HVOF喷涂WC-Co涂层的微观结构对其.doc

热喷涂信息 2008 年第 1期 1 HVOF 喷涂 WC-Co 涂层的微观结构对其力学性能的影响 P. Chivavibul, M. Watanabe, S. Kuroda ( 国家材料科学研究所,日本) 摘要: 采用超音速( HVOF )在碳钢基体上喷涂 12 种商业上常用的 WC-Co 粉末,其中碳化物粉末平均粒度为 μm,2μm和6μm ,钴含量为 8, 12, 17和 25 wt.% ,涂层性能显示涂层中的平均碳化物尺寸及碳化物体积含量比原料粉末中的低。利用压痕技术分析了涂层的硬度和断裂强度, 通过超声波技术测定了杨氏模量, 硬度和杨氏模量随钴含量的增加而降低, 而断裂强度却略有增加, 碳化物尺寸对硬度的影响不大。通过扫描电镜对微观结构的观察、 X 射线衍射以及化学分析对这些行为进行了讨论,利用改进的 HVOF 喷涂工艺能够降低粉末的分解,提高涂层断裂强度。 Effect of Microstructure of HVOF-Sprayed WC-Co Coatings ont heir Mechanical Properties P. Chivavibul, M. Watanabe, S. Kuroda ( National Institute for Materials Science, Tsukuba, Ibaraki, Japan ) 1 前言 WC-Co 金属陶瓷涂层能够提高各种机械零部件的耐磨性,目前已广泛应用于各种工业领域。许多热喷涂技术,如空气等离子喷涂( APS ),超音速( HVOF ) 喷涂,可用于沉积 WC-Co 涂层,然而,涂层的性能主要取决于喷涂技术。相对于其它技术, HVOF 喷涂是沉积传统 WC-Co 金属陶瓷涂层的最好方法之一。因为粉末在高速及低温的喷涂过程中, WC 不容易分解。因此, 制备的涂层保留大量的 WC , 并且孔隙率低。不过,相对于烧结气氛能很好控制的烧结 WC-Co , HVOF 喷涂制备的 WC-Co 涂层在喷涂过程中容易分解和脱碳,导致形成一系列不希望的杂相,如 W 2C,W ,无定形或纳米晶 Co-W-C 相。国外研究 2008 年第 1期热喷涂信息 2 众所周知, WC-Co 涂层的微观结构影响其力学性能。许多研究讨论了原料粉及工艺条件对 WC-C o 涂层性能的影响, 结果表明原料粉末的物理和化学性质、喷涂工艺条件极大地影响其力学性能。目前研究的热点是降低碳化物的尺寸至纳米级, 因为相比较传统尺寸材料, 纳米结构 WC-Co 烧结材料能提高滑动磨损性能, 硬度也能大幅度提高。然而, 纳米结构 WC-Co 涂层有较高的硬度, 但耐磨性却比传统涂层低。 HVOF 喷涂纳米结构涂层带来的性能不足归咎于较高的脱碳影响,因为纳米尺寸的 WC 的比表面积比传统材料的比表面积要大,因此有必要优化喷涂参数来提高力学性能。但目前还没有具体结论。虽然碳化物的粒度对涂层的影响已经作了大量研究,但 Co 含量对 WC-Co 涂层性能的影响仍不清楚。 Dent 等人研究了 Co 含量对纳米结构涂层磨损性能的影响,发现随着 Co 含量的降低涂层耐磨性增加,而硬度几乎不变。然而 Co 含量对微观结构的影响并未作具体讨论。在本研究中,将系统地研究碳化物尺寸及 Co 含量对 HVOF 喷涂 WC-Co 涂层的