热处理对HVOF制备的WC-Co涂层组织结构和高温摩擦性能的影响

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1、热处理对HVOF制备的WC-Co涂层组织结构和高温摩擦性能的影响Theelevated-temperaturewearbehaviorevolutionofHVOFsprayedtungstencarbidecoatings:respondtoheattreatment学科专业：材料加工工程研究生：王腾指导教师：叶福兴教授天津大学材料科学与工程学院二零一七年十二月摘要热喷涂WC-Co涂层由于具有较高的硬度以及很好的耐磨性和耐腐蚀性能，被广泛的应用于航空航天、石油化工、造纸、冶金等众多行业领域的防护性涂层。在实际应用中，WC-Co涂层在许多情况下需要在高

2、温环境下使用，同时对金属材料进行热处理可以用来调整结构，从而获得优异的性能，所以本研究探讨了热处理对WC-Co涂层的高温摩擦性能的影响规律。本论文使用超音速火焰喷涂技术（HVOF）制备WC-Co金属陶瓷涂层，通过优化工艺参数获得性能优异的亚微米WC-Co涂层。在马弗炉中将制备成功的WC-Co涂层分别进行阶梯温度和阶梯时间下的热处理，最终将原始WC-Co涂层和450℃下热处理8h后的WC-Co涂层进行25℃、350℃、450℃和550℃阶梯温度下的高温摩擦实验。通过观察、测试原始WC-Co涂层和热处理后WC-Co涂层摩擦实验前后磨痕表面以及未磨损表面的微

3、观形貌、孔隙率、显微硬度以研究热处理对WC-Co涂层高温摩擦磨损性能的影响。得到如下研究成果：（1）与原始WC-Co涂层相比，热处理和摩擦实验后涂层中的主要的成分依然是WC。在热处理以及摩擦实验过程中会形成氧化相：CoO、WO3和CoWO4。（2）通过对涂层热处理的各种交叉实验研究得出：WC-Co涂层最佳热处理温度为450℃，最佳热处理时间为8h。在450°C下分别对涂层进行0h、2h、4h、8h、16h和32h热处理后，涂层的孔隙率分别为4.1%、2.8%、2.4%、2.1%、2.0%和1.0%。由此可知，随着热处理时间的增加涂层孔隙率逐渐降低，涂层

4、的致密性随着孔隙率的降低而升高。热处理时间为8h时，涂层具有最大的显微硬度值1378.3±41HV0.3。（3）原始涂层和热处理后的涂层进行摩擦实验时涂层的摩擦系数随着摩擦温度（350℃~550℃）的升高而降低。原因是在温度升高的同时，涂层表面氧化逐渐加强，涂层表面润滑氧化相逐渐增多，从而降低涂层的摩擦系数。（4）当摩擦温度低于450℃时，原始涂层的磨损率随着温度的升高而降低；当摩擦温度高于450℃时，原始涂层的磨损率随着温度的升高而升高。磨损率最-63-1-1低值为3.65×10mmNm，此时的摩擦温度为450℃。而热处理后的涂层磨损率随着摩擦温度

5、（350℃~550℃）的升高而降低，在摩擦温度为450℃时，磨损-63-1-1率为2.51×10mmNm。热处理可以提高涂层的耐磨性，降低涂层的磨损率。关键词：WC-Co涂层，超音速火焰喷涂，热处理，摩擦IABSTRACTThermalsprayedWC-Cocoatingiswidelyusedinaerospace,petrochemical,papermaking,metallurgyandotherfields,duetoitshighhardnessandgoodwearperformanceandcorrosionresistance.A

6、sakindofsurfacemodificationcoating,WC-Cocoatingcanextendtheservicelifeandreducethemanufacturingcostoftheproduct.Inpracticalapplication,theWC-Cocoatinghastosufferhightemperatureenvironment.Furthermore,heattreatmentofthemetalmaterialscanbeusedtoamelioratestructureandperformanceino

7、rdertoacquireexcellentproperties.Therefore,it`sverynecessarytostudytheinfluenceoftheheattreatmentonthehightemperaturefrictionpropertiesofWC-Cocoating.Inthiswork,WC-Cocoatingsweresprayedbyhigh-velocityoxy-fuel(HVOF)thermalspray.Theas-sprayedWC-Cocoatingwasheattreatedatdifferentte

8、mperaturesanddifferenttime.Andthenthehigh-tempe