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碳化鎢噴涂顆粒尺寸涂層組織與性能的影響
碳化鎢噴涂顆粒尺寸涂層組織與性能的影響碳化鎢噴涂于原始粉末中WC的尺寸，而涂層中碳化鎢顆粒大小直接影響噴涂涂層的性能。采用納米粉末制備的納米碳化鎢涂層比傳統(tǒng)微米粉末制備的微米碳化鎢涂層具有更高的硬度和韌性，耐磨性能更加優(yōu)良。新的研究表明，采用微納米復(fù)合粉末制備的碳化鎢涂層性能更優(yōu)于納米粉末制備的碳化鎢的性能。但目前相關(guān)報(bào)道較少。因此，文中系統(tǒng)研究了超音速火焰噴涂納米、微納米復(fù)合及微米碳化鎢涂層的組織結(jié)構(gòu)及性能，探討原始粉末WC顆粒尺寸對(duì)涂層組織與性能的影響。1試驗(yàn)1.1碳化鎢涂層制備噴涂粉末采用具有納米、納米微米混合及微米尺寸WC顆粒的3種WC-CoCr粉末，即FN-WC、PN-WC和M-WC。FN-WC粉末中納米WC顆粒通過團(tuán)聚，形成微米級(jí)或亞微米的顆粒，并通過粘接劑形成粉末顆粒，如圖1(a)(b)所示，顆粒的平均粒度為18.85-37.56μm，松裝密度為5.48g/cm3。PN-WC粉末形貌如圖1(c)(d)所示，粉末截面組織中可觀察到部分游離態(tài)的納米顆粒以及大部分亞微米或微米級(jí)顆粒，粉末平均粒度為23.33-44.79μm，松裝密度為5.6g/cm3。M-WC粉末形貌如圖1(e)(f)所示，粉末端面組織中的WC顆粒粒徑為0.5-3μm，粉末粒度為21-50μm，松裝密度為5.0g/cm3。?XRD衍射對(duì)比(圖2)及分析結(jié)果(表1)可看出FN-WC粉末中WC顆粒尺寸稍小、PN-WC中WC顆粒尺寸次之，M-WC粉末中WC顆粒尺寸稍大。表1WC主峰半高寬Powder?FWHM/(°)FN-WC?0.194PN-WC?0.157M-WC?0.148基體采用0Cr13Ni5Mo馬氏體不銹鋼。噴涂前對(duì)基體表面進(jìn)行清洗、噴砂處理。噴涂設(shè)備為美國(guó)SulerMecto公司生產(chǎn)的HVOF，噴涂時(shí)用丙烷為燃?xì)猓邏貉鯕鉃橹細(xì)?，氮?dú)鉃樗头蹥狻娡抗に噮?shù)如表2所示。表2噴涂參數(shù)Parameters?ValuesPressure(O2)/MPa?1.0Flowrate(O2)/(L·min-1)?240Pressure(C3H8)/MPa?0.6Flowrate(C3H8)/(L·min-1)?68Spraydistance/mm?2001.2涂層組織及力學(xué)性能試驗(yàn)涂層微觀組織分析采用FeiQuata400HV型掃描電鏡，并根據(jù)JB/T75059-1994統(tǒng)計(jì)涂層孔隙率；依據(jù)GB/T8642-2002中規(guī)定的對(duì)偶件拉伸試驗(yàn)方法對(duì)涂層結(jié)合強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試。結(jié)合強(qiáng)度試驗(yàn)在CSS-44300型電子試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，加載速度不大于(1000±100)N/s；采用HDX-1000TMC/LCD型顯微硬度計(jì)對(duì)涂層顯微硬度進(jìn)行測(cè)量，載荷300g，保載時(shí)間15s，每個(gè)試樣測(cè)試9點(diǎn)，涂層顯微硬度取其平均值。