等離子噴涂WC顆粒增強Ni基涂層組織及抗沖蝕性能

  等離子噴涂具有沉積速度快、生產效率高、適用范圍廣、成本低等優勢,是目前國內、外最常用的一種表面工程技術,其在航空航天、能源、機械、冶金等領域得到廣泛應用。Ni基自熔性合金涂層性能優良且可噴涂性好,是一類常用的噴涂材料,主要應用于局部要求耐磨、耐熱腐蝕及抗熱疲勞的材料表面。但現代科技的發展對表面涂層性能的要求愈來愈高,單一Ni基涂層已很難滿足某些苛刻工況的要求。陶瓷顆粒增強Ni基涂層能將Ni金屬母相材料較高的強度、韌性和良好的工藝性能與增強陶瓷顆粒材料優異的耐磨、耐蝕、耐高溫及化學穩定性有機結合起來,極大地提高材料的表面性能。

  因此近年來陶瓷顆粒增強Ni基涂層制備成為材料科學研究領域的熱點問題之一。WC是耐磨性非常好的硬質相,具有硬度高、高溫穩定、塑性好以及與Ni基合金潤濕性良好等優點,被廣泛用作熱噴涂Ni基合金的增強相。本文采用等離子噴涂方法制備了WC顆粒增強Ni60A涂層,分析了涂層的顯微組織,測試了涂層抗沖蝕磨損性能,并討論了復合涂層的沖蝕機理。

  實驗用基體材料為γ-TiAl基合金(TAC-2),其尺寸為20mm×20mm×8mm。噴涂用鎳基合金粉末及增強相分別采用北京礦冶研究院生產的KF-Ni60A自熔性合金粉末及KF-56型鎳包碳化鎢粉末,將質量配比為2∶1的Ni60A粉末和WC粉末采用機械混合均勻后作為噴涂喂料。在實際使用中用WC復合粉末而不用純WC粉末,其主要目的是為了提高增強WC粉體相與Ni基合金母相之間的浸潤性和降低噴涂過程中WC陶瓷相的氧化、脫碳等現象。等離子噴涂試驗在美國普萊克斯大众彩票生產的3710型等離子噴涂系統上進行。

  噴涂前試樣經打磨、除油、噴砂等預處理。固體粒子沖蝕試驗在由噴砂機自行改裝的沖蝕試驗機上進行等離子噴涂WC顆粒增強Ni60A涂層呈層片狀結構,有一定孔隙,WC顆粒在涂層中分布均勻,且與母相結合良好。隨著沖蝕角度的增大,涂層沖蝕磨損質量損失先增大后減小,表現為塑性-脆性復合沖蝕磨損特征。