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超音速火焰喷涂制备亚微米结构WC-12Co涂层研究

作　者: 李杨
导　师: 叶福兴
学　校: 天津大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 超音速火焰喷涂亚微米结构WC-12Co涂层显微硬度滑动磨损径向送粉
分类号: TG174.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文选用含有微米级和亚微米级WC粒子的团聚烧结型WC-12Co热喷涂粉末,采用超音速火焰喷涂技术,制备了高硬度、高耐磨性的WC-12Co金属陶瓷涂层。研究了WC硬质颗粒的大小和超音速火焰喷涂工艺参数对所制备涂层的显微结构、相结构、孔隙率和耐磨性等影响规律。在其他参数固定不变的情况下,以涂层显微硬度和孔隙率为指标,研究了改变丙烷流量、喷涂距离、枪管长度及冷却条件等参数对涂层组织性能的影响,并进行了简单的工艺优化实验。研究结果表明,制备亚微米结构WC-12Co涂层的优化工艺参数为:氧气气压0.7MPa,氧气流量166L/min,丙烷气气压0.65MPa,丙烷气流量16.7L/min,喷涂距离300mm。采用最优工艺参数制备的亚微米结构WC-12Co涂层孔隙率为1.25%,比微米涂层低;显微硬度为1110 HV0.1左右,比同条件下微米涂层高200HV0.1。对涂层微观组织分析表明,涂层与基体结合良好,结合方式主要为机械结合,涂层中孔隙分布均匀细小,亚微米尺寸的WC颗粒均匀分布在Co粘结相中。对涂层XRD图谱分析表明,亚微米结构WC-12Co涂层和微米结构涂层在选定的喷涂参数下WC分解都不严重,涂层很好的保留WC相,且实验中的喷涂参数变化(丙烷流量,喷管长度,冷却条件)对涂层相结构的影响不大。轴向送粉制备的亚微米结构涂层的相结构更加复杂,出现了WC的分解产物W2C及W,且涂层中W2C相含量相对较多;径向送粉条件下涂层中只出现极少量的W2C分解产物,涂层XRD图谱与粉末XRD图谱相差不大,在较大程度控制了WC的分解。在载荷25kg、转速为200r/min时,基体45号钢磨损3个小时后磨损体积大约是相同条件下亚微米结构WC-12Co涂层磨损体积的287倍。WC-12Co涂层在滑动磨损条件下磨损机制兼有有粘着磨损,磨粒磨损,表面疲劳,摩擦氧化。但是涂层的磨损主要是对Co相的粘着、切削以及WC颗粒的剥落和疲劳裂纹导致的涂层块状剥落。径向送粉条件下制备的涂层比轴向送粉条件制备的亚微米结构涂层具有更良好的耐磨损性能。亚微米结构WC-12Co涂层在各磨损条件下磨损体积均小于传统微米WC-12Co涂层,亚微米涂层在长时间重载条件下体现出更大的优越性。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-20
  1.1 热喷涂原理与特点  8-11
    1.1.1 热喷涂原理  8-9
    1.1.2 热喷涂技术的分类及特点  9-11
  1.2 超音速火焰喷涂技术的原理和发展应用  11-13
    1.2.1 超音速火焰喷涂技术的原理  11-12
    1.2.2 超音速火焰喷涂的应用和发展趋势  12-13
  1.3 热喷涂耐磨涂层  13-16
    1.3.1 热喷涂耐磨涂层材料  13
    1.3.2 热喷涂耐磨涂层的应用  13-16
  1.4 热喷涂WC-Co 硬质合金涂层  16-18
  1.5 本文的选题背景、意义及主要研究内容  18-20
第二章实验条件及原理  20-29
  2.1 实验材料的选择  20-21
  2.2 WC-12Co 涂层的制备  21-24
    2.2.1 喷涂设备  21-22
    2.2.2 基体表面预处理  22-24
  2.3 涂层的组织观察  24-25
    2.3.1 涂层的宏观表面形貌观察  24
    2.3.2 涂层的金相组织观察  24
    2.3.3 涂层的微观形貌分析（SEM）  24-25
  2.4 涂层孔隙率的测定  25
  2.5 涂层硬度的测量  25-26
  2.6 涂层的物相分析（XRD）  26
  2.7 涂层的耐磨性能分析  26-29
第三章亚微米结构WC-12Co 涂层组织性能分析  29-39
  3.1 工艺参数对涂层性能的影响  29-34
    3.1.1 丙烷流量对涂层性能的影响  29-32
    3.1.2 冷却条件对涂层性能的影响  32-33
    3.1.3 枪管长度对涂层性能的影响  33
    3.1.4 喷涂距离对孔隙率的影响  33-34
  3.2 涂层中孔隙的形成机理及分布  34-35
  3.3 孔隙率与显微硬度的关系  35-36
  3.4 涂层至基体显微硬度的变化  36-37
  3.5 涂层表面和截面显微硬度的各向异性  37-38
  3.6 本章小结  38-39
第四章 WC 颗粒尺寸对涂层组织结构影响分析  39-49
  4.1 亚微米涂层与微米涂层微观组织对比  39-41
  4.2 涂层相组成分析  41-46
    4.2.1 亚微米结构涂层相组成分析  41-44
    4.2.2 WC-12Co 涂层的脱碳机制分析  44-45
    4.2.3 WC 颗粒尺寸对涂层相结构影响  45-46
  4.3 送粉方式对涂层组织性能影响分析  46-48
  4.4 本章小结  48-49
第五章 WC-12Co 涂层耐滑动磨损性能分析  49-60
  5.1 干摩擦条件下涂层耐磨性能  49-56
    5.1.1 干摩擦磨损实验结果分析  49-51
    5.1.2 涂层摩擦系数分析  51-53
    5.1.3 亚微米WC-12Co 涂层磨损机制分析  53-56
  5.2 油润滑条件下涂层耐磨性能  56
  5.3 WC 颗粒尺寸对涂层耐磨性能影响分析  56-58
  5.4 送粉方式对涂层耐磨性能影响分析  58-59
  5.5 本章小结  59-60
第六章结论  60-61
参考文献  61-64
发表论文和参加科研情况说明  64-65
致谢  65

超音速火焰喷涂制备亚微米结构WC-12Co涂层研究

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