1.3涂層沖蝕磨損試驗(yàn)試驗(yàn)采用與日本ACT-JP試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)類似的顆粒沖蝕磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行。沖蝕試驗(yàn)參數(shù)為：沖蝕距離100mm-1，噴嘴內(nèi)徑3.6～4.0mm，噴嘴長(zhǎng)度為22mm，磨料為棕剛玉，粒度為149μm(100目)，壓縮空氣壓力分別為0.3MPa，沖蝕角度分別為15°和90°。2結(jié)果與討論2.1涂層微觀組織圖3為噴涂涂層截面SEM形貌。分別對(duì)3種涂層5000倍下的組織進(jìn)行孔隙率統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明：FN-WC、PN-WC和M-WC涂層孔隙率分別為2.1%、2.0%和2.3%，涂層孔隙率相當(dāng)。經(jīng)過放大后的組織中可以看到FN-WC涂層中的大多數(shù)WC粒子直徑小于100nm，如圖3(a2)所示。此外，部分扁平粒子邊界部位可以觀察到不含納米WC粒子，如圖3(a2)所示的部分高亮白色金屬區(qū)域，這可能是納米粒子在超音速火焰焰流中發(fā)生了部分熔化，使得該區(qū)域細(xì)小的納米WC粒子在高溫下發(fā)生了分解所致。PN-WC涂層中，大多數(shù)WC粒子的粒徑大于500nm，甚至達(dá)到了2μm左右，但同時(shí)也可見涂層中存在部分納米級(jí)粒子，如圖3(b2)所示。M-WC涂層中，WC顆粒為微米級(jí)，噴涂過程中大的WC顆粒發(fā)生破碎，該破碎形貌保留至涂層中，破碎后的小的碳化鎢顆粒間的金屬粘結(jié)相不足，如圖3(c2)所示。2.2涂層相結(jié)構(gòu)圖4所示FN-WC涂層、PN-WC涂層和M-WC涂層的XRD分析結(jié)果。處理后，F(xiàn)N-WC涂層中W2C相的相對(duì)峰高稍高，說(shuō)明FN-WC涂層在噴涂過程中發(fā)生分解程度較高，該結(jié)果與涂層微觀組織形貌分析結(jié)果相同。納米碳化鎢顆粒在超音速焰流中容易發(fā)生分解，當(dāng)粉末粒子中的大部分WC以納米粒子存在時(shí)，其在焰流中的分解越嚴(yán)重。PN-WC涂層和M-WC涂層中的WC顆粒大部分以微米或亞微米尺寸存在，不容易發(fā)生分解，XRD圖譜中只觀察到少量的W2C相。?2.3涂層顯微硬度涂層硬度是指材料在表面上的不大體積內(nèi)抵抗變形或者破裂的能力，其大小很大程度上影響著涂層的耐磨性和抗沖蝕性。圖5為3種碳化鎢涂層的顯微硬度測(cè)試結(jié)果。PN-WC和FN-WC涂層的維氏硬度分別為1241HV0.3和1254HV0.3，略高于M-WC涂層的硬度1229HV0.3。其中PN-WC涂層的硬度分別更為集中。結(jié)合圖3中3種涂層的顯微組織結(jié)構(gòu)照片，可以看出，F(xiàn)N-WC涂層中存在WC顆粒分解后的純金屬區(qū)域，而M-WC涂層中存在許多WC破碎顆粒，上述兩種涂層中的組織不均勻?qū)е缕溆捕戎捣植挤稚?，而PN-WC涂層中微米納米WC顆粒分布均勻，因此，其硬度值分布集中。2.4涂層結(jié)合強(qiáng)度表3為涂層結(jié)合強(qiáng)度，可見PN-WC涂層結(jié)合強(qiáng)度平均值大于73.5MPa，拉伸過程中主要斷裂于粘結(jié)膠內(nèi)部。