超音速火焰喷涂ＷＣ １７Ｃｏ涂层微观结构与性能研究 ８５ 超音速火焰喷涂ＷＣ－１７Ｃｏ涂层 微观结构与性能研究 Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ＷＣ一１ ７Ｃｏ Ｃｏａｔｉｎｇｓ Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｂｙ Ｈｉｇｈ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ Ｏｘｙ—ｆｕｅｌ Ｓｐｒａｙｉｎｇ 崔永静，王长亮，汤智慧，张晓云 （北京航空材料研究院，北京１０００９５） ＣＵＩ Ｙｏｎｇ—ｊｉｎｇ，ＷＡＮＧ Ｃｈａｎｇ—ｌｉａｎｇ，ＴＡＮＧ Ｚｈｉ—ｈｕｉ，ＺＨＡＮＧ Ｘｉａｏ—ｙｕｎ （Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００９５，Ｃｈｉｎａ） 摘要：采用超音速火焰喷涂技术喷涂了两种不同ＷＣ颗粒尺寸的ＷＣ １７Ｃｏ粉末。对制备的两种涂层的硬度、孑Ｌ隙率、 断裂韧性、结合强度和电化学腐蚀行为进行了测试。结果表明：具有亚微米结构ＷＣ颗粒的粉末制备的涂层，在硬度、孑Ｌ 隙率、断裂韧性方面具有一定优势，而含有大颗粒ＷＣ相的粉末制备的涂层在结合强度、腐蚀行为方面优势明显，这说明 ＷＣ颗粒尺寸对涂层性能有显著影响。 关键词：超音速火焰喷涂；ＷＣ；ＷＣ—Ｃｏ涂层 中图分类号：ＴＧＩ７４．４４２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１－４３８１（２０１１）１１－００８５—０４ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ＷＣ一１７Ｃｏ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｗｅｒｅ ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ ｂｙ ｈｉｇｈ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｏｘｙ—ｆｕｅｌ（ＨＶＯＦ） ｓｐｒａｙｉｎｇ．Ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｏ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｗｅｒｅ ｔｅｓｔｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ＷＣ ｓｉｚｅ ｏｎ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍ— ａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｗａｓ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ Ｇ ｃｏａｔｉｎｇ，ｗｈｉｃｈ ｈａｄ ｓｕｂｍｉｃｒｏｎ ＷＣ ｐａｒｔｉｃｌｅ，ｓｈｏｗｅｄ ｍｏｒｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｉｎ ｈａｒｄｎｅｓｓ，ｐｏｒｏｓｉｔｙ，ａｎｄ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ，ｗｈｉｌｅ Ｈ ｃｏａｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ｂｉｇｇｅｒ ＷＣ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｈａｄ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎ ａｄｈｅｓｉｖｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ．Ｏｂｖｉｏｕｓ— ｌｙ，ｔｈｅ ＷＣ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ｓｈｏｗｅｄ ｇｒｅａｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏａｔｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＨＶＯＦ；ＷＣ；ＷＣ—Ｃｏ ｃｏａｔｉｎｇ 超音速火焰喷涂（ＨＶ０Ｆ）工艺是２Ｏ世纪８０年代 初期，由美国Ｂｒｏｗｎｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ公司推出的一种 本工作针对两种不同形态的ＷＣ一１７Ｃｏ粉末，采 用相同工艺参数制备ＨＶＯＦ涂层，通过对两种涂层性 能的对比，研究了不同粉末形态对涂层性能的影响，为 进一步优化喷涂参数和喷涂粉末提供理论依据。 