等离子喷涂涂层的工艺、组织与性能研究

【摘要】：等离子喷涂是一项重要的表面处理技术，涂层可以对材料表面进行强化和修复。同时，还可以赋予材料表面特殊的性能，因此等离子喷涂技术得到广泛的应用。 本文研究了等离子喷涂在45钢基体上制备Ni60A合金、WC-17％Co硬质合金和Al_2O_3+13％TiO_2陶瓷涂层的工艺，并对喷涂涂层的孔隙率、显微硬度、结合强度进行了测量。利用X射线衍射和扫描电镜分析了涂层的微观结构和形貌，比较了几种涂层与Cr12MoV钢的耐磨损性能。同时，利用Ansys软件对涂层的热应力进行了数值计算，并与梯度涂层进行比较，为今后涂层的设计和制备提供了理论依据。 通过试验的分析和研究，结果表明： 喷涂层为典型的层状结构，与基体的结合主要为机械结合。Ni60A涂层的孔隙率最小，结合强度最高，而WC-Co的显微硬度最高。喷涂颗粒在形成涂层时发生了较为复杂的相结构转变，这对涂层性能有着重要的影响。 油润滑磨损条件下，涂层的耐磨性都高于Cr12MoV，其中WC-Co涂层的耐磨性最好。Ni60A为以微切削为特征的磨粒磨损为主，并伴随疲劳剥落。AT13涂层和WC-Co涂层主要磨损机制为轻微的磨粒磨损和粘着转移磨损。固定磨粒磨损时，AT13和WC-Co涂层磨损性能好于Cr12MoV钢，而Ni60A涂层比Cr12MoV钢稍差。Cr12MoV钢和Ni60A涂层为犁切式的磨粒磨损，AT13和WC—Co涂层是以涂层微区剥离和脱落为特征的磨粒磨损。 涂层的应力在结合面附近发生突变，WC—Co和Ni60A涂层的最大应力出现在涂层与基体的分界面附近，AT13涂层的最大应力出现在陶瓷层与底层的分界面处。AT13和WC-Co涂层中主要存在着轴向拉应力，Ni60A涂层中主要存在较小的轴向压应力。梯度涂层在一定程度上可降低残余热应力对涂层的破坏。