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1、高速火焰喷涂与火焰冲熔法制取镍基耐磨涂层的性能评价 1、引言 由 HVOF 法所制取的涂层，其最大特点是涂层致密，内聚力强，对基体的结合强度高。迄今，不少文章介绍了用此法所生产的 CoWC 涂 层的各种性能。指出，由于 HVOF 法的极高的颗粒飞行速度及适中的喷涂温度，避免了 WC 的严重的失碳，从而改善了 CoWC 的涂层性 能。然而，正是由于 HVOF 涂层的这些特点, 使人们有理由把注意力对准硬面合金材料。作为重要的硬面合金材料的自熔合金涂层，通 常是用火焰喷涂随之重熔的方法制得，它具有优良的机械性质及耐腐蚀性，因而是重要的结构材料。但在涂层重熔时，必须把工件加热 到较高的温度，这往往使
2、基体材料产生不希望的变化和严重的热应力，引起工件的变形。 能否采用 HVOF 工艺制取的涂层在性能上达到或接近于重熔涂层，这对于解决上述问题是一项有意的尝试。 本文采用 Ni 基自熔合金粉及 Ni 基自熔合金+WC 粉的混合粉为实验原料，用燃烧火焰喷涂一重熔法及 HVOF 法制成涂层，对两种涂层的性 能进行了比较，并试图从中加深对 HVOF 涂层性能的进一步认识，以扩充它的新应用。 2、试验程序 2-l 原始粉末：XN 粉-采用气雾化法制取的 Ni 基自熔合金粉。XNW-为 35%WC 粉+65%XN 粉。由于重熔法与 HVOF 法对粉末的粒度要求不同， 对上述两种粉末的粒度作了适当调配：作为
3、重熔法所用的两种粉末为 XN-l 及 XNW-1，它们的粒度为-150 目+320 目；而用于 HVOF 法的两 种粉为 XN-2 及 XNW-2，它们的粒度则为-320 目。 2-2 喷涂方法 2-2-l 火焰重熔法：采用 METCO 5P-II 型喷枪，由氧-乙炔组成热源，将粉末喷涂后再予以重熔，形成重熔涂层。 2-2-2 HVOF 法：采用 METCO DJ 型 HVOF 喷枪， 以氧-丙烷组成热源气体。 2-2-3 磨料磨损和摩擦磨损试验：对每种涂层均进行磨料磨损及摩擦磨损试验， 前者采用 MLS-23 型湿砂橡皮轮式磨损试验机，其测定 法是使被测涂层与矿浆磨擦。矿浆由 40-70 目
4、的石英砂及蒸馏水组成，二者之比为 15g ?span class=“未命名 1“?0ml，预磨 1000 转， 正式磨 2000 转，从中测定经 2000 转磨损后的磨失重量：后者采用 Amsler 磨损试验机。磨轮表面为被测定的涂层，与其对应摩擦的磨 块为 45#钢，二者之间为干摩擦，实加负荷为 100 牛吨，转速 200 转分，经过一定的磨程后，测定磨轮失重及磨块磨痕的宽度。 3、结果和讨论 3-1 粉末的显微分析：四种粉末的形貌(SEM 分析)从中看到，它们是典型的雾化粉末。 XN-l 和 XN-2 大体呈球形，表面光滑，无洞穴。 而 XHW-1 及 XNW-2 中则混有 WC 粉，在光
5、滑球形的自熔合金粉中混有长条形且带有棱角的 WC 颗粒。 3-2 涂层性质 对四种粉末 N-1、XN-2 以及 XHW-1、XNW-2，分别用火焰重熔法及 HVOF 法制成如下四种涂层：XN-H、XW-H 以及 XN-T、XNW-T，对上述四 种涂层作了金相、物理性质及 X 射线衍射分析。 3-2-l 涂层的显微分析 四种涂层的金相显微分析列于图 5 至图 8，其中图 5 和图 8 分别为 XN-1 及 XNW-1 的重熔涂层，图 6 和图 8 分别为 XN-2 及 XNW-2 的 HVOF 涂层。从图中看到，这四种涂层都很致密，但 HVOF 涂层则比较清晰，无明显氧化物痕迹；含有 WC 的重