M-WC涂層結(jié)合強(qiáng)度平均值與PN-WC涂層相當(dāng)，且上述兩種涂層結(jié)合強(qiáng)度均略高于FN-WC涂層結(jié)合強(qiáng)度，這可能與FN-WC全納米涂層在超音速焰流中的氧化、WC顆粒分解等現(xiàn)象有關(guān)。FN-WC全納米涂層中3~5號(hào)試樣均斷裂于涂層中。表3涂層結(jié)合強(qiáng)度Coating?Bondingstrength/MPa?Meanvalue/MPa?Fratureposition?1?2?3?4?5??FN-WC?72.3?74.8?62.6?70.4?63.2?68.7?Coating+gluePN-WC?70.7?75.8?72.0?76.9?72.3?73.5?GlueM-WC?73.2?69.4?77.2?76.3?68.6?72.9?Glue2.5涂層沖蝕磨損性能按照每15s、100g對(duì)應(yīng)目數(shù)砂粒完成沖蝕試驗(yàn)，每次完成沖蝕進(jìn)行稱重，沖蝕完后，以累積的沖蝕磨損損失質(zhì)量作為基礎(chǔ)，并換算成涂層磨蝕產(chǎn)生的體積損失，將磨蝕體積損失作為耐沖蝕性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)累計(jì)體積損失進(jìn)行線性擬合，擬合直線斜率的倒數(shù)定義為沖蝕磨損助力Re，在相同的試驗(yàn)條件下，Re值越高說(shuō)明被測(cè)涂層抗沖蝕磨損性能越好。FN-WC涂層、PN-WC涂層和M-WC涂層在小角度下(15°)的沖蝕磨損結(jié)果如圖6所示?？梢钥闯?，盡管采用了全納米WC粒子，但FN-WC涂層抗沖蝕磨損性能并未得到明顯提高，相反采用納米微米混合WC制備的PN-WC涂層，其抗沖蝕磨損阻力得到顯著提高。相對(duì)于M-WC涂層材料，采用納米微米混合的WC顆粒制備的PN-WC涂層，其抗沖蝕性能得到明顯提升，抗沖蝕阻力約為傳統(tǒng)涂層的1.5倍、0Cr13Ni5Mo基體的2.3倍。涂層中WC硬質(zhì)相通過CoCr合金金屬相粘結(jié)，與硬質(zhì)相相比，在水輪機(jī)真實(shí)工況即小角度沖蝕條件下，金屬相的抗磨蝕能力較差。?圖615°攻角下涂層沖蝕磨損體積損失PN-WC涂層中存在大WC顆粒及小WC顆粒硬質(zhì)相，且該兩種硬質(zhì)相均勻的分布于CoCr合金金屬相中，如圖3(b1)(b2)所示。當(dāng)砂粒小角度沖蝕涂層時(shí)，涂層中的金屬相易于被磨蝕，裸露出大的硬質(zhì)顆粒相，隨著沖蝕過程的繼續(xù)，大顆粒硬質(zhì)相周圍的CoCr合金相將被沖蝕掉，從而導(dǎo)致大顆粒脫落。但是，由于PN-WC涂層中大顆粒硬質(zhì)相周圍的金屬粘結(jié)相中分布的小顆粒硬質(zhì)相能夠抵抗砂粒的沖蝕，緩解金屬粘結(jié)相的沖蝕情況，從而延緩?fù)繉又写箢w粒硬質(zhì)相的脫落。因此，PN-WC涂層表現(xiàn)出更加優(yōu)異的抗沖蝕性能。FN-WC涂層中的WC顆粒的分解是導(dǎo)致其沖蝕性能下降的主要原因。M-WC涂層中破碎后的小的碳化鎢顆粒間的金屬粘結(jié)相不足從而影響涂層的沖蝕性能。圖7為90°攻角下FN-WC涂層、PN-WC涂層和M-WC涂層的沖蝕磨損體積損失?？梢钥闯?，3種涂層的沖蝕體積損失變化趨勢(shì)相當(dāng)，PN-WC和FN-WC涂層的抗沖蝕磨損阻力Re分別為4.70×104g/cm3和4.68×104g/cm3，略微高于M-WC涂層的抗沖蝕磨損阻力，3種涂層在90°攻角下的沖蝕體積損失明顯高于基體。