超音速火焰喷涂WC-17Co涂层微观结构与性能研究.pdf

超音速火焰喷涂ＷＣ１７Ｃｏ涂层微观结构与性能研究８５超音速火焰喷涂ＷＣ－１７Ｃｏ涂层微观结构与性能研究ＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＷＣ一１７ＣｏＣｏａｔｉｎｇｓ—ＦａｂｒｉｃａｔｅｄｂｙＨｉｇｈＶｅｌｏｃｉｔｙＯｘｙｆｕｅｌＳｐｒａｙｉｎｇ崔永静，王长亮，汤智慧，张晓云（北京航空材料研究院，北京１０００９５）————ＣＵＩＹｏｎｇｊｉｎｇ，ＷＡＮＧＣｈａｎｇｌｉａｎｇ，ＴＡＮＧＺｈｉｈｕｉ，ＺＨＡＮＧＸｉａｏｙｕｎ（ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＭａｔｅｒｉａｌ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９５，Ｃｈｉｎａ）摘要：采用超音速火焰喷涂技术喷涂了两种不同ＷＣ颗粒尺寸的ＷＣ１７Ｃｏ粉末。对制备的两种涂层的硬度、孑Ｌ隙率、断裂韧性、结合强度和电化学腐蚀行为进行了测试。结果表明：具有亚微米结构ＷＣ颗粒的粉末制备的涂层，在硬度、孑Ｌ隙率、断裂韧性方面具有一定优势，而含有大颗粒ＷＣ相的粉末制备的涂层在结合强度、腐蚀行为方面优势明显，这说明ＷＣ颗粒尺寸对涂层性能有显著影响。—关键词：超音速火焰喷涂；ＷＣ；ＷＣＣｏ涂层中图分类号：ＴＧＩ７４．４４２文献标识码：Ａ—文章编号：１００１－４３８１（２０１１）１１－００８５０４—Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒａｌＷＣ一１７Ｃｏｃｏａｔｉｎｇｓｗｅｒｅｄｅｐｏｓｉｔｅｄｂｙｈｉｇｈｖｅｌｏｃｉｔｙｏｘｙｆｕｅｌ（ＨＶＯＦ）—ｓｐｒａｙｉｎｇ．Ｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｔｗｏｃｏａｔｉｎｇｓｗｅｒｅｔｅｓｔｅｄ，ａｎｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆＷＣｓｉｚｅｏｎｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｃｏａｔｉｎｇｓｗａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔＧｃｏａｔｉｎｇ，ｗｈｉｃｈｈａｄｓｕｂｍｉｃｒｏｎＷＣｐａｒｔｉｃｌｅ，ｓｈｏｗｅｄｍｏｒｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｉｎｈａｒｄｎｅｓｓ，ｐｏｒｏｓｉｔｙ，ａｎｄｆｒａｃｔｕｒｅｔｏｕｇｈｎｅｓｓ，ｗｈｉｌｅＨｃｏａｔｉｎｇｗｉｔｈ—ｂｉｇｇｅｒＷＣｐａｒｔｉｃｌｅｈａｄｅｘｃｅｌｌｅｎｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｎａｄｈｅｓｉｖｅｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ．Ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ，ｔｈｅＷＣｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｓｈｏｗｅｄｇｒｅａｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｔｏｔｈｅｃｏａｔｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．—Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＨＶＯＦ；ＷＣ；ＷＣＣｏｃｏａｔｉｎｇ超音速火焰喷涂（ＨＶ０Ｆ）工艺是２Ｏ世纪８０年代初期，由美国ＢｒｏｗｎｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ公司推出的一种新型热喷涂技术。