第十四届全国表面工程大会

为了获得涂层与基体、硬质相与粘结相、扁平粒子间界面结合良好的超音速火焰喷涂WC基金属陶瓷涂层结构，本文通过粉末成分、结构及其制备工艺设计，制备了均质结构和核壳结构多尺度双碳化物WC-Cr3C2-Co(NiLa)金属陶瓷粉末，并在不同条件下运用CH-2000型超音速火焰喷涂系统进行涂层沉积实验。运用SEM、XRD分别研究了不同喷涂工艺条件超音速火焰喷涂涂层的显微组织和相结构特征，运用压入法测定了涂层截面的显微硬度、弹性模量、断裂韧性，运用销盘两体磨损实验机研究了涂层的磨粒磨损性能，结合涂层磨损表面形貌分析，研究了涂层磨损失效机制及其演化规律。
研究结果表明：通过用不同尺度和含量的Cr₃C₂替代部分WC，结合团聚烧结工艺可制备均质和核壳结构的WC-Cr₃C₂-Co(NiLa) 粉末。粉末成分结构及喷涂工艺条件对超音速火焰喷涂WC-Cr₃C₂-Co涂层的显微组织结构、相结构及力学性能具有显著影响。通过粉末成分、结构和喷涂工艺参数优化可制备界面结合良好的致密涂层，相比WC-12Co涂层HVOF WC-Cr₃C₂-Co(NiLa) 涂层XRD曲线上M₁₂C、M₆C及W₂C的衍射峰显著降低，涂层中WC保留指数R_WC在69.75-94.48%范围变化，远高于WC-12Co涂层WC保留指数58.72%。原始粉末中Cr₃C₂尺度和含量对沉积涂层的相结构具有较大的影响，用5%纳米和10%亚微米的多尺度Cr₃C₂替代WC，结合Co粘结相成分制备的粉末，可实现在制备界面良好结合涂层同时，有效抑制WC分解失碳和形成有害脱碳相，获得力学性能好的涂层。通过二次团聚造粒可制备核壳结构的WC-Cr₃C₂-CoNiLa粉末，相比均质结构的WC-Cr₃C₂-Co(NiLa)粉末，核壳结构的WC-Cr₃C₂-Co(NiLa)粉末可在粒子良好熔化条件下，完全抑制超音速火焰喷涂过程中WC的分解脱碳及生成的W₂C、M₁₂C、M₆C，且涂层中各相界面、扁平粒子间界面结合良好，涂层具有高硬度，断裂韧性和低的磨损率。
研究发现：具有较高M₁₂C、M₆C含量的WC-Co涂层磨损后表面上中存在脚多大表明光滑的凹坑，而低M₁₂C、M₆C含量WC-Cr₃C₂-CoNiLa涂层磨损后表面主要存在较多的犁沟和粗糙表面的凹坑，表明WC-Co涂层的磨损失效主要为早期磨粒的犁削和中后期扁平粒子剥落，WC-Cr₃C₂-CoNiLa涂层的磨损失效主要为早期磨粒的犁削和中后期碳化物颗粒脱落。

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