新型热喷涂技术。ＨＶＯＦ的焰流温度可达２７００。Ｃ，焰 流速度可达２０００ｍ／ｓ。相对于等离子喷涂工艺来说， ＨＶｏＦ较低的焰流温度和较高的焰流速度可以减少 在喷涂过程中ＷＣ粉末颗粒的脱碳、氧化等反应。因 而，ＨＶＯＦ工艺制备的ＷＣ—Ｃｏ涂层具有高硬度，低孔 隙率，与基体结合强度高（＞７０ＭＰａ）等优点；与电镀硬 铬涂层相比，耐磨性更好，对环境更加友好，对基体疲 劳性能影响低。因此，在国内外尤其是航空领域得到 了深入的研究和广泛的应用，已成为制备ＷＣ—Ｃｏ系 列耐磨涂层的首选工艺口 ］。 １ 实验 １．１ 喷涂粉末及喷涂工艺参数 本实验喷涂粉末选用不同公司生产的两种团聚 烧结ＷＣ一１７ Ｃｏ粉末，粉末粒径分布相同，均为 １０～４５ ｍ。实验中两种粉末分别简称为粉末Ｇ和 粉末Ｈ，两种粉末制备的涂层分别简称为涂层Ｇ和 涂层Ｈ。 喷涂粉末的形态、喷涂设备和喷涂参数对涂层性 能都有极大影响。有研究表明＿３ ］，纳米和亚微米结 构ＷＣ Ｃｏ涂层具有更高硬度和韧性，但是纳米结构 钛合金试片，尺寸为１００ｍｍ×２５ｍｍ×ｌｍｍ，经喷 砂前处理后，采用超音速火焰喷涂技术制备涂层。燃 涂层存在致命的脱碳问题，产生的脆性ｗ。ｃ相将对涂 层在定载荷下的耐磨性能造成损害，相关研究一直是 领域内的热点。 气为丙烷，喷涂工艺参数为氧气流量ｌ９９８ＯＬ／ｈ，丙烷 流量４３９０Ｌ／ｈ，空气流量２００００Ｌ／ｈ，送粉速度４５ｇ／ ａｉｒｎ，喷涂距离２７５ｍｍ。 ９６ 膜晶体特征的影响ＥＪ］．人工晶体学报，２Ｏ１Ｏ，３９（１）：１３０ １３４． ［１２］ 张湘辉，汪灵，龙剑平，等．直流弧光放电ＰＣＶＤ金刚石薄膜制 材料工程 ２０１１年１ｌ期 Ｅ２０］ ＹＡＲＧＲＯＵＧＨ Ｗ Ａ，ＭＥＳＳＩＥＲ Ｒ．Ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｓｓｕｅｓ ａｎｄ ｐｒｏｂ ｌｅｍｓ ｉｎ ｔｈｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉａｍｏｎｄ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅ １９９０，２４７：６８８—６９６ 备中基底控温系统的研制与应用［Ｊ］．人工晶体学报，２ｏ１１，４０ （１）：７５～８２． ［２１］ＰＦＥＩＦＦＥＲ Ｒ，ＫＵＺＭＡＮＹ Ｈ，ＫＮＯＩ Ｉ Ｐ，ｅｔ ａ１．Ｅｖｉｄｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｒａｎｓ—ｐｏｌｙａｃｅｔｙｌｅｎｅ ｉｎ ｎａｎｏ—ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｄｉａｍｏｎｄ ｆｉｌｍｓ［Ｊ］．Ｄｉａ— ｍｏｎｄ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，２００３，１２：２６８ ２７１． ［１３］ 龙剑平，汪灵，张湘辉，等．金刚石镀膜ＹＧ类硬质合金酸蚀特性 及去钴深度的定量测试ＥＪ３．材料一亡程，２００８，（２）：４０ ４５． ［１４］ ＫＡＭＩＹＡ Ｓ，ＴＡＫＡＨＡＳＨＩ Ｈ，ＰＯＩ １ＮＩ Ｒ，ｅｔ ａ１．Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ＷＣ—‘Ｃｏ ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｎｄ ｍｉｃｒｏ——ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｎ ｔｈｅ ａｄｈｅ—－ ｇｉｎ ｏｆ ｔｈｅ １ １５０ｃｍ Ｒａ— ［２２］ ＦＥＲＲＡＲＩ Ａ Ｃ，ＲＯＢＥＲＴＳＯＮ Ｊ．Ｏｒｉｍａｎ ｍｏｄｅ ｉｎ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌＩｉｎｅ ｄｉａｍｏｎｄ［Ｊ］．Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｂ。 ２００ｌ，６３（１２）：ｌ４０５一ｌ４０９． ｓｉｖｅ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｏｆ ＣＶＤ ｄｉａｍｏｎｄ ＥＪ］．Ｄｉａｍｏｎｄ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍａｔｅ— ｒｉａｌｓ，２００１，１０：７８６—７８９． ＦＥ Ｗ Ｊ．