研究表明，金屬材料在90°攻角下比WC涂層具有更好的抗沖蝕性能。圖8為FN-WC、PN-WC和M-WC涂層的沖蝕磨損形貌對(duì)比。3種涂層在90°攻角下的沖蝕磨損痕跡均比15°攻角下的沖蝕磨損痕跡明顯。犁溝狀的沖蝕磨損痕跡顯得更加粗大，這證明了在90°攻角下沖蝕過程中發(fā)生的體積損失比15°攻角下的更嚴(yán)重。在15°攻角下，PN-WC涂層表面的沖蝕犁溝痕跡不如FN-WC、M-WC涂層表面的沖蝕犁溝痕跡明顯，僅能觀察到少量的犁溝。結(jié)合3種涂層在15°攻角下的沖蝕阻力，PN-WC由于具有較優(yōu)的抗沖蝕性能，其表面的犁溝較淺、較窄。而FN-WC、M-WC涂層抗沖蝕阻力較低，因此其犁溝比較明顯。結(jié)論(1)碳化鎢噴涂采用HVOF工藝制備3種不同WC顆粒尺寸的涂層。FN-WC、PN-WC及M-WC涂層孔隙率相當(dāng)，但相結(jié)構(gòu)存在差異。FN-WC涂層中碳化鎢分解嚴(yán)重，PN-WC及M-WC涂層碳化鎢顆粒少量分解。(2)PN-WC涂層組織更均勻，WC相分解輕微，涂層硬度分布更集中，結(jié)合強(qiáng)度稍高，綜合性能優(yōu)異。在15°攻角下表現(xiàn)出較好的耐沖蝕性，在水輪機(jī)過流部件抗磨蝕損傷治理領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。(3)碳化鎢顆粒尺寸是影響涂層性能的重要因素，可以通過選擇適當(dāng)碳化鎢顆粒尺寸的粉末制備出性能良好的涂層。材料-設(shè)備-工藝-解決方案我們?cè)谕繉討?yīng)用方向積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，目前我們?cè)谠佻F(xiàn)著這些成功案例。我們將引領(lǐng)您完成涂層制造轉(zhuǎn)換過程，確保：快速生產(chǎn)啟動(dòng)；從材料、設(shè)備、工藝一應(yīng)俱全的、可靠的供應(yīng)解決方案；在您的現(xiàn)場(chǎng)或我們的技術(shù)中心進(jìn)行涂層試驗(yàn)；始終如一的涂層質(zhì)量和效率?，F(xiàn)在開始與我們合作，明日收獲成功！
顆粒
涂層
沖蝕
wc
pn-wc
fn-wc
m-wc
納米
粉末
產(chǎn)品描述
碳化鎢噴涂顆粒尺寸涂層組織與性能的影響 |
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碳化鎢噴涂于原始粉末中WC的尺寸，而涂層中碳化鎢顆粒大小直接影響噴涂涂層的性能。采用納米粉末制備的納米碳化鎢涂層比傳統(tǒng)微米粉末制備的微米碳化鎢涂層具有更高的硬度和韌性，耐磨性能更加優(yōu)良。新的研究表明，采用微納米復(fù)合粉末制備的碳化鎢涂層性能更優(yōu)于納米粉末制備的碳化鎢的性能。但目前相關(guān)報(bào)道較少。因此，文中系統(tǒng)研究了超音速火焰噴涂納米、微納米復(fù)合及微米碳化鎢涂層的組織結(jié)構(gòu)及性能，探討原始粉末WC顆粒尺寸對(duì)涂層組織與性能的影響。 |
XRD衍射對(duì)比(圖 2)及分析結(jié)果(表 1)可看出FN-WC粉末中WC顆粒尺寸稍小、PN-WC中WC顆粒尺寸次之，M-WC粉末中WC顆粒尺寸稍大。
表 1 WC主峰半高寬
Powder FWHM/(°)
FN-WC 0.194
PN-WC 0.157
M-WC 0.148
