HVOF与APS喷涂WC-12Co涂层组织与性能研究
尤群
中国知网
摘要
钴基碳化钨因为其高熔点、高硬度，较好的耐磨性能，被广泛的应用于航空、航天和汽车等耐磨零件上。本文分别采用等离子喷涂(APS)和高速火焰喷涂(HVOF)工艺在 Q235 钢板表面制备 WC-12Co 涂层，利用正交试验方法对等离子喷涂参数进行了优化，并对两种方法所制备涂层的微观组织与力学性能进行了对比研究。
研究表明，当等离子喷涂电流为 500A，氢气流量 2.4L/min，送粉量 50g/min，喷涂距离为 100mm 时，涂层的组织与性能较好。利用扫描电子显微镜（SEM）和 X 射线仪（XRD）等手段对两种工艺所制备 WC-12Co 涂层的显微组织进行研究与分析，并且测试了两种涂层的显微硬度、结合强度、耐磨性能和孔隙率的大小。试验结果表明：1. 两种涂层表面 XRD 图谱中除了 WC 和 Co 外，还检测到了大量的 W2C 和微量的Co3W3C 和 Co6W6C。对比研究发现，上述碳化物在等离子喷涂制备的 WC-12Co涂层中的含量明显高于高速火焰喷涂所制备的 WC-12Co 涂层；2. 微观分析表明，等离子喷涂与高速火焰喷涂涂层均存在较多的孔隙。采用金相显微镜法测试孔隙率，APS 涂层的平均孔隙率为 5.0%，而 HVOF 涂层的平均孔隙率为 2.4%；3. 显微硬度测试表明，等离子喷涂制备的涂层截面和表面的显微硬度分别为 827HV和 1083HV，高速火焰喷涂涂层截面和表面显微硬度分别为 1161HV 和 1486HV；4. 磨损试验结果表明，两种方法所制备涂层在磨损初始阶段失重量都较大，最终趋于平缓，但等离子喷涂层失重量明显高于高速火焰涂层失重量；5. 拉伸测试表明，等离子喷涂层结合强度为 30.0MPa，高速火焰喷涂层结合强度为55.9MPa，高速火焰喷涂层与基体的结合强度明显高于等离子喷涂涂层的结合强度。
综上所述，与 APS 喷涂工艺对比，无论从微观组织还是力学性能方面，HVOF 喷涂 WC-12Co 都具有独特的优越性。首先，HVOF 火焰温度比等离子弧低，有效地抑制了 WC-12Co 的脱碳和分解；其次，HVOF 的射流速度比较高，喷涂粒子速度可达到 650m/s，熔融的颗粒在空气介质中停留时间相对较短，也可有效地减少粉末的脱碳和分解，并且由于颗粒的动能大，涂层与基体的结合更加紧密。
关键词：高速火焰喷涂(HVOF)，等离子喷涂(APS)，WC-12Co 涂层，组织与性能
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