6、熔涂层与 HVOF 涂层，它们的结 构有明显不同。 3-2-2 涂层的物理性质对四种涂层的宏观硬度、微观硬度等物理性质做了测定，列于表 1。从表中看到，尽管对同一种材料的重熔涂层， 比 HVOF 涂 更致密， 硬度也较高，但这些差异并不很大。表 l 涂 层 的 性 质 涂 层 编 号喷 涂 方 法密 度 (gcc)孔隙度 (V)平均宏观 硬 度 Macro(RC)平均微观硬度 Micro（DPH300）XN-H重熔法759O2957675 XH-THVOF67204452589 XHW-H重熔法82305458691 XNW-THVOF716O86516073-2-3 涂层的相分析 四种涂层的
7、 XN-l 粉所得的重熔涂层 XN-H，主要组成相为 Ni 基合金，同时还发现 CrB、Ni5Si2 及 NiB 等化合物。相比之下，XN-2 粉经 HVOF 法所得涂层 XN-T，除主相为 Ni 基合金之外，则只见 CrB 相。由此可知，由于重熔法和 HVOF 法的过程不同，尽管原瑽 E 始粉末组 成相当，但涂层的组成不尽相同。看来，对 HVOF 法所采用的 Ni 基“自熔”合金粉，不一定要加入 Si 和 B。这些元素只有瑽 E 在真正的 “自熔” 过程中才起到强化元素的作用。 XNW-H 涂层中含有 Ni 基合金主相外，尚有 WC、-W2C 及 Ni5Si2 等相，而 XNW-T 涂层与之
8、大体相同，但未发观 Ni5Si2 相。进一步的分 析表明，XNW-T 涂层中的 -W2C 相的含量，要少瑽 E 于 XNW-H 涂层，亦即，HVOF 过程中，WC 的失碳程度明显降低瑽 E。 324 磨料磨损和摩擦磨损试验 四种涂层的磨料磨损和摩擦磨损试验结果， 分别示于表 2 和 表 3。 表 2 涂层的磨料磨损 涂层编号 喷涂方法 (mg) XH - H重熔法 126 XH - T HVOF 158 XNW - H 重熔法 115 XNW - T HVOF 133 涂 层编 号 喷 涂方 法磨 程 (m) 平均摩擦系数磨块磨痕 宽度(99)磨轮失重（mg）摩擦率(mg/Nm) XN-H 重
9、熔法1329 0.252 1930 0105 07 5l 9 XN-T HVOF 885 0335 2798 0106 1219 XNW-H 重熔法900 0345 2505 0134 1510 XNW-T HVOF 796 0，402 27l 0168 21l 0 从表 2 和表 3 可知，对同一种喷涂材料，重熔涂层的耐磨料磨损及耐摩擦磨损性能均比 HVOF 涂层略高，但大体上处于同一数量级。而 对同一种工艺方法，加入 WC 粉的喷涂层，其耐磨性反而下降。 研究表明，尽管 HVOF 法比重熔法能避免 WC 过多的失碳。但问题在于，WC 硬质相很脆，通常与 Co 这种粘结相金属构成 Co-WC 合金体系， 以充任耐磨性很强的组份。而混入 Ni 基自熔合金粉中的 WC，无论是重熔，还是 HVOF 法，都不具备 WC 与粘结相金属形成硬质合金的条 件，从而也不能增大涂层的耐磨性。 结 语1、HVOF 法制取的涂层具有致密度高、孔隙度 结合强度高等特点。采用 HVOF 法喷涂硬面合金材料时，其涂层的物理性质大体接近这些 材料的重熔涂层。 2、HVOF 法喷涂硬面合金粉末制得的涂层，其耐磨损性能与硬面合金重熔涂层大体在同一数量级内。 3、可以认为，由于硬面合金的重熔法有工件变形及基体组织变异等弊端，HVOF 法涂层在某种程度上可取代重熔涂层
