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WC-Co系金属陶瓷涂层

更新:2016-8-10 10:28:14      点击:
  • 产品品牌   抗耐牌
  • 产品型号   KN-WC-Co
  • 产品描述

    WC-Co系金属陶瓷涂层制备方法包括爆炸喷涂、等离子喷涂与HVOF超音速火焰喷涂法,其中JP8000是碳化钨陶瓷涂层中最常用的一种喷涂设备。...

产品介绍

WC-Co系金属陶瓷涂层简介:

WC-Co系金属陶瓷为最常用的耐磨硬质合金涂层材料,涂层制备方法包括爆炸喷涂、等离子喷涂与高速火焰喷涂法。高速火焰喷涂法(HVOF)又称超音速火焰喷涂法。WC-C〇硬质合金涂层的结构取决于初始粉末的结构、喷涂工艺方法与具体工艺参数。随着HVOF技术的发展,等离子喷涂制备WC-Co涂层工艺已经逐渐被HVOF所取代,因为HV-OFWC-Co涂层的耐磨损性能明显优于等离子喷涂层。

图(一)金属陶瓷涂层制作的混料搅拌叶片

WC-Co系金属陶瓷涂层钴的作用:

如前所述,常用钴基WC-Co系喷涂合金的成分为含Co(质量分数)12%与17%两类,而早期的爆炸喷涂用粉末的Co含量为9%~11%,钴包覆大颗粒WC粉末的Co含量为18%。尽管粉末的成分相同,因制备方法与工艺不同,粉末的结构会明显不同,由此制备的涂层的结构与性能也将明显不同。图24所示4种制备工艺获得的4种粉末的XRD衍射图谱,尽管,a型与b型粉末的制备方法与成分相同,但其粘接相分别为复合碳化物(W3C〇3C,又称η相)与金属钴相,这两种粉末均呈现致密的断面结构,即WC硬质颗粒被粘结相致密地连接在一起。c型粉末则是由金属Co将WC颗粒松散地聚合在一起,另一方面,d型粉末属于典型的钴包WC粉末,在较大颗粒的WC表面包覆了一层金属钴。

图24 四种不同结构WC-CO粉末制备的HYVOF涂层的XRD图谱
图25为用4种粉末采用HVOF制备的涂层的断面组织,喷涂采用Jet-Kote喷枪系统。由图可见,4种粉末制备的涂层都呈现致密的断面组织,尽管颗粒含量不同,但WC颗粒均勻分布在涂层断面。对涂层晶体结构分析表明(图26),尽管涂层都呈现非常致密的断面组织,但涂层中的WC硬质颗粒的含量与粘接相的结构明显不同。a型粉末经HVOF喷涂后,涂层中出现了大量的金属钨与W2C,同时存在部分卩相,说明喷涂过程中大量的WC发生了分解。另一方面,d型粉末制备的涂层的X射线图谱中出现了显著的漫散射峰,这种漫散射峰表明了涂层中形成了大量的非晶相,在其上叠加着WC的峰。比较图25所示的断面组织,在d型粉末制备的涂层中基体相分布着WC颗粒,说明XRD所示的非晶相对应于涂层中的粘接相。观察其他粉末制备的涂层的XRD谱发现,在其他涂层中也产生了以金属Co的衍射主峰为中心的漫散射峰,这是由于在喷涂过程中,熔化的粘结相溶解了部分WC,在粒子碰撞基体后的急冷过程形成了非晶相。
由d型粉末制备涂层时,由于大颗粒的固态WC颗粒碰撞基体不能被粘接相所凝聚,将产生反弹脱落,致使碳化物发生损失。
比较a型粉末与b型粉末的成分与结构可以看出,两者差别主要在于a型粉末中的粘接相为η相,而b型粉末中的粘接相为金属钴。在同样喷涂条件下,以T)相为粘接相的粉末中的WC颗粒的分解要比以钴为粘接相中的WC分解严重的多。为了确认粘接相的影响采用高速等离子喷涂制备了4种WC-Co涂层,分析了涂层结构特征。采用4种粉末用等离子喷涂的涂层的XRD图谱表明,除了d型粉末制备的涂层与HVOF显著不同外,其他粉末制备的涂层均表现出与HVOF喷涂同样的特征。成分相同的a型与b型在等离子喷涂时,同样表现出a型粉末极易发生WC分解的特征,而b型粉末喷涂时的分解很有限。

图(二)金属表面喷砂后再喷涂碳化钨陶瓷涂层,亚博体育app有两个喷砂房
喷涂过程中WC的分解包括热分解与氧化分解,在常压条件下喷涂时由于同时存在热与氧的作用,较难分清两者的作用。采用低气压惰性(Ar)保护气氛喷涂前述极易分解为金属W的a型粉末,其XRD图谱如图27所示,发现尽管WC也发生了分解,但与图所示的结果相比,只发生了向W2C的分解,进一步向金属钨的分解并没有发生。这一结果意味着热喷涂条件下WC的热分解反应主要为以下反应:
2WC→W2C+C (5.7-2)
而在有氧存在的条件下,将通过下列反应发生向金属钨的转变
W2C+〇2→2W+C〇2 (5.7-3)

图25 HVOF WC-CO涂层的断面组织

图26 4种WC-CO涂层的XRD图谱

图27 采用a型粉末用低气压等离子喷涂涂层的XRD图谱
由于热分解与粉末的加热程度有关,粉末粒子在热源中的加热温度越高,上述反应式(5.7-2)越容易发生。因此,为了降低分解程度,保留更多的硬质耐磨颗粒,需要增加粒子的速度并降低加热程度。HVOF与等离子喷涂相比,温度低而速度高,适合于制备致密而碳化物分解程度较低的硬质合金涂层。

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