ＨＶＯＦ的焰流温度可达２７００。Ｃ，焰流速度可达２０００ｍ／ｓ。相对于等离子喷涂工艺来说，ＨＶｏＦ较低的焰流温度和较高的焰流速度可以减少在喷涂过程中ＷＣ粉末颗粒的脱碳、氧化等反应。因—而，ＨＶＯＦ工艺制备的ＷＣＣｏ涂层具有高硬度，低孔隙率，与基体结合强度高（＞７０ＭＰａ）等优点；与电镀硬铬涂层相比，耐磨性更好，对环境更加友好，对基体疲劳性能影响低。因此，在国内外尤其是航空领域得到—了深入的研究和广泛的应用，已成为制备ＷＣＣｏ系列耐磨涂层的首选工艺口］。喷涂粉末的形态、喷涂设备和喷涂参数对涂层性能都有极大影响。有研究表明＿３］，纳米和亚微米结构ＷＣＣｏ涂层具有更高硬度和韧性，但是纳米结构涂层存在致命的脱碳问题，产生的脆性ｗ。ｃ相将对涂层在定载荷下的耐磨性能造成损害，相关研究一直是领域内的热点。本工作针对两种不同形态的ＷＣ一１７Ｃｏ粉末，采用相同工艺参数制备ＨＶＯＦ涂层，通过对两种涂层性能的对比，研究了不同粉末形态对涂层性能的影响，为进一步优化喷涂参数和喷涂粉末提供理论依据。１实验１．１喷涂粉末及喷涂工艺参数本实验喷涂粉末选用不同公司生产的两种团聚烧结ＷＣ一１７Ｃｏ粉末，粉末粒径分布相同，均为１０～４５ｍ。实验中两种粉末分别简称为粉末Ｇ和粉末Ｈ，两种粉末制备的涂层分别简称为涂层Ｇ和涂层Ｈ。钛合金试片，尺寸为１００ｍｍ×２５ｍｍ×ｌｍｍ，经喷砂前处理后，采用超音速火焰喷涂技术制备涂层。燃气为丙烷，喷涂工艺参数为氧气流量ｌ９９８ＯＬ／ｈ，丙烷流量４３９０Ｌ／ｈ，空气流量２００００Ｌ／ｈ，送粉速度４５ｇ／ｒａｉｎ，喷涂距离２７５ｍｍ。９６材料工程２０１１年１ｌ期［１２］［１３］［１４］［１５］［１６］［１７］［１８］［１９］膜晶体特征的影响ＥＪ］．人工晶体学报，２Ｏ１Ｏ，３９（１）：１３０１３４．张湘辉，汪灵，龙剑平，等．直流弧光放电ＰＣＶＤ金刚石薄膜制备中基底控温系统的研制与应用［Ｊ］．人工晶体学报，２ｏ１１，４０（１）：７５～８２．龙剑平，汪灵，张湘辉，等．金刚石镀膜ＹＧ类硬质合金酸蚀特性及去钴深度的定量测试ＥＪ３．材料一亡程，２００８，（２）：４０４５．ＫＡＭＩＹＡＳ，ＴＡＫＡＨＡＳＨＩＨ，ＰＯＩ１ＮＩＲ，ｅｔａ１．Ｅｆｆｅｃｔｏｆ—‘———ＷＣＣｏｓｕｂｓｔｒａｔｅｓｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔａｎｄｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｎｔｈｅａｄｈｅ－—ｓｉｖｅｔｏｕｇｈｎｅｓｓｏｆＣＶＤｄｉａｍｏｎｄＥＪ］．ＤｉａｍｏｎｄａｎｄＲｅｌａｔｅｄＭａｔｅ—ｒｉａｌｓ，２００１，１０：７８６７８９．ＭＡＲＩＮＫＯＶＩＣＳＢＵＣＫＶＤＥＵＥＲＩＥＲＦＥｎｈａｎｃｅｄｎｕｃｌｅａ～ｔｉｏｎｏｆｄｉａｍｏｎｄｆｉｌｍｓｏｎｐｒｅｔｒｅａｔｅｄｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ［Ｊ］．ＤｉａｍｏｎｄａｎｄＲｅｌａｔｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ，１９９８，７：１５４４～１５５２．曹楚南．腐蚀直流电化学原理ＣＭ］．３版．北京：化学工业出版社．２００８．ＳＡＩＩＳＡＳＲ，ＧＡＲＤＩＮＥＲＡＤＪ．ＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｄｉａｍｏｎｄｆｉｌｍｓｕｓｉｎｇＲａｍａｎｓｐｅｃｔｒａｅｘｃｉｔｅｄａｔ５１４．５ｎｍａｎｄ６３３ｎｍ［Ｊ］．ＤｉａｍｏｎｄａｎｄＲｅｌａｔｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ，１９９６，５：５８９～５９１．Ｙ（）ＳＨＩＫＡＷＡＨ，Ｍ（）ＲＡＩＣ。Ｋ（）ＧＡＹ。ｅｔａ１．ＳｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｄｉａｍｏｎｄｆｉｌｍｓｕｓｉｎｇｍｉｃｒｏｗａｖｅｐｌａｓｍａＣＶＤＥＪ￣．ＤｉａｍｏｎｄａｎｄＲｅｌａｔｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ，２００１，１０：１５８８一ｌ５９１．—ＩＩＵＹ，ＴＥＮＧＹ，ＩＩＵＣ．Ｇｒｏｗｔｈｏｆｍｉｃｒｏｃｒｖｓｔａ【】ｉｎｅａｎｄｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｄｉａｍｏｎｄｆｉｌｍｓｂｙｍｉｃｒｏｗａｖｅｐｌａｓｍａｓｉｎａｇａｓｍｉｘｔｕｒｅｏｆ１ｍｅｔｈａｎｅ／５ｈｙｄｒｏｇｅｎ／９４ａｒｇｏｎＥＪ］．ＤｉａｍｏｎｄａｎｄＲｅ—ｌａｔｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ，２００４，１３：８５９１８６４．Ｅ２０］ＹＡＲＧＲＯＵＧＨＷＡ，ＭＥＳＳＩＥＲＲ．Ｃｕｒｒｅｎｔｉｓｓｕｅｓａｎｄｐｒｏｂｌｅｍｓｉｎｔｈｅｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｄｉａｍｏｎｄ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅ—１９９０，２４７：６８８６９６［２１］ＰＦＥＩＦＦＥＲＲ，ＫＵＺＭＡＮＹＨ，ＫＮＯＩＩＰ，ｅｔａ１．Ｅｖｉｄｅｎｃｅｆｏｒ［２２］［２３］Ｌ２４３［２５］———ｔｒａｎｓｐｏｌｙａｃｅｔｙｌｅｎｅｉｎｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｄｉａｍｏｎｄｆｉｌｍｓ［Ｊ］．ＤｉａｍｏｎｄａｎｄＲｅｌａｔｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ，２００３，１２：２６８２７１．—ＦＥＲＲＡＲＩＡＣ，ＲＯＢＥＲＴＳＯＮＪ．Ｏｒｉｇｉｎｏｆｔｈｅ１１５０ｃｍＲａｍａｎｍｏｄｅｉｎｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌＩｉｎｅｄｉａｍｏｎｄ［Ｊ］．ＰｈｙｓｉｃａｌＲｅｖｉｅｗＢ。２００ｌ，６３（１２）：ｌ４０５一ｌ４０９．ＫＮＴＧＨＴＤ，ＷＨＩＦＥＷＪ．Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉ０ｎｏｆｄｉａｍｏｎｄｆｉｌｍｓｂｙＲａｍａｎｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｓｅａｒｃｈ，１９８９，—（４）：３８５３８９．Ｄ０ＮＮＥＴＪＢ，ＰＡＵＩＭＩＥＲＤ，０ＵＩＡＮＴＩＨ，ｅｔａ１．ＤｉｆｆｕｓｉｏｎｏｆｅｏｂＭｔｎｄｉａｍｏｎｄｆｉｉｎ，ｓｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄｂｙｃＤｍｂｕｓ＠ｏｎ｛￣ａｍｅ—ｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．Ｃａｒｂｏｎ，２００４，４２（１１）：２２ｌ５２２２１．陈日擢．金属切削原理［Ｍ］．２版．北京：机械工业出版社，２０００．基金项目：国家自然科学基金项目（５０９７４０２５，４０５７２０３０）；四川省科技厅重点科技攻关项目（０５ＧＯ０２１００１）；四川省教育厅自然科学科研项目（２００３Ａ１４２，０７ＺＢ００９）；成都理工大学研究基金项目（２００５ＧＹ０２）——收稿日期：２０１００７２２；修订日期：２Ｏｌ卜Ｏ６２Ｏ作者简介：张湘辉（１９７１），男，博士，研究方向为ＣＶＤ金刚石薄膜相关材料及设备研制，联系地址：成都理工大学材料与化学化工学院—（６１００５９），Ｅｍａｉｌ：ｚｈｘｈ＠ｃｄｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米果米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米（上接第８８页）Ｈ涂层不同，它孔隙大多出现在层间，孔隙较容易集中形成微裂纹，有研究表明Ｅ６，７］微裂纹的存在对腐蚀性能有较大影响。