等离子喷涂制备钴基涂层及组织性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yao_huaxin
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钴基自熔性合金粉末是一种优良的耐热、耐蚀、耐磨、抗高温氧化的材料,广泛应用于制备耐磨涂层。等离子喷涂技术由于操作工艺简单、喷涂效率高、涂层厚度可控等优点被广泛应用于制备涂层。为改善12Cr1MoV钢的表面性能、降低成本,本文采用等离子喷涂技术制备出钴基涂层以及不同WC含量的钴基复合涂层,并对涂层进行重熔处理,分析了重熔前后涂层的组织与性能。钴基自熔性合金粉末经10h球磨后发现,粉末仍由γ-Co-固溶体基体和Cr23C6相组成,但颗粒尺寸得到显著细化,平均粒度从约200μm降低到70μm左右。将球磨后的钴基粉末,在不同喷涂电流条件下进行等离子喷涂,发现在喷涂电流为500A时,钴基涂层的孔隙率最低,相组成没有发生变化,涂层与基体之间为机械结合。性能测试的研究结果表明,喷涂电流为500A时,钴基涂层硬度值较高为447.8 HV;涂层摩擦系数较低,保持在0.42左右,磨损表面磨痕较浅;涂层的自腐蚀电位为-583mv,自腐蚀电流密度较小。综合分析表明钴基涂层在喷涂电流500A时涂层的性能较优。通过在钴基粉末中添加不同含量的WC颗粒(WC含量:10wt%、15wt%、20wt%)发现,在500A条件下喷涂后,部分WC在高温下发生分解生成W2C,涂层孔隙率有所增加,且随着WC添加量的增多,孔隙率是逐渐增高。界面分析发现,复合涂层与基体间为机械结合。显微硬度测试及摩擦磨损实验研究结果表明,含20wt%WC的复合涂层硬度值达715.2HV,但摩擦系数不稳定。当添加15%WC时,涂层硬度值为664.5HV,摩擦系数稳定约为0.40。通过耐蚀性研究发现当WC添加量为15%时,自腐蚀电位为-576mv,一次钝化区间(约155mv),自腐蚀电流密度较低(1.57×10-8A/cm2)。综合分析,WC添加量为15%时,复合涂层性能较优。对钴基涂层(喷涂电流为500A)及复合涂层( WC含量15wt%)进行1050-1150℃下重熔发现,涂层界面处元素发生扩散,钴基涂层中有Co3B及Co6W6C相生成,复合涂层中形成Co2C及Co6W6C。随着重熔温度的升高,涂层孔隙率明显减少,涂层组织更加均匀,元素扩散越明显。在重熔温度达到1150℃时,涂层层状结构消失,颗粒间产生熔合,涂层的界面结合强度得到明显改善。性能测试研究结果表明,重熔后涂层硬度有所降低。钴基涂层经1100℃处理后,硬度最高(422HV),但摩擦系数在稳定一段时间后上升;自腐蚀电位为-480mv,一次钝化区间增至455mv。复合涂层经1150℃处理后,硬度最高(621HV),摩擦系数稳定保持在0.33左右;复合涂层的自腐蚀电位为-553mv,变化不大,但一次钝化区间增大到500mv,维钝电流较低。
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