｕｒｆａｃｅ——ａｎｄＣｏａｔｉｎｇｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００３，１６９１７０（１）：７４８７５２．’［８］ＬＩＨ，ＫＨＯＲＫＡ，ＣＨＥＡＮＧＰ．Ｙｏｕｎｇｓｍｏｄｕｌｕｓａｎｄｆｒａｃｔｕｒｅ—‘ｔｏｕｇｈｎｅｓｓｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈｖｅｌｏｃｉｔｙｏｘｙ－ｆｕｅｌ。ｓｐｒａｙｅｄｂｉｏｃｅ。ｒａｍｉｃｃｏａｔｉｎｇｓ［Ｊ］．ＳｕｒｆａｃｅａｎｄＣｏａｔｉｎｇｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００２，１５５—（１）：２１３２．’［９］ｘｕＬＹ，ＪＩＮＧＨＹ，ＨＵＯＬＸ，ｅｔａ１．ＭｅａｓｕｒｉｎｇｏｆＹｏｕｎｇｓｍｏｄｕｌｕｓｏｆｃｏａｔｉｎｇｓｂｙｈｉｇｈｖｅｌｏｃｉｔｙａｒｃｓｐｒａｙｉｎｇ［Ｊ］．Ｓｕｒｆａｃｅａｎｄ—ＣｏａｔｉｎｇｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００５，２６（４）：１３１５，２０．［１Ｏ］ＺＨＡＢＬ，ＷＡＮＧＨＧ，ＳＵＸＪ．Ｈｉｇｈｖｅｌｏｃｉｔｙｏｘｙｇｅｎ／ａｉｒｆｕｅｌ—ｓｐｒａｙ［Ａ］．ＴｈｅｒｍａｌＳｐｒａｙ２００３：ＡｄｖａｎｃｉｎｇｔｈｅＳｃｉｅｎｃｅ＆Ａｐ—ｐｌｙｉｎｇｔｈｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［ｃ］．Ｏｈｉｏ，ＵＳＡ：ＡＳＭＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｍａ—ｔｅｒｉａｌｓＰａｒｋ。２００３．７８９７９１．［１１］查柏林，王汉功，苏勋家．超音速喷涂技术在再制造中的应用口］．中国表面工程，２００６，１９（５）：１７４～１７７．ＺＨＡＢＬ，ＷＡＮＧＨＧ，ＳＵＸＪ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈｖｅｌｏｃｉｔｙｔｈｅｒｍａｌｓｐｒａｙｉｎｒｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＳｕｒｆａｃｅ—Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００６，１９（５）：１７４１７７．［１２］王庆山．努氏硬度及其与维氏硬度的换算口］．机车车辆工艺。—２００１，（２）：４３４４．ＷＡＮＧＱＳ．ＫｎｏｏｐｈａｒｄｎｅｓｓａｎｄｉｔｓｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｔｏＶｉｃｋｅｒｓｈａｒｄｎｅｓｓ［Ｊ］．Ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅ＆ＲｏｌｌｉｎｇＳｔｏｃｋＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００１，—（２）：４３４４．—［１３］ＳＨＡＷＬＬ，ＧＯＢＥＲＭＡＮＤ，ＲＥＮＲＭ，ｅｔａ１．Ｔｈｅｄｅｐｅｎｄｅｎｃｙｏｆｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｎａｎｏｓｒｔｕｃｔｕｒｅｄｃｏａｔｉｎｇｓ０ｎｐｌａｓｍａｓｐｒａｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＳｕｒｆａｃｅａｎｄＣｏａｔｉｎｇｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，—２００１，１３０（１）：１８．［１４］毛卫国，陈强，张斌，等．等离子喷涂热障涂层材料弹性模量与硬度的压痕测试分析［Ｊ］．材料工程，２０１１，（１０）：６６～７１．—ＭＡＯＷＧ，ＣＨＥＮＱ，ＺＨＡＮＧＢ，ｅｔａ１．Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓｏｆｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓａｎｄｈａｒｄｎｅｓｓｏｆａｉｒｐｌａｓｍａｓｐｒａｙｅｄｔｈｅｒｍａｌｂａｒｒｉｅｒｃｏａｔｉｎｇｓｂｙｎａｎｏｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ—Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１１，（１０）：６６７１．［１５］王群，丁彭雄，陈振华，等．超音速火焰喷涂微米和纳米结构—ＷＣ一１２Ｃｏ涂层及其性能［刀．机械工程材料，２００７，３１（４）：１７２４．ＷＡＮＧＱ，ＤＩＮＧＰＸ，ＣＨＥＮＺＨ，ｅｔａ１．ＳｔｕｄｙｏｆｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌａｎｄｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄＷＣ－１２ＣｏｃｏａｔｉｎｇｓｄｅｐｏｓｉｔｅｄｂｙＨＶＯＦ［Ｊ］．ＭａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００７，３１（４）：—１７２４．—［１６］李南翔．超音速火焰喷涂ＷＣＣｏ涂层性能研究［Ｄ］．大连：大连海事大学，２０１０．——ＬＩＮＸ．ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＨＶＯＦｓｐｒａｙｅｄＷＣＣｏｃｏａｔｉｎｇｓ［Ｄ］．Ｄａｌｉａｎ：ＤａｌｉａｎＭａｒｉｔｉｍｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１０．［１７］赵辉，王群，丁彰雄，等．ＨＶＯＦ喷涂纳米结构ＷＣ一１２Ｃｏ涂层的—组织结构分析［Ｊ］．表面技术，２００７，３６（４）：１３．—ＺＨＡＯＨ，ＷＡＮＧＱ，ＤＩＮＧＺＸ，ｅｔａ１．ＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄＷＣ一１２ＣｏｃｏａｔｉｎｇｓｓｐｒａｙｅｄｂｙＨＶＯＦ［Ｊ］．—ＳｕｒｆａｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００７，３６（４）：１３．基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１２７５３７６）———收稿日期：２０１３－０７０１；修订日期：２０１４０７１８通讯作者：查柏林（１９７４一），男，博士，教授，主要从事表面工程技术方面的研究，联系地址：陕西省西安市灞桥区洪庆同心路２号３６０２分队（７１００２５），Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｈａｉｌｉｎ＠１６３．ｃｏｒｎ