热喷涂WC基金属陶瓷涂层的制备及性能研究

CORC > 兰州化学物理研究所 > 中国科学院兰州化学物理研究所 > 先进润滑与防护材料研究发展中心

题名	热喷涂WC基金属陶瓷涂层的制备及性能研究
作者	侯国梁
学位类别	工学博士
答辩日期	2013-05-20
授予单位	中国科学院大学
导师	陈建敏 ; 周惠娣
关键词	WC基金属陶瓷涂层热喷涂摩擦磨损润滑气蚀 WC-based cermet coating Thermal spray Friction and wear Lubrication Cavitation erosion
学位专业	材料学
中文摘要	本文使用超音速火焰喷涂（HVOF）和大气等离子喷涂（APS）技术制备了WC-17Co、WC-(W,Cr)₂C-Ni、WC-(W,Cr)₂C-Ni/Ag/BaF₂-CaF₂ 等多种 WC基金属陶瓷涂层，对其摩擦磨损性能和气蚀性能进行了详细研究。考察了热喷涂工艺对涂层显微组织和相结构的影响，研究了组织结构与氧化或腐蚀性能的关系，评价了力学性能对耐磨性能的影响及腐蚀对气蚀性能的影响。主要研究结果如下： 1. 采用HVOF 制备了 WC-17Co 和 WC-(W,Cr)₂C-Ni 涂层，研究了它们的微观组织、相结构及氧化性能，结果表明： WC-(W,Cr)₂C-Ni 涂层中形成了 “双层核壳”显微结构，该结构可有效阻止涂层中 WC 相在高温下的氧化，显著提高了涂层的抗氧化性能；而WC-17Co涂层中因不存在该结构，其耐高温氧化性能较差。另外，对两种涂层的力学性能和摩擦磨损性能进行了研究，结果表明：从室温到600 ℃，WC-17Co涂层由于力学性能更好，其耐磨损性能更佳；而在高温800 ℃时，WC-17Co涂层因严重氧化，力学性能变差，耐磨性能大幅降低；而 WC-(W,Cr)₂C-Ni 涂层中的特殊显微结构，在高温条件下有效保留了涂层中的WC硬质相，同时在高温环境中形成的纳米氧化物颗粒起到了增强增韧的作用，明显改善了涂层的力学性能，使得其在800 ℃具有优异的耐磨损性能。 2. 系统研究了热处理温度对HVOF 制备的WC-(W,Cr)₂C-Ni 涂层微观组织、相结构、力学性能和摩擦磨损性能的影响，结果表明：涂层中氧化物颗粒的尺寸随温度升高逐渐增大；涂层硬度则随温度的升高先增大后减小，在800 ℃时达到最大；而经700 ℃热处理后，涂层具有最佳的韧性和耐磨损性能，从室温~800 ℃，其磨损率都仅在10^-7 mm³ /N·m量级，表明该涂层为性能优异的宽温域耐磨涂层。 3. 利用 APS 制备了 WC-(W,Cr)₂C-Ni 涂层，考察了喷涂功率对涂层显微组织、相结构和力学性能的影响。当喷涂功率为22.5 kW时，制备的涂层具有最高的硬度和断裂韧性。继而利用 APS 在此功率下制备了一系列WC-(W,Cr)₂C-Ni/Ag/BaF₂-CaF₂ 复合涂层，研究了它们的力学性能和摩擦磨损性能，结果表明：涂层硬度随润滑剂含量的增加而逐渐降低；当润滑剂的添加量为30 wt.%时，涂层在20~600 ℃具有良好的减摩抗磨性能，同时其摩擦对偶的磨损也大幅降低，说明该涂层在室温~600 ℃范围内，是一种性能良好的自润滑涂层。 4. 采用 HVOF 制备了 WC-17Co、WC-17Co/NiCr、WC-(W,Cr)₂C-Ni、NiC和 Fe 基非晶五种涂层，考察了它们的组织结构、显微硬度和腐蚀性能，以及在去离子水和人工海水中气蚀性能，结果表明：硬度和孔隙率是影响涂层材料在去离子水中气蚀性能的两个关键因素，而人工海水对涂层材料产生的化学作用则是影响它们在人工海水中气蚀性能的重要因素；孔隙或点蚀坑周围扁平粒子的优先剥落、低硬度材料的韧性断裂是热喷涂涂层材料气蚀损坏的主要机制；在人工海水中，WC-17Co 涂层因形成了连续的反应膜，且反应产物可以有效填充涂层中的孔隙，从而表现出最好的抗腐蚀-耐气蚀性能。
公开日期	2014-05-03
内容类型	学位论文
源URL	[http://210.77.64.217/handle/362003/5557]
专题	兰州化学物理研究所_先进润滑与防护材料研究发展中心
推荐引用方式 GB/T 7714	侯国梁. 热喷涂WC基金属陶瓷涂层的制备及性能研究[D]. 中国科学院大学. 2013.