Ｃｈａｒａｃｔｅ ｒｉｚａｔｉ０ｎ ｏｆ ｄｉａｍｏｎｄ ｆｉｌｍｓ ｂｙ ［２３］ ＫＮＴＧＨＴ Ｄ，ＷＨＩ［１ ５］ ＭＡＲＩＮＫＯＶＩＣ Ｓ ＢＵＣＫ Ｖ ＤＥＵＥＲＩ ＥＲ Ｆ Ｅｎｈａｎｃｅｄ ｎｕｃｌｅａ～ Ｒａｍａｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，１ ９８９， （４）：３８５—３８９． ｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉａｍｏｎｄ ｆｉｌｍｓ ｏｎ ｐｒｅｔｒｅａｔｅｄ ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ［Ｊ］．Ｄｉａｍｏｎｄ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，１ ９９８，７：１５４４～１５５２． ＭＩＥＲ Ｄ，０ＵＩ ＡＮＴＩ Ｈ，ｅｔ ａ１．Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ Ｌ２４３ Ｄ０ＮＮＥＴ Ｊ Ｂ，ＰＡＵＩｏｆ ｅｏｂＭｔ ｎ ｄｉａｍｏｎｄ ｆｉｉｎ，ｓ ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ ｂｙ ｃＤｍｂｕｓ＠ｏｎ｛￣ａｍｅ ［１６］ 曹楚南．腐蚀直流电化学原理ＣＭ］．３版．北京：化学工业出版 社．２００８． ＳＡ Ｓ Ｒ，ＧＡＲＤＩＮＥＲＡ Ｄ Ｊ．Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｄｉａ ［１ ７］ ＳＡＩＩｍｏｎｄ ｆｉｌｍｓ ｕｓｉｎｇ Ｒａｍａｎ ｓｐｅｃｔｒａ ｅｘｃｉｔｅｄ ａｔ ５１４．５ ｎｍ ａｎｄ ６３３ ｎｍ ｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．Ｃａｒｂｏｎ，２００４，４２（１１）：２２ｌ５—２２２１． ［２５］ 陈日擢．金属切削原理［Ｍ］．２版．北京：机械工业出版社，２０００． ［Ｊ］．Ｄｉａｍｏｎｄ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，１ ９９６，５：５８９～５９１． ［１ ８］ Ｙ（）ＳＨＩＫＡＷＡ Ｈ，Ｍ（）ＲＡＩ Ｃ。Ｋ（）ＧＡ Ｙ。ｅｔ ａ１．Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ 基金项目：国家自然科学基金项目（５０９７４０２５，４０５７２０３０）；四川省科技 厅重点科技攻关项目（０５ＧＯ０２１ ００１）；四川省教育厅自然科学科研项目 （２００３Ａ１４２，０７ＺＢ００９）；成都理工大学研究基金项目（２００５ＧＹ０２） 收稿日期：２０１０—０７—２２；修订日期：２Ｏｌ卜Ｏ６ ２Ｏ 作者简介：张湘辉（１ ９７１），男，博士，研究方向为ＣＶＤ金刚石薄膜相 ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｄｉａｍｏｎｄ ｆｉｌｍｓ ｕｓｉｎｇ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｐｌａｓｍａ ＣＶＤＥＪ￣． Ｄｉａｍｏｎｄ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，２００１，１０：１５８８一ｌ５９１． ［１ ９］ Ｉ ＩＵ Ｙ，ＴＥＮＧ Ｙ，Ｉ ＩＵ Ｃ．Ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｍｉｃｒｏｃｒｖｓｔａ【】ｉｎｅ ａｎｄ ｎａｎｏ— ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｄｉａｍｏｎｄ ｆｉｌｍｓ ｂｙ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｐｌａｓｍａｓ ｉｎ ａ ｇａｓ ｍｉｘｔｕｒｅ 关材料及设备研制，联系地址：成都理工大学材料与化学化工学院 （６１００５９），Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｈｘｈ＠ｃｄｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ ｏｆ １ ｍｅｔｈａｎｅ／５ ｈｙｄｒｏｇｅｎ／９４ ａｒｇｏｎＥＪ］．Ｄｉａｍｏｎｄ ａｎｄ Ｒｅ ｌａｔｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，２００４，１３：８５９—１８６４． 