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1、实用标准文案含WC陶瓷相电弧喷涂层耐磨粒磨损性能的研究贺定勇,傅斌友,蒋建敏,李晓延,王智慧,栗卓摩擦学学报http://www.sunspraying.com/每年工业领域50%的机械部件失效是由磨损引起的[1],解决其有效途径是在这些机器零部件表面制备一层抗固体粒子磨蚀涂层.WC粉末在室温及540℃以下具有优异的机械性能,如高的硬度、延展性及杨氏模量,采用Co或Ni等金属作为粘结相材料,经高温烧结或包覆处理形成硬质合金粉末,用以制造耐热性和耐磨性良好的硬质合金制品或耐磨涂层.热喷涂WC2Co、WC2Ni及纳米喂料WC2Co金属陶瓷涂层被广泛用于许多领域[2~10],特别是在耐磨
2、粒磨损以及泥沙冲蚀磨损等领域.采用高速电弧喷涂含WC陶瓷粉末粉芯丝材制备涂层具有较高硬度和耐磨性[11,12],可以在烟道风机叶片及泥浆泵等耐磨部件中使用.目前国内外关于热喷涂制备WC金属陶瓷涂层的方法大多集中在超音速火焰喷涂(HVOF)、等离子喷涂及高速电弧喷涂方面,用普通电弧喷涂方法制备WC金属陶瓷涂层的研究还少有报道.本文作者在热喷涂粉芯丝材的粉芯中添加不同含量WC2CoNi等粉末,采用电弧喷涂方法制备含WC陶瓷相的金属陶瓷涂层,对涂层的显微组织和相组成进行分析,研究涂层的耐磨粒磨损性能并对其磨损机理进行初步探讨.摘要:采用电弧喷涂含WC2CoNi金属陶瓷粉末的粉芯丝材,在低
3、碳钢基体上制备铁基复合涂层,采用MLS2225型湿砂橡胶轮磨损试验机评价铁基复合涂层的耐磨粒磨损性能,利用光学显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射仪对涂层的显微组织结构、磨损表面及其相组成进行分析.结果表明:含WC陶瓷相涂层的耐磨粒磨损性能较好,相对Q235钢提高约9倍;当粉芯中WC质量分数低于25%时,随着WC含量增加,涂层的硬度和耐磨性增加;当粉芯中WC质量分数超过25%后,涂层的耐磨性有所下降;电弧喷涂含WC陶瓷相涂层的磨损机制主要为硬质相的脆性剥离和轻微的塑性切削,在磨粒磨损条件下硬度较低的金属基体先磨损,硬度较高的WC和Fe3B硬质相起到阻止石英砂磨损的作用,从而降低了涂层
4、的磨损.关键词:电弧喷涂;粉芯丝材;碳化钨;磨粒磨损1 实验部分1.1 涂层试样制备试验采用JZY2250型电弧喷涂设备制备涂层.喷涂材料为自制Fe基粉芯丝材,直径为2mm.丝材外皮采用10.0mm×0.3mm的304L不锈钢带,其化学成分分别为(质量分数,全文同):0.027%C,0.36%S,i1.65%Mn,0.027%P,0.001%S,18.18%Cr,8.06%N,i余量为Fe.丝材粉芯的主要成分见表1.粉芯中WC212CoNi复合粉末粒度为0.038~0.075mm,Fe62铁基自熔性合金粉末粒度处于0.045~0.11mm,其化学成分为:4.5%C,40%Cr,1
5、.5%S,i1.8%B,Fe余量(均为北京矿冶研究总院产品).基体材料为Q235钢,尺寸为57mm×25mm×5mm,表面经喷砂处理后喷涂厚1.5mm的涂层.电弧喷涂工艺参数为:电弧电压28~32V,工作电流160~200A,压缩空气压力0.5~0.6MPa,喷涂距离100~200mm.1.2 涂层性能测试采用TH320型全洛氏硬度计测量试样表面的洛氏硬度,试样经打磨、抛光,涂层厚度约1mm.根据GB8640288规定,采用N标尺(金刚石圆锥压头),总载荷441.3N(HR45N),加载时间5s,保荷时间3s,每个试样连续测定5个点,取其算术平均值.两压痕中心距离或任一压痕中心距试
6、样边缘的距离不小于3mm.采用德国BRVKER/AXS公司产D8ADVANCE型X射线衍射仪(XRD)对涂层成分和物相进行分析,衍射条件为CuKα靶,40kV和20mA.试样尺寸10mm×10mm,涂层厚度1mm.磨粒磨损试验采用MLS2225型湿式橡胶轮磨粒磨损试验机,为典型的三体磨粒磨损,磨粒(石英砂)在橡胶轮和试件表面流动从而引起磨损.试验参数如下:橡胶轮转速240r/min、橡胶轮硬度60(邵尔硬度)、载荷100N、磨料为0.212~0.425精彩文档实用标准文案mm的石英砂、预磨1000r,磨损时间250s,精磨2000r,磨损时间500s.在试验前后,将试件放入盛有丙酮
7、溶液的烧杯中,在超声波清洗仪中清洗3~5min,干燥后用精度0.1mg的塞多利斯BS224S型电子天平称量磨损前后的质量损失,取3个试样的平均值,并以此衡量材料的耐磨性能.同时采用Q235钢作为对比,以对比件磨损质量损失与测量件磨损质量损失之比作为该配方的相对耐磨性.用光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)观察涂层表面及其磨痕表面形貌.2 结果与讨论2.1 涂层的组织和性能图1所示为3#涂层横截面的显微组织形貌照片.可见涂层呈典型的层状组织结构.1#、2#和4#涂层的显