３结论（１）ＨＶ（）Ｆ喷涂具有亚微米结构Ｗｃ颗粒的Ｇ粉末，获得的涂层呈典型的层状结构，涂层硬度更高，孔隙率更低，同时涂层断裂韧度较大，但是层间结合力低，脱碳趋势较大。（２）对于ＷＣ颗粒粒径较大的Ｈ粉末，在喷涂过程中喷丸效应显著，涂层层状结构减弱，涂层结合强度提高，表面残余压应力较大，耐蚀性能更好。［１］［２］参考文献ＩＢＲＡＨＩＭＡ，ＢＥＭＤＴＣＣ．ＦａｔｉｇｕｅａｎｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆＨＶＯＦｓｐｒａｙｅｄＷＣＣｏｃｏａｔｉｎｇｓａｎｄｈａｒｄｃｈｒｏｍｅｐｌａｔｉｎｇ［Ｊ］．ＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＡ，２００７，４５６（ｉ一２）：Ｉ１４一Ｉ１９．ＰＩＣＡＳＪＡ，ＦＯＲＮＡＡ，ＭＡＴＴＨＡＵＳＧ．ＨＶＯＦｃｏａｔｉｎｇｓａｓａｎ［３］［４］Ｅ５］［６］［７］ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｔｏｈａｒｄｃｈｒｏｍｅ—２００６，２６１：４７７４８４．杨雪，叶福兴，崔崇，等．ＨＶＯＦ喷涂亚微米级ＷＣ一１２Ｃｏ涂层物相变化与耐磨损性能［Ｊ］．热喷涂技术，２００９，ｌ（２）：５３５７．ＣＨＩＶＡＶＩＢＵＩＰＷＡＴＡＮＡＢＥＭ，ＳＥＩＪＩＫ，ｅｔａ１．ＥｆｆｅｃｔｓｏｆｃａｒｂｉｄｅｓｉｚｅａｎｄＣｏｃｏｎｔｅｎｔｏｎｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＨＶＯＦ－ｓｐｒａｙｅｄＷＣｃｏｃｏａｔｉｎｇｓ￣Ｊ］．Ｓｕｒｆａｃｅ＆ＣｏａｌｉｎｇｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００７，２０２（３）：５０９～５２１．—ＥＶＡＮＳＡ（，ＷＩＩＳＨＡＷＴＲ．Ｑｕａｓｉｓｔａｔｉｃｓｏｌｉｄｐａｒｔｉｃｌｅｄａｍａｇｅｉｎｂｒｉｔｔｌｅｓｏｌｉｄｓ．Ｐａｒｔ１，ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ，ａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓＥＪ］．Ａｃｔａｍｅｔａｌｌ，１９７６，２４（１Ｏ）：９３９９５６．ＧＵＩＩＥＭＡＮＹＪＭ，ＣＩＮＣＡＮ，ＤＯＳＴＡＳ，ｅｔａ１．Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｕｒｏｆｔｈｅｒｍａｌｓｐｒａｙｅｄｎｉｔｉｎｏｌｃｏａｔｉｎｇｓ［Ｊ］．ＣｏｒｒｏｓｉｏｎＳｃｉ—ｅｈｃｅ，２００９，５１（１）：ｌ７１１８Ｏ．ＶＥＲＤＩＡＮＭＭ，ＲＡＥＩＳＳＩＫ，ＳＡＩ．ＥＨＩＭ．ＣｏｒｒｏｓｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｔｅｏｆＨＶＯＦａｎｄＡＰＳｔｈｅｒｍａｌｌｙｓｐｒａｙｅｄＮｉＩ＇ｉｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃｃｏａｔｉｎｇｓｉｎ３．５ＮａＣ１ｓｏｌｕｔｉｏｎ［Ｊ］．ＣｏｒｒｏｓｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅ，２０１０，５２（３）：１０５２１０５９．收稿日期：２０１０１２－０９；修订日期：２０１１－０７０５作者简介：崔永静（１９８４一），男，硕士研究生，从事热喷涂技术方面的研究工作，联系地址：北京航空材料研究院表面腐蚀与防护研究室—（１０００９５），Ｅｍａｉｌ：ｃｕｉｙｏｎｇＪｉｎｇ＠１２６．ｃｏｍ