米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米果米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米 （上接第８８页） ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ ｔｏ ｈａｒｄ ｃｈｒｏｍｅ ２００６，２６１：４７７—４８４． Ｈ涂层不同，它孔隙大多出现在层间，孔隙较容易集 中形成微裂纹，有研究表明Ｅ６，７］微裂纹的存在对腐蚀 性能有较大影响。 ［３］ 杨雪，叶福兴，崔崇，等．ＨＶＯＦ喷涂亚微米级ＷＣ一１２Ｃｏ涂层物相 变化与耐磨损性能［Ｊ］．热喷涂技术，２００９，ｌ（２）：５３ ５７． Ｐ ＷＡＴＡＮＡＢＥ Ｍ，ＳＥＩＪＩ Ｋ，ｅｔ ａ１．Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ［４］ ＣＨＩＶＡＶＩＢＵＩｃａｒｂｉｄｅ ｓｉｚｅ ａｎｄ Ｃｏ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ３ 结论 ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＨＶＯＦ－ｓｐｒａｙｅｄ ＷＣ ｃｏ ｃｏａｔｉｎｇｓ￣Ｊ］．Ｓｕｒｆａｃｅ＆Ｃｏａｌ ｉｎｇｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００７，２０２（３）：５０９～５２１． ＳＨＡＷ Ｔ Ｒ．Ｑｕａｓｉ—ｓｔａｔｉｃ ｓｏｌｉｄ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｄａｍ Ｅ５］ ＥＶＡＮＳ Ａ（ ，ＷＩＩ（１）ＨＶ（）Ｆ喷涂具有亚微米结构Ｗｃ颗粒的Ｇ粉 末，获得的涂层呈典型的层状结构，涂层硬度更高，孔 隙率更低，同时涂层断裂韧度较大，但是层间结合力 低，脱碳趋势较大。 ａｇｅ ｉｎ ｂｒｉｔｔｌｅ ｓｏｌｉｄｓ．Ｐａｒｔ １，ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ，ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｉｍｐｌｉｃａ ｔｉｏｎｓＥＪ］．Ａｃｔａ ｍｅｔａｌｌ，１９７６，２４（１Ｏ）：９３９ ９５６． Ｉ ＥＭＡＮＹ Ｊ Ｍ，ＣＩＮＣＡ Ｎ，ＤＯＳＴＡ Ｓ，ｅｔ ａ１．Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｂｅ ［６］ ＧＵＩｈａｖｉｏｕｒ ｏｆ ｔｈｅｒｍａｌ ｓｐｒａｙｅｄ ｎｉｔｉｎｏｌ ｃｏａｔｉｎｇｓ［Ｊ］．Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｓｃｉ ｅｈｃｅ，２００９，５１（１）：ｌ７１—１８Ｏ． （２）对于ＷＣ颗粒粒径较大的Ｈ粉末，在喷涂过 程中喷丸效应显著，涂层层状结构减弱，涂层结合强度 提高，表面残余压应力较大，耐蚀性能更好。 参考文献 ［７］ ＶＥＲＤＩＡＮ Ｍ Ｍ，ＲＡＥＩＳＳＩ Ｋ，ＳＡＩ．ＥＨＩ Ｍ．Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍ ａｎｔｅ ｏｆ ＨＶＯＦ ａｎｄ ＡＰＳ ｔｈｅｒｍａｌｌｙ ｓｐｒａｙｅｄ Ｎｉ Ｉ＇ｉ ｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｉｎ ３．５ ＮａＣ１ ｓｏｌｕｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ，２０１ ０，５２ （３）：１０５２ １０５９． 收稿日期：２０１０ １ ２－０９；修订日期：２０１１－０７ ０５ ｉｇｕｅ ａｎｄ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ＨＶＯＦ ［１］ ＩＢＲＡＨＩＭ Ａ，ＢＥＭＤＴ Ｃ Ｃ．Ｆａｔ作者简介：崔永静（１ ９８４一），男，硕士研究生，从事热喷涂技术方面的研 究工作，联系地址：北京航空材料研究院表面腐蚀与防护研究室 （１ ０００９５），Ｅ—ｍａｉｌ：ｃｕｉｙｏｎｇＪｉｎｇ＠１ ２６．ｃｏｍ ｓｐｒａｙｅｄ ＷＣ Ｃｏ ｃｏａｔｉｎｇｓ ａｎｄ ｈａｒｄ ｃｈｒｏｍｅ ｐｌａｔｉｎｇ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ａ，２００７，４５６（ｉ一２）：Ｉ１４一Ｉ１ ９． ＣＡＳ Ｊ Ａ，ＦＯＲＮＡ Ａ，ＭＡＴＴＨＡＵＳ Ｇ．ＨＶＯＦ ｃｏａｔｉｎｇｓ ａｓ ａｎ ［２］ ＰＩ
