超音速火焰喷涂Cr3C2.doc

超音速火焰喷涂Cr3C2-NiCr涂层的高温耐磨特性引言Cr3C2-NiCr是由金属合金粘结相NiCr与陶瓷硬质相Cr3C2组成的复合材料，因此具有陶瓷的硬度高、耐磨性好、抗高温氧化性能优越的特点，同时还具有金属基韧性高等特点，是最重要的高温耐磨涂层材料，一般可用于850-950oC以下。超音速火焰喷涂（HVOF）是制备高性能Cr3C2-NiCr涂层的最重要方法之一，其耐磨损性能主要取决于涂层的成分与显微组织结构等诸多因素。1超音速火焰喷涂金属陶瓷涂层结构与性能超音速火焰喷涂，又名高速氧燃料火焰喷涂，是利用丙烷、丙烯等燃气与高压氧气在特制的燃烧室中燃烧产生的高温高速焰流进行喷涂的方法。燃烧焰流速度可达1500m/s2000m/s以上。将粉末沿轴向或侧向送进焰流中，粉末粒子被加热至熔化或半熔化状态的同时，可被加速到高达300650m/s的速度，撞击在基体上后能够形成比其它喷涂方法结合强度更高的致密涂层 。HVOF喷涂中的超音速焰流温度约为3000oC，比等离子焰流温度低，且超音速焰流速度高致使粉末在焰流中的停留时间短，所以粉末在焰流中加热所达到的温度较低。超音速火焰喷涂是在八十年代初期，首先由美国Browning公司以Jet-Kote为商品推出。在国内，西安交通大学于1995年初在国内率先研制成功了CH-2000 HVOF系统。1.1涂层结合强度与硬度涂层结合强度始终是决定涂层应用的最关键因素。CH-2000制备的HVOF Cr3C2-NiCr涂层结合强度可超过90MPa（根据ASTM C633-79标准测量。测试时，基体为低碳钢，全部断在胶中，因此真实结合强度大于该数值。），显著高于等离子喷涂与电弧喷涂层（约20-60MPa）。涂层硬度是耐磨涂层的重要参量之一，HVOF Cr3C2-NiCr涂层的硬度为530-900 Hv0.3，硬度受含碳量的显著因素，硬度随含碳量的增加而增加，即失碳会降低涂层硬度,如图1所示。1.2粉末沉积特性在热喷涂过程中，粉末与基体碰撞后，一部分粉末沉积在基体上形成涂层，而另一部分粉末则发生反弹而损失掉，因此，热喷涂的粉末沉积效率理论上难以达到100。图2为Cr3C2-25NiCr粉末HVOF沉积的单个粒子形貌，尺寸大于约5mm的Cr3C2多角形的固态颗粒在碰撞过程中浮出了扁平粒子表面，呈现脱落趋势。当粒子速度较大时，这类浮出的颗粒在碰撞反弹力的作用下将脱落损失。因此，对粉末沉积特性的控制是涂层微观组织结构控制的重要方法之一。1.3硬质陶瓷颗粒结构变化Cr3C2硬质颗粒的晶体结构在喷涂中可能变化，从而对涂层的耐磨损性能产生影响。若控制不当，部分Cr3C2脱碳转化为Cr7C3或Cr23C6，会对涂层耐磨损性能产生不利的影响。1.4涂层耐磨损性能HVOF Cr3C2-NiCr涂层的耐冲蚀磨损性能受硬质颗粒尺寸、含量等组织结构因素的影响。图3a为硬质陶瓷颗粒含量对涂层磨粒失重的影响，含量的增加有利于提高涂层的耐磨性能；图3b为综合考虑硬质陶瓷颗粒含量与尺寸的参量?含量与颗粒直径的平方根之比对涂层耐磨性能的影响，因此，含量的增加与颗粒尺寸的减小有利于提高