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  • 超音速碳化鎢噴涂制備碳化鎢涂層

    發(fā)布者: 澤誠機械  時間:2019-5-22 11:43:59

         超音速火焰噴涂(high velocity oxyfuel spraying, HVOF)是20世紀80年代初在普通火焰噴涂的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型熱噴涂技術(shù)。它是利用氫、乙炔、丙烯、煤油等做燃料,用氧氣作助燃劑,在燃燒室或特殊的噴嘴中燃燒,產(chǎn)生2100m/s以上速度的超音速燃焰,同時將粉末送進火焰中,產(chǎn)生熔化或半熔化的粒子,高速撞擊在基體表面上沉積形成涂層。超音速火焰噴涂具有火焰速度高、溫度低、涂層結(jié)合強度高、致密性好、硬度高,孔隙率低、氧化物含量低等優(yōu)點。該工藝現(xiàn)在已發(fā)展到航空、冶金、紡機、汽車、鐵路等領(lǐng)域的大量應(yīng)用,代表了現(xiàn)代熱噴涂技術(shù)發(fā)展的方向。超音速火焰噴涂技術(shù)在帶來顯著社會效益的同時也具有顯著的經(jīng)濟效益。據(jù)市場估計,2015年超音速火焰噴涂工藝將在熱噴涂業(yè)擁有25%的市場。該技術(shù)具有火焰溫度相對較低(約 2600~3000℃)、焰流速度高,噴涂過程中可有效抑制和減少碳化鎢的分解,所獲涂層可保留碳化鎢相的耐磨特性,因此該工藝特別適合于噴涂耐磨性能良好的碳化鎢類材料,所獲碳化鎢涂層材料可以提供非常好的抗磨損和抗腐蝕性能。

      中南大學近期報道了采用超音速火焰噴涂法在45#鋼表面制備碳化鎢基涂層的工作,取得了較好的效果。他們以WC、Co 、Cr 等為原料,根據(jù)WC10Co4Cr 成分配制原料,原料經(jīng)攪拌球磨、噴霧造粒和真空燒結(jié)制得各粉末塊體,然后通過破碎篩分、分級和合批控制噴涂粉末粒度為 15~45μm。經(jīng)檢測,所得噴涂粉末球形度高,流動性好(~13 s/50g),粉末松裝密度相近(4.8~5.0 g/cm3),單顆粉末呈疏松結(jié)構(gòu);粉末物相均為 WC 和 Co 相。涂層試樣基體材料為 45#鋼,噴涂前基體表面經(jīng) 50~70目白剛玉噴砂處理,然后用壓縮空氣吹掃樣品表面。采用機械手固定的 Praxair JP8000超音速火焰噴槍制備碳化鎢基涂層。

      對所獲涂層的檢測表明,涂層厚度達到300微米,沉積效率達到55.15%,孔隙率為0.32%;涂層物相主要由 WC 相組成,還含有少量 W2C相和非晶相或納米晶相,未出現(xiàn) W 或η相(Co6W6C、Co3W3C),表明顆粒在焰流中停留時間極短,粉末脫碳程度小,涂層中保存了粉末中的 WC 硬質(zhì)相,有利于涂層耐磨性的提高。實驗中氧氣和煤油流量設(shè)定不變即噴涂時控制火焰溫度一致;加之采用新型噴槍和高效率的冷卻系統(tǒng),減少了脫碳程度。涂層脫碳程度小的主要原因有:(1)粉末中無η相;(2)該實驗氧氣流量和煤油流量設(shè)計有利于獲得相對較低的火焰溫度,(3)噴槍移動速度快和噴涂過程壓縮空氣的冷卻,使涂層受熱程度較低。
      硬度、磨粒磨損和抗鹽霧腐蝕性能測試表明,涂層顯微硬度達到近1300HV,體積磨損量相當小;涂層在中性鹽霧腐蝕環(huán)境下360小時,仍然保持表面光滑并具有金屬光澤,未發(fā)生腐蝕,說明涂層耐腐蝕能力強。由于添加 Cr 后易于在涂層表面形成很薄的 Cr2O3陶瓷層,因而提高了該涂層的耐腐蝕性能。
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