基體采用0Cr13Ni5Mo馬氏體不銹鋼。噴涂前對(duì)基體表面進(jìn)行清洗、噴砂處理。噴涂設(shè)備為美國(guó)SulerMecto公司生產(chǎn)的HVOF，噴涂時(shí)用丙烷為燃?xì)?，高壓氧氣為助燃?xì)猓獨(dú)鉃樗头蹥?。噴涂工藝參?shù)如表 2所示。
表 2 噴涂參數(shù)
Parameters Values
Pressure(O2)/MPa 1.0
Flow rate(O2)/(L·min-1) 240
Pressure(C3H8)/MPa 0.6
Flow rate(C3H8)/(L·min-1) 68
Spray distance/mm 200
1.2 涂層組織及力學(xué)性能試驗(yàn)
涂層微觀組織分析采用Fei Quata 400HV型掃描電鏡，并根據(jù)JB/T75059-1994統(tǒng)計(jì)涂層孔隙率；依據(jù)GB/T 8642-2002中規(guī)定的對(duì)偶件拉伸試驗(yàn)方法對(duì)涂層結(jié)合強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試。結(jié)合強(qiáng)度試驗(yàn)在CSS-44300型電子試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，加載速度不大于(1 000±100) N/s；采用HDX-1000TMC/LCD型顯微硬度計(jì)對(duì)涂層顯微硬度進(jìn)行測(cè)量，載荷300 g，保載時(shí)間15 s，每個(gè)試樣測(cè)試9點(diǎn)，涂層顯微硬度取其平均值。
1.3 涂層沖蝕磨損試驗(yàn)
試驗(yàn)采用與日本ACT-JP試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)類似的顆粒沖蝕磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行。沖蝕試驗(yàn)參數(shù)為：沖蝕距離100 mm-1，噴嘴內(nèi)徑3.6～4.0 mm，噴嘴長(zhǎng)度為22 mm，磨料為棕剛玉，粒度為149 μm(100目)，壓縮空氣壓力分別為0.3 MPa，沖蝕角度分別為15°和90°。
2 結(jié)果與討論
2.1 涂層微觀組織
圖 3為噴涂涂層截面SEM形貌。分別對(duì)3種涂層5 000倍下的組織進(jìn)行孔隙率統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明：FN-WC、PN-WC和M-WC涂層孔隙率分別為2.1%、2.0%和2.3%，涂層孔隙率相當(dāng)。經(jīng)過放大后的組織中可以看到FN-WC涂層中的大多數(shù)WC粒子直徑小于100 nm，如圖 3(a2)所示。 此外，部分扁平粒子邊界部位可以觀察到不含納米WC粒子，如圖 3(a2)所示的部分高亮白色金屬區(qū)域，這可能是納米粒子在超音速火焰焰流中發(fā)生了部分熔化，使得該區(qū)域細(xì)小的納米WC粒子在高溫下發(fā)生了分解所致。 PN-WC涂層中，大多數(shù)WC粒子的粒徑大于500 nm，甚至達(dá)到了2 μm左右，但同時(shí)也可見涂層中存在部分納米級(jí)粒子，如圖 3(b2)所示。M-WC涂層中，WC顆粒為微米級(jí)，噴涂過程中大的WC顆粒發(fā)生破碎，該破碎形貌保留至涂層中，破碎后的小的碳化鎢顆粒間的金屬粘結(jié)相不足，如圖 3(c2)所示。
