超音速火焰喷涂金属陶瓷涂层的抗磨损和耐腐蚀性能研究
殷傲宇
中国知网
摘要:本文基于超音速火焰喷涂替代传统电镀硬铬技术的研究，以解决飞机起落架、轮轴等部件上的高效耐磨防护涂层的制备与应用性能考评。首先釆用超音速火焰喷涂技术在高强结构钢表面上制备WC-10Co4Cr 涂层和 Cr3C2-25NiCr 涂层，采用 OM、SEM、EDS、XRD等分析手段研究了涂层的显微组织与物相结构以及摩擦磨损等常规表征，最后重点研究了涂层在水和沙砾环境介质中的摩擦磨损行为，系统考察了环境介质、摩擦副、载荷等不同服役条件下涂层的磨损行为及其影响规律，同时与传统硬铬镀层进行了对比研究，旨在为碳化物涂层替代硬铬镀层应用于海水、沙尘等环境气候的关键零部件表面防护提供理论基础，为航空材料涂层设计和性能提高提供参考数据。
研究结果发现，经过优化工艺制备的WC-10Co4Cr涂层和Cr3C2-25NiCr涂层组织均匀致密与基材结合良好，孔隙率较低。WC-10Co4Cr涂层的主要物相为WC硬质相以及粘结相Co。而Cr3C2-25NiCr涂层主要由Cr3C2硬质相和NiCr粘结相组成，喷涂过程中粉末中的碳化物在高温焰流中发生了少量脱碳。砂带摩擦磨损试验表明，30CrMnSiA钢与SiC砂带摩擦过程中发生严重的粘着磨损使得磨损量加大，抗磨损性能不足；表面沉积陶瓷涂层可以显著增加其抗摩擦磨损性能，其中WC-10Co4Cr涂层由于高硬度的WC颗粒与高韧性的Co基结合良好使其具有优异的抗摩擦磨损性能。硬铬镀层则由于SiC磨粒的疲劳磨损使镀层表面出现裂纹和层状破碎，抗磨损性能较差。
球盘干磨损试验表明，GCr 15摩擦副由于硬度偏小以及铁元素润湿涂层材料，在磨擦过程中发生严重的粘着磨损，导致摩副材料大量转移至涂层摩擦表面，并使摩擦系数处于较高水平。以ai2O3作对摩副时，载荷因素对WC-10Co4Cr涂层的影响较小，摩擦系数保持在0.65左右，体积磨损率低于3X10_8mm3/N ? m。而Cr3C2-25NiCr涂层和硬铬镀层由于在表面润滑膜生成和微凸体变化，使得摩擦系数呈现先增大后减小，磨损率则随着载荷加大而明显加大。
电化学和盐雾试验表明，涂层和硬铬镀层对基体的腐蚀电位都有所提高，腐蚀电流则提高了 1?2个数量级。陶瓷涂层在中性盐雾腐蚀试验中表现出良好的抗腐蚀性能，耐腐蚀水平明显高于硬铬镀层。
砂砾-水环境下球盘磨损试验表明，水的润滑能够显著降低Cr3C2-25NiCr涂层的摩擦系数。随着载荷增大，涂层的摩擦失重机制由微切削向裂纹扩展及分层剥落转变。砂粒介质的尺寸影响着磨粒在摩擦中的参与程度，一定大小的的沙砾能够和陶瓷球摩副形成协同磨损机制；而沙砾本身也在磨损过程中发生破碎和细化。
关键词：WC_10Co4Cr涂层，Cr3C2_25NiCr涂层，砂砾-水环境，摩擦磨损
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