2.2 涂層相結(jié)構(gòu)
圖 4所示FN-WC涂層、PN-WC涂層和M-WC涂層的XRD分析結(jié)果。處理后，F(xiàn)N-WC涂層中W2C相的相對(duì)峰高稍高，說(shuō)明FN-WC涂層在噴涂過程中發(fā)生分解程度較高，該結(jié)果與涂層微觀組織形貌分析結(jié)果相同。納米碳化鎢顆粒在超音速焰流中容易發(fā)生分解，當(dāng)粉末粒子中的大部分WC以納米粒子存在時(shí)，其在焰流中的分解越嚴(yán)重。PN-WC涂層和M-WC涂層中的WC顆粒大部分以微米或亞微米尺寸存在，不容易發(fā)生分解，XRD圖譜中只觀察到少量的W2C相。
2.3 涂層顯微硬度
涂層硬度是指材料在表面上的不大體積內(nèi)抵抗變形或者破裂的能力，其大小很大程度上影響著涂層的耐磨性和抗沖蝕性。圖 5為3種碳化鎢涂層的顯微硬度測(cè)試結(jié)果。PN-WC和FN-WC涂層的維氏硬度分別為1 241 HV0.3和1254 HV0.3，略高于M-WC涂層的硬度1 229 HV0.3。其中PN-WC涂層的硬度分別更為集中。結(jié)合圖 3中3種涂層的顯微組織結(jié)構(gòu)照片，可以看出，F(xiàn)N-WC涂層中存在WC顆粒分解后的純金屬區(qū)域，而M-WC涂層中存在許多WC破碎顆粒，上述兩種涂層中的組織不均勻?qū)е缕溆捕戎捣植挤稚?，而PN-WC涂層中微米納米WC顆粒分布均勻，因此，其硬度值分布集中。
2.4 涂層結(jié)合強(qiáng)度
表 3為涂層結(jié)合強(qiáng)度，可見PN-WC涂層結(jié)合強(qiáng)度平均值大于73.5 MPa，拉伸過程中主要斷裂于粘結(jié)膠內(nèi)部。M-WC涂層結(jié)合強(qiáng)度平均值與PN-WC涂層相當(dāng)，且上述兩種涂層結(jié)合強(qiáng)度均略高于FN-WC涂層結(jié)合強(qiáng)度，這可能與FN-WC全納米涂層在超音速焰流中的氧化、WC顆粒分解等現(xiàn)象有關(guān)。FN-WC全納米涂層中3~5號(hào)試樣均斷裂于涂層中。
表 3 涂層結(jié)合強(qiáng)度
Coating Bonding strength/MPa Mean value/MPa Frature position
1 2 3 4 5
FN-WC 72.3 74.8 62.6 70.4 63.2 68.7 Coating+glue
PN-WC 70.7 75.8 72.0 76.9 72.3 73.5 Glue
M-WC 73.2 69.4 77.2 76.3 68.6 72.9 Glue
2.5 涂層沖蝕磨損性能
按照每15 s、100 g對(duì)應(yīng)目數(shù)砂粒完成沖蝕試驗(yàn)，每次完成沖蝕進(jìn)行稱重，沖蝕完后，以累積的沖蝕磨損損失質(zhì)量作為基礎(chǔ)，并換算成涂層磨蝕產(chǎn)生的體積損失，將磨蝕體積損失作為耐沖蝕性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)累計(jì)體積損失進(jìn)行線性擬合，擬合直線斜率的倒數(shù)定義為沖蝕磨損助力Re，在相同的試驗(yàn)條件下，Re值越高說(shuō)明被測(cè)涂層抗沖蝕磨損性能越好。
FN-WC涂層、PN-WC涂層和M-WC涂層在小角度下 (15°)的沖蝕磨損結(jié)果如圖 6所示。可以看出，盡管采用了全納米WC粒子，但FN-WC涂層抗沖蝕磨損性能并未得到明顯提高，相反采用納米微米混合WC制備的PN-WC涂層，其抗沖蝕磨損阻力得到顯著提高。相對(duì)于M-WC涂層材料，采用納米微米混合的WC顆粒制備的PN-WC涂層，其抗沖蝕性能得到明顯提升，抗沖蝕阻力約為傳統(tǒng)涂層的1.5倍、0Cr13Ni5Mo基體的2.3倍。涂層中WC硬質(zhì)相通過CoCr合金金屬相粘結(jié)，與硬質(zhì)相相比，在水輪機(jī)真實(shí)工況即小角度沖蝕條件下，金屬相的抗磨蝕能力較差。
圖 6 15°攻角下涂層沖蝕磨損體積損失
PN-WC涂層中存在大WC顆粒及小WC顆粒硬質(zhì)相，且該兩種硬質(zhì)相均勻的分布于CoCr合金金屬相中，如圖 3(b1)(b2)所示。當(dāng)砂粒小角度沖蝕涂層時(shí)，涂層中的金屬相易于被磨蝕，裸露出大的硬質(zhì)顆粒相，隨著沖蝕過程的繼續(xù)，大顆粒硬質(zhì)相周圍的CoCr合金相將被沖蝕掉，從而導(dǎo)致大顆粒脫落。但是，由于PN-WC涂層中大顆粒硬質(zhì)相周圍的金屬粘結(jié)相中分布的小顆粒硬質(zhì)相能夠抵抗砂粒的沖蝕，緩解金屬粘結(jié)相的沖蝕情況，從而延緩?fù)繉又写箢w粒硬質(zhì)相的脫落。因此，PN-WC涂層表現(xiàn)出更加優(yōu)異的抗沖蝕性能。FN-WC涂層中的WC顆粒的分解是導(dǎo)致其沖蝕性能下降的主要原因。M-WC涂層中破碎后的小的碳化鎢顆粒間的金屬粘結(jié)相不足從而影響涂層的沖蝕性能。
圖 7為90°攻角下FN-WC涂層、PN-WC涂層和M-WC涂層的沖蝕磨損體積損失。可以看出，3種涂層的沖蝕體積損失變化趨勢(shì)相當(dāng)，PN-WC 和FN-WC涂層的抗沖蝕磨損阻力Re分別為4.70×104 g/cm3和4.68×104 g/cm3，略微高于M-WC涂層的抗沖蝕磨損阻力，3種涂層在90°攻角下的沖蝕體積損失明顯高于基體。研究表明，金屬材料在90°攻角下比WC涂層具有更好的抗沖蝕性能。
圖 8為FN-WC、PN-WC和M-WC涂層的沖蝕磨損形貌對(duì)比。3種涂層在90°攻角下的沖蝕磨損痕跡均比15°攻角下的沖蝕磨損痕跡明顯。犁溝狀的沖蝕磨損痕跡顯得更加粗大，這證明了在90°攻角下沖蝕過程中發(fā)生的體積損失比15°攻角下的更嚴(yán)重。在15°攻角下，PN-WC涂層表面的沖蝕犁溝痕跡不如FN-WC、M-WC涂層表面的沖蝕犁溝痕跡明顯，僅能觀察到少量的犁溝。
結(jié)合3種涂層在15°攻角下的沖蝕阻力，PN-WC由于具有較優(yōu)的抗沖蝕性能，其表面的犁溝較淺、較窄。而FN-WC、M-WC涂層抗沖蝕阻力較低，因此其犁溝比較明顯。
結(jié) 論
(1) 碳化鎢噴涂采用HVOF工藝制備3種不同WC顆粒尺寸的涂層。FN-WC、PN-WC及M-WC涂層孔隙率相當(dāng)，但相結(jié)構(gòu)存在差異。FN-WC涂層中碳化鎢分解嚴(yán)重，PN-WC及M-WC涂層碳化鎢顆粒少量分解。
(2) PN-WC涂層組織更均勻，WC相分解輕微，涂層硬度分布更集中，結(jié)合強(qiáng)度稍高，綜合性能優(yōu)異。在15°攻角下表現(xiàn)出較好的耐沖蝕性，在水輪機(jī)過流部件抗磨蝕損傷治理領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。
(3) 碳化鎢顆粒尺寸是影響涂層性能的重要因素，可以通過選擇適當(dāng)碳化鎢顆粒尺寸的粉末制備出性能